DE3921239C1 - - Google Patents
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- B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
- B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
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- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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- F16F9/46—Means on or in the damper for manual or non-automatic adjustment; such means combined with temperature correction allowing control from a distance, i.e. location of means for control input being remote from site of valves, e.g. on damper external wall
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulisch regelbaren/
stellbaren Schwingungsdämpfer, der mit einer Kolbenstange, die
sich in einem Arbeitszylinder befindet, versehen ist. Der an der
Kolbenstange befestigte Dämpfungskolben unterteilt den Arbeits
zylinder in zwei mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume.
Parallel zu den Arbeitszylindern ist eine Bypass-Passage vorhan
den.
Ein Fahrzeugdämpfungssystem mit einer variablen Dämpfungsanpas
sung, das über ein steuerbares Dämpfungsventil eine beliebig
verstellbare Dämpfung der Zug- und Druckstufe ermöglicht, ist
mit der DE 34 34 877 A1 bekanntgeworden. Hier wird ein axial
beweglicher, steuerbarer Ventilkörper und mindestens ein mit dem
Ventilkörper in Reihe angeordnetes druckabhängiges federbelaste
tes Ventil verwendet. Ebenfalls ist es vorgesehen, daß der Anker
des Elektromagneten als Ventilkörper ausgebildet ist.
Durch die DE 35 42 097 A1 ist ein regelbares Ventil für einen
Schwingungsdämpfer bekanntgeworden, bei dem ein beweglicher
Schieber vorhanden ist, der selektiv über Elektromagnete ange
steuert werden kann. Auch die DE 33 48 178 C2 beschreibt einen
regelbaren Stoßdämpfer, der elektromagnetisch gesteuert wird.
Ein Schwingungsdämpfer, welcher mit einem Steuerschieber ausge
stattet ist und elektromagnetisch betätigt wird, geht aus der
DE 38 32 625 A1 hervor.
Die DE 38 00 864 A1 offenbart einen Stoßdämpfer, der in seinem
Drosselquerschnitt veränderbar ist. Über eine elektromagnetische
Stelleinrichtung, deren Anker ringförmig angeordnet ist, wird
ein Steuerschieber betätigt, der somit den Drosselquerschnitt
bestimmt.
In der DE 3 38 176 C2 wird ein vollaktives Regelsystem beschrie
ben, bei dem der Arbeitskolben aus einem proportionalen Ventil
besteht.
Mit der US 48 00 995 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt gewor
den, der mit einem Druckschieber ausgestattet ist, welcher durch
einen Elektroantrieb von außen betätigt werden kann. Sprungfunk
tionen wie etwa Auf/Zu sind mit dieser Anordnung nicht zu reali
sieren.
Eine Bypass-Passage, welche durch zwei Magnetventile geregelt
oder gesteuert wird, ist der EP 03 02 587 A2 zu entnehmen. Jedoch
ist es bei dieser Konstruktion möglich, daß die beiden Magnet
ventile unterschiedlich angesteuert werden können, was nicht
unbedingt eine automatische Verriegelung untereinander bedeutet.
Es liegt keine Zwangsfolge vor.
Alle vorgenannten Schriften werden jedoch nicht dem reglungs
technischen Prinzip der Skyhook-Philosophie gerecht. Fährt z. B.
ein Fahrzeug über ein Hindernis, dann wird dadurch eine vertika
le Aufbauschwingung erzeugt. Diese Stöße sollen aber dem Fahr
zeugaufbau weitgehend fern gehalten werden, d. h., im Idealfall
"hängt der Fahrzeugaufbau am Himmel" (Skyhook), während das
Fahrwerk den Bodenunebenheiten folgt. Damit wird der Aufbau qua
si vom Fahrwerk abgekuppelt. Dieses hat zur Folge, daß die
Druckstufe des Schwingungsdämpfers weich sein muß, damit das Rad
schnell einfedern kann. Für die Zugstufe des Schwingungsdämpfers
bedeutet dies, sie muß hart sein, damit das Rad langsam wieder
ausfedern kann und die Schwingung abgebaut wird. Dieses Prinzip
entspricht der Skyhook-Philosophie, bei der der Schwingungsdämp
fer nach Betrag und Vorzeichen der vertikalen Aufbaubeschleuni
gung geschaltet wird. In einem Aufsatz von D. Karnopp,
M. I. Crosby und R. A. Harwood vom Mai 1974 unter dem Titel
"Vibration Control Using Semi-Active Force Generators", ver
öffentlicht in der US-Z "Journal of Engineering for Industry,
auf den Seiten 819-828", wird dieses Prinzip eingehend be
schrieben. Für dieses Reglungsprinzip läßt sich ein Einwege-Ven
til verwenden, das beide Stufen öffnet. Würde z. B. der Fahrzeug
rechner eine große Dämpferkolbengeschwindigkeit in der Druck
stufenrichtung messen, so müßte er das Ventil öffnen, um einen
Stoß auf die Karosserie so klein wie möglich zu halten. Wichtig
ist in diesem Falle natürlich, daß im oberen Todpunkt des Däm
pfungskolbens der Schwingungsdämpfer umgeschaltet werden müßte.
Den genauen oberen Todpunkt jedoch zu erfassen, ist aufgrund der
Gegebenheiten äußerst schwierig. Es kommt deshalb immer wieder
zu Stößen, die sich in der Karosserie bemerkbar machen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Skyhook-Regelphilosophie
zu verwirklichen, d. h., eine entstandene Schwingung soll mög
lichst schnell wieder abgebaut werden. Hierbei muß natürlich ein
gesunder Kompromiß zwischen Komfort und Sicherheit gefunden wer
den.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für eine semiaktive Fahr
werksregelung ein Zweiwege-Ventil für die Bypasspassage verwen
det wird. Bei einem Zweiwege-Ventil muß immer nur eine Bewe
gungsrichtung (Zug oder Druck) gesteuert werden. Die Nachteile,
die sich bei einem Einwege-Bypassventil ergeben, d. h., es muß
exakt im Todpunkt geschaltet werden, um Druckstöße zu vermeiden,
treten bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand nicht auf. Ein
geöffneter Bypass für Zug- und Druckstufe führt bei
entsprechender Anregung durch die Straße zu einem instabilen
Verhalten des Fahrzeuges. Die Fahrsicherheit verlangt daher ein
Schalten des Ein-Wege-Ventiles wie vor beschrieben. Im Gegensatz
dazu steht das Zwei-Wege-Ventil für den angesprochenen Fall,
konstruktionsbedingt, in der richtigen Stellung. Es braucht da
her nicht geschaltet zu werden, es kann deshalb auch kein Druck
stoß entstehen. Ein weiterer Vorteil ist die zwangsläufige zu
sätzliche Steuerung des Bypasses durch vorgespannte Rückschlag
ventile. Darüber hinaus kann der Bypass-Querschnitt für Zug- und
Druckstufe unterschiedlich groß ausgelegt werden. Gesteuert wer
den soll das Zweiwege-Ventil durch einen Elektromagneten. Selbst
bei Ausfall des Elektromagneten bleibt eine ausreichende Sicher
heit erhalten, da entweder die Zug- oder Druckstufe, je nach
konstruktiver Ausführung des Steuerschiebers, in Stellung hart
steht, daß heißt, eine Bypasspassage ist immer geschlossen.
Außerdem liefert die Bypass-Steuerung eine Mindestkennung.
Innerhalb des Arbeitskolbens befindet sich der Steuerschieber,
was die Bauhöhe des Schwingungsdämpfers darüber hinaus noch
reduziert.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel, welches in
Fig. 1 dargestellt ist, näher erläutert werden.
In einem nicht dargestellten Gehäuse eines Schwingungsdämpfers
sitzt ein Dämpfungskolben 5, der an einer Kolbenstange 4 befe
stigt ist. Der Dämpfungskolben ist mit den Hauptströmungskanä
len 8 für die Zugstufe und den Hauptströmungskanälen 8 für die
Druckstufe ausgerüstet. Gleichzeitig sind die entsprechenden
Ventile für die Zugstufe 7 und für die Druckstufe 9 angebracht.
Oberhalb des Dämpfungskolbens 5 befindet sich in axialer Rich
tung das Gehäuse 19 des Bypasses für die Druckstufe. Der Min
destbypass 12 und 13 verläuft an der Kolbenstange entlang und
tritt oberhalb eines axial sitzenden Elektromagneten aus. Der
Verschluß des Mindestbypasses wird durch die Ventilscheiben 17
gebildet. An den Öffnungen 18 kann das Öl des Dämpfungsmediums
der Druckstufe austreten.
Unterhalb des Dämpfungskolbens 5 sitzt ein weiteres Teilge
häuse 22 des Bypasses für die Zugstufe. Über die Durchbrüche 23
kann das Strömungsmedium der Zugstufe in den unteren Gehäusebe
reich 22 einströmen. Die Ventilscheiben 11 steuern den Ölstrom,
der an den Austritten 15 heraus kann. Das gesamte Paket, beste
hend aus dem Dämpfungskoben 5 und den Gehäuseteilen 19 und 22,
wird durch die Befestigung 20 unterhalb des Gehäuses 22 gehal
ten. Ferner befindet sich noch innerhalb des Dämpfungskolbens 5
der in axialer Richtung bewegliche Ventilschieber 24 für die
zusätzliche Bypass-Steuerung. Der Ventilschieber 24 wird durch
Federelemente 3 in seiner Grundstellung fixiert. In dieser Stel
lung ist es immer gewährleistet, daß eine Bypass-Öffnung auf
Durchgang geschaltet ist. Der Ventilschieber 24 ist ein rota
tionssymmetrisches Drehteil, welches mit einer sehr dünnen Wand
stärke ausgerüstet ist. Innerhalb dieser Wandstärke befinden
sich Ventilöffnungen 18. Es ist deshalb eine relativ dünne Wand
stärke gewählt worden, damit die Strömungswiderstände herabge
setzt werden. Gleichzeitig ist die Ausgestaltung der Ventilöff
nungen 18 so gewählt worden, daß sich in radialer Richtung auf
dem gesamten Umfang rechteckförmige Durchbrüche befinden. Auch
wird aufgrund der rechteckigen Querschnitte der Querschnitt der
Ventilöffnungen 18 vergrößert. Oberhalb des axial beweglichen
Ventilschiebers 24 befindet sich ebenfalls in axialer Richtung
ein Elektromagnet 1. Die elektrischen Anschlüsse 2 des Elektro
magneten 1 werden innerhalb der Kolbenstange 4 durch einen Ka
nal 21 an den Elektromagneten 1 herangeführt. Wird der Elektro
magnet 1 bestromt, so zieht der Ventilschieber 24, der auch als
Anker bezeichnet werden kann, an und verschließt gleichzeitig
die bis dahin geöffnete Bypass-Passage und öffnet gleichzeitig
die andere Bypass-Passage. Diese Funktionsweise stellt sicher,
daß immer eine Richtung des Bypasses geöffnet und eine Richtung
geschlossen ist, d. h., die Kennung des Schwingungsdämpfers ist
in einer Richtung weich und in der anderen hart. Wird die Be
stromung des Elektromagneten 1 unterbrochen oder außer Kraft ge
setzt, so fällt der Anker in seine Grundstellung zurück und
bleibt gleichzeitig aufgrund der Federkräfte der Federelemente 3
in seiner Lage fixiert.
Ist z. B. die Druckstufe geöffnet, d. h., die Ventilöffnung 18
ist offen, so strömt das Dämpfungsmedium durch den Bypass-Ka
nal 13 gegen die Ventilscheibe 17 und kann an dem Austritt 18
austreten. In diesem Falle heißt es, die Druckstufe ist weich,
das Rad kann schnell einfedern. Es werden keine oder relativ
wenig Kräfte auf die Karosserie übertragen, die damit in Ruhe
bleibt. Damit das Rad nicht weiterschwingen kann, wie es beim
Einwege-Ventil der Fall ist, wird es im Umkehrpunkt der
Schwingung abgebremst, da für diese Richtung die Zugstufe hart
ist. Auf diese Weise wird die Schwingung schnell abgebaut. Mit
der Erfindung ist es sichergestellt, daß in jedem Falle nicht
beide Bewegungsrichtungen geöffnet sind. Dieses hat einen weite
ren Vorteil, daß bei einem semiaktiven Fahrwerk, an welchem die
Skyhook-Philosophie verwirklicht werden soll, der
Skyhook-Algorithmus vereinfacht werden kann, d. h., es kann
unter Umständen ein Sensor eingespart werden.
Der Elektromagnet 1 wird nicht dauernd bestromt, sondern er wird
durch den angeschlossenen Rechner gesteuert.
Will man ein semiaktives Fahrwerk in seiner vollen Wirkungsweise
betreiben, so darf die Dämpfung keine Mittelwerte annehmen, son
dern zwischen null und maximal nur geschaltet werden. Dieses ist
mit der vorliegenden Erfindung in ausreichendem Maße zu reali
sieren. Für die praktische Anwendung ist es sinnvoll das Bypass
ventil so zu gestalten, daß bei stromlos geschaltetem Elektro
magnet die Druckstufe weich und dementsprechend die Zugstufe
hart ist. Dadurch wird erreicht, daß bei ungestörtem Fahrzustand
der Elektromagnet stromlos ist. Dies würde sich z. B. bei einem
plötzlich auftauchenden Hindernis auf der Fahrbahn als sehr
nützlich erweisen. Auch ist es möglich, die Bypass-Querschnitte
für die Druck- und Zugstufe unterschiedlich in ihrer Größe
auszubilden.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung kann für ein semiaktives
Fahrwerk, welches nach dem Skyhook-Prinzip arbeiten soll, der
Fahrkomfort gesteigert werden. Auftretende Schwingungen werden
zugelassen, ohne jedoch auf die Karosserie weitergegeben zu wer
den, d. h., sie werden nach ihrem Entstehen abgebaut.
Claims (3)
1. Bypass-Steuerventil für einen regelbaren/steuerbaren hydrau
lischen Schwingungsdämpfer für ein semiaktives Fahrwerk, ins
besondere für Kraftfahrzeuge, mit einem eine Dämpfungsflüs
sigkeit enthaltenden Zylinder, einer darin abgedichteten ein
tauchenden, axial verschiebbar angeordneten Kolbenstange, an
deren inneren Ende ein Dämpfungskolben befestigt ist, der den
Zylinderraum in zwei Arbeitskammern unterteilt und der mit
veränderbaren Durchlässen versehen ist, die durch Drosselven
tilkörper gesteuert werden und zusätzlich ein Bypass für die
Druck- und Zugstufe vorhanden ist, der über einen axial ange
ordneten Elektromagneten gesteuert wird, dadurch gekennzeich
net, daß der Elektromagnet (1) Teil eines Zweiwege-Magnetven
tiles ist, wobei der Anker des Elektromagneten (1) sich in
nerhalb des Dämpfungskolbens (5) befindet und gleichzeitig
der Ventilschieber (24) für den Bypassquerschnitt ist und im
stromlosen oder bestromten Zustand des Elektromagneten (1)
entweder nur die Druckstufe oder nur die Zugstufe des Bypas
ses geöffnet ist.
2. Bypass-Steuerventil, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im stromlosen Zustand des Elektromagneten (1) immer die
Bypass-Passage der Druckstufe geöffnet ist.
3. Bypass-Steuerventil, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Bypass-Querschnitt für die Zug- und
Druckstufe unterschiedlich groß ist.
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