DE3921239C1 - - Google Patents

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.