DE4109181A1 - Stossdaempfer mit veraenderlicher daempfungskraft - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der an einem Fahrzeug installiert ist, eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugt und mit einer Einrichtung zur Erfas­ sung der Beschleunigung versehen ist.

Um einen besseren Fahrkomfort mit einem Fahrzeug zu erzie­ len, sollte die Dämpfungskraft der Stoßdämpfer am Fahrzeug in Abhängigkeit von den Straßenzuständen und den Betriebs­ bedingungen des Fahrzeuges verändert werden. Ein Stoßdämpfer für ein Kraftfahrzeug, der mit einem derartigen Dämpfungs­ kraftsteuermechanismus versehen ist, ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 1 94 609/1983 beschrieben. Bei diesem bekannten Stoßdämpfer ist ein Kolben in einem Zylinder angeordnet, um das Innere des Zylinders in zwei Hydraulikkammern zu unterteilen. Ein Kanal ist ausgebildet, um die beiden Hydraulikkammern miteinander in Verbindung zu bringen. Die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers wird durch Veränderung des Durchtrittsbereiches mit Hilfe eines Dreh­ ventiles variiert. Bei diesem Verfahren des Standes der Technik zum Einstellen der Dämpfungskraft des Stoßdämpfers in Abhängigkeit von den Straßenzuständen und den Betriebs­ bedingungen des Fahrzeuges werden der Zustand der Straßen­ oberfläche und die Betriebsbedingungen des Fahrzeuges ge­ schätzt, wobei verschiedenartige Sensoren Verwendung finden, die an verschiedenen Stellen im Fahrzeug installiert sind, um die Dämpfungskraft zu steuern. Mit anderen Worten, der Straßenzustand und die Betriebsbedingungen des Fahrzeuges werden indirekt ermittelt.

Bei diesem Verfahren des Standes der Technik werden der Straßenzustand, auf den das Fahrzeug trifft, und die Be­ triebsbedingungen des Fahrzeuges durch die zahlreichen Sensoren erfaßt, so daß auf diese Weise eine sehr teure Steuervorrichtung für den eine veränderliche Dämpfungskraft erzeugenden Stoßdämpfer erforderlich ist. Des weiteren ist kein Sensor vorhanden, der die Beschleunigung des Stoß­ dämpfers erfaßt. Folglich wurde die Beschleunigung des Stoßdämpfers selbst nicht bei der Steuerung der Verbindung zwischen den beiden im Zylinder ausgebildeten Hydraulik­ kammern berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoßdämpfer zu schaffen, der die Beschleunigung des Stoßdämpfers selbst erfaßt, um die vom Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungskraft zu steuern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen eine verän­ derliche Dämpfungskraft erzeugenden Stoßdämpfer gelöst, der die folgenden Bestandteile umfaßt: einen Zylinder, einen gleitend im Zylinder geführten Kolben, der das Innere des Zylinders in zwei Hydraulikkammern unterteilt, einen Kanal, der eine Verbindung zwischen den beiden Hydraulikkammern er­ möglicht, eine Dämpfungskraftveränderungseinrichtung zum Verändern der Kanalfläche, eine im Zylinder angeordnete Be­ schleunigungserfassungseinrichtung, die den Zustand der Straßenoberfläche erfaßt, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Dämpfungskraftveränderungseinrichtung in Ab­ hängigkeit von der von der Beschleunigungserfassungsein­ richtung erfaßten Beschleunigung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Be­ schleunigungserfassungseinrichtung eine piezoelektrische Vorrichtung, und die vom Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungs­ kraft wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der piezo­ elektrischen Vorrichtung gesteuert.

Da die Beschleunigungserfassungseinrichtung in den Stoß­ dämpfer eingebaut ist, kann die Beschleunigung des Stoß­ dämpfers selbst direkt erfaßt werden. Folglich kann die Dämpfungswirkung des Stoßdämpfers in Abhängigkeit vom Zu­ stand der Straßenoberfläche genau optimiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Stoß­ dämpfer mit veränderlicher Dämpfungs­ kraft;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Stoßdämpfern der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ausgerüsteten Fahrzeuges; und

Fig. 3 einen Schnitt durch den in den Stoß­ dämpfer der Fig. 1 eingebauten Be­ schleunigungssensor.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind Stoßdämpfer SA zwischen der Karosserie BD und den Rädern WH eines Kraftfahrzeuges mon­ tiert, um die Stoßbelastungen zu absorbieren, mit denen die Karosserie BD beaufschlagt wird.

Fig. 1 zeigt einen Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungskraft, der das erfindungsgemäße Konzept verwirk­ licht. Dieser Stoßdämpfer ist mit einem Zylinder 11 ver­ sehen, der mit einem entsprechenden Rad verbunden ist. Eine erste Kolbenstange 12, die mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden ist, und eine zweite Kolbenstange 13, die mit der ersten Stange 12 verschraubt ist, sind im Zylinder 11 mon­ tiert, so daß sie sich axial zu diesem erstrecken. Die erste und zweite Kolbenstange 12 und 13 besitzen jeweils eine zylindrische Form.

Ein Kolben 14 ist am Außenumfang der zweiten Kolbenstange 13 montiert, so daß er in flüssigkeitsdichter Weise im Zylinder 11 gleiten kann. Dieser Kolben 14 unterteilt das Innere des Zylinders 11 in eine erste Hydraulikkammer 15a und eine zweite Hydraulikkammer 15b. Der Zylinder 11 ist in einem äußeren Zylinder 11a aufgenommen und wirkt mit diesem äuße­ ren Zylinder 11a zur Ausbildung einer Speicherkammer 15c zu­ sammen. Ventile 16 und 17 sind an der oberen Endfläche und an der unteren Endfläche des Kolbens 14 montiert. Das Ventil 16 wird immer durch die Federwirkung des Ventiles selbst nach unten gedrückt. Durch das Ventil 16 kann das Betriebsöl nur von der zweiten Hydraulikkammer 15b durch einen Kanal 14a, der im Kolben 14 ausgebildet ist, zur ersten Hydraulik­ kammer 15a fließen. Das Ventil 17 wird am oberen Ende einer Feder 18 nach oben gedrückt. Hierdurch kann das Betriebsöl nur von der ersten Hydraulikkammer 15a über einen im Kolben 14 ausgebildeten Kanal 14b zur zweiten Hydraulikkammer 15b fließen. Das untere Ende der Feder 18 wird durch eine Mutter 21 gelagert, die mit der äußeren unteren Endfläche der zwei­ ten Kolbenstange 13 verschraubt ist. Jeder der Ölkanäle einschließlich der Ventile 16, 17 und der Kanäle 14a, 14b bildet eine Öffnung.

Ein Drehventil 22 wird drehbar an der Innenfläche der zweiten Kolbenstange 13 gehalten und bildet eine Dämpfungs­ kraftveränderungseinrichtung. Drei Sätze von Öffnungen 22a, 22b und 22c erstrecken sich durch das Drehventil 22 und sind in drei unterschiedlichen Höhen angeordnet. Diese Sätze von Öffnungen besitzen unterschiedliche Durchmesser. Die Öffnun­ gen eines jeden Satzes sind mit gleichmäßigen Umfangsabstän­ den voneinander angeordnet. Drei Paare von Löchern 13a, 13b und 13c sind in der zweiten Kolbenstange 13 auf den gleichen Höhen wie die drei Sätze der Öffnungen 22a, 22b und 22c aus­ gebildet. Wenn sich das Drehventil 22 in irgendeiner vorge­ gebenen Winkelstellung befindet, weisen die inneren Enden der Löcher 13a, 13b und 13c auf ihre entsprechenden Öffnun­ gen der drei Sätze der Öffnungen 22a, 22b und 22c. Das äußere Ende des Lochs 13a öffnet sich in die erste Hydrau­ likkammer 15a. Die äußeren Enden der Löcher 13b und 13c sind mit den inneren Enden von Ölkanälen 23a verbunden, die im zylindrischen Element 23 ausgebildet sind, das fest an der Außenfläche der zweiten Kolbenstange 13 montiert ist. Der mit dem Loch 13b verbundene Ölkanal ist nicht gezeigt. Ein Rückschlagventil 24 ist an den äußeren Enden der Ölkanäle 23a montiert. Dieses Rückschlagventil 24 ist zwischen der oberen Endfläche des zylindrischen Elementes 23 und der zweiten Kolbenstange 13 montiert und wird durch die Wirkung einer Feder (nicht gezeigt) immer nach unten vorgespannt, damit das Betriebsöl nur aus den Ölkanälen 23a zur ersten Hydraulikkammer 15a strömen kann.

Der Öffnungsbereich des zwischen der ersten Hydraulikkammer 15a und der zweiten Hydraulikkammer 15b montierten Ventils kann in Abhängigkeit von den Kombinationen der geöffneten Sätze aus den drei Sätzen von Öffnungen 22a, 22b, 22c ent­ sprechend der Winkelstellung des Drehventils 22 zwischen einer Vielzahl von Werten geschaltet werden. Beim vorlie­ genden Ausführungsbeispiel kann die Öffnungsfläche zwischen drei unterschiedlichen Werten umgeschaltet werden. Mit anderen Worten, die Dämpfungskraft dieses Stoßdämpfers kann zwischen drei unterschiedlichen Werten geschaltet werden. Die Dämpfungskraft des Verlängerungsabschnittes des Stoß­ dämpfers, d. h. der ersten und zweiten Kolbenstange 12, 13, die sich relativ zum Zylinder 11 in diesem Abschnitt nach oben bewegen, wird größer gemacht als die Dämpfungskraft des Verkürzungsabschnittes des Stoßdämpfers, d. h. der sich in diesem Abschnitt relativ zum Zylinder 11 nach unten bewe­ genden Stangen 12 und 13, wobei dies durch das Rückschlag­ ventil 24 erreicht wird.

Eine Welle 25, die sich zusammen mit dem Drehventil 22 dreht, ist an ihrem unteren Ende mit dem oberen Ende des Ventils 22 verbunden. Die Welle 25 wird in der ersten Kol­ benstange 12 gehalten, so daß sie um die Achse drehbar ist. Ein Permanentmagnet 26 ist an der Außenfläche der Welle 25 befestigt. Die Joche 27 aus magnetischem Material sind an der Innenfläche der ersten Kolbenstange 12, die dem Magneten 26 gegenüberliegt, fest montiert. Wicklungen 31 sind um die Joche 27 mit Hilfe von Harzelementen 28 ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier Joche 27 vorgesehen. Auch die Zahl der Wicklungen 31 beträgt vier. Diese Joche 27 und Wicklungen 31 sind entlang der Innenfläche der ersten Kolbenstange 12 angeordnet. Die Winkellagen des Permanent­ magneten 26 und der Welle 25 werden in Abhängigkeit von der Erregung der Wicklungen bzw. Spulen 31 bestimmt. Über der ersten Kolbenstange 12 ist ein Raum 40 ausgebildet, in dem ein Beschleunigungssensor 41 angeordnet ist. Der Sensor 41 ist mit einem Klemmelement 42 fixiert, das mit dem Innen­ zylinder der ersten Kolbenstange 12 verschraubt ist.

Der Beschleunigungssensor 41 wird in Verbindung mit Fig. 3 erläutert. Der Sensor 41 umfaßt ein erstes Gehäuse 41a, ein zweites Gehäuse 41b und eine Membran 43, die zwischen diesen beiden Gehäusen gehalten wird. Die Membran 43, die vibriert, umfaßt einen flachen ringförmigen Plattenabschnitt und Flansche 43a, die sich von dem flachen Plattenabschnitt nach oben erstrecken. Eine piezoelektrische Vorrichtung 45 ist am flachen Plattenabschnitt benachbart zu jedem Flansch 43a be­ festigt. Eine Elektrode (nicht gezeigt) ist an der Vor­ richtung 45 ausgebildet. Eine Ausgangsleitung 46 ist an die Elektrode und auch an eine Klemme 46 angeschlossen, die wiederum mit einer Ausgangsleitung 47 in Verbindung steht. Diese Ausgangsleitung 47 ist an eine elektrische Steuerein­ heit (ECU) angeschlossen.

Wenn Vibrationen von der Straßenoberfläche auf den Stoß­ dämpfer übertragen werden, wird aufgrund des piezoelek­ trischen Effektes eine elektrische Spannung über der piezo­ elektrischen Vorrichtung 45 erzeugt. Die erzeugte Spannung wird durch einen Verstärker, der in der ECU angeordnet ist, verstärkt und dann von einer Dämpfungskraftsteuerschaltung verarbeitet, um ein Steuersignal für das Drehventil 22 zu erzeugen. Das Drehventil 22 wird in Abhängigkeit von diesem Steuersignal betätigt, um die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Hydraulikkammer 15a, 15b zu steuern und somit die Schwingungen der Kraftfahrzeugkarosserie, die durch Un­ regelmäßigkeiten der Straßenoberfläche verursacht werden, schnell zu einem Ende zu bringen.

Es wird nunmehr die Funktionsweise des in der vorstehend be­ schriebenen Weise ausgebildeten Stoßdämpfers erläutert. Wenn ein äußeres Signal ansteht, um irgendeine der Wicklungen oder Spulen 31 zu erregen, wird das entsprechende Joch 27 des Stoßdämpfers erregt. Da der Permanentmagnet 26 vom erregten Joch 27 elektromagnetisch angezogen oder abgestoßen wird, dreht sich der Magnet in eine vorgegebene Winkellage. Folg­ lich wird die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers in Abhängig­ keit von der Winkellage des Drehventils 22 in der bereits beschriebenen Weise auf einen anderen Wert umgeschaltet.

Bei dieser neuartigen Konstruktion wird das Drehventil 22 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Beschleunigungssen­ sors 41 betätigt. Mit anderen Worten, die vom Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungskraft wird in Abhängigkeit von der vom Sensor 41 erfaßten Beschleunigung gesteuert.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet das Drehventil die Dämpfungskraftänderungseinrichtung. Diese Dämpfungskraftänderungseinrichtung kann jedoch auch durch einen Stapel von piezoelektrischen Vorrichtungen gebildet werden, die sich in Abhängigkeit von einer sich ändernden elektrischen Spannung verkürzen oder verlängern.

Wie vorstehend erläutert, erfaßt der neuartige Stoßdämpfer, der seine Dämpfungskraft ändern kann, somit in rascher Weise über den Beschleunigungssensor Unregelmäßigkeiten in der Straßenoberfläche. Daher kann der Stoßdämpfer die Dämpfungskraft in Abhängigkeit vom Zustand der Straßenober­ fläche schnell steuern. Es wird somit ein optimaler Fahrkom­ fort erreicht.

Erfindungsgemäß wird somit ein Stoßdämpfer für ein Kraft­ fahrzeug vorgeschlagen, der eine veränderliche Dämpfungs­ kraft erzeugt. Der Stoßdämpfer umfaßt einen Zylinder, einen gleitend im Zylinder geführten Kolben, zwei Hydraulik­ kammern, die durch den Kolben innerhalb des Zylinders von­ einander getrennt sind, einen Kanal, über den die beiden Kammern miteinander in Verbindung stehen können, ein Dreh­ ventil, mit dem die Fläche dieses Kanales verändert werden kann, einen im Zylinder angeordneten Beschleunigungssensor und eine elektronische Steuereinheit. Die elektronische Steuereinheit steuert das Drehventil in Abhängigkeit von der vom Sensor erfaßten Beschleunigung. Der Sensor besitzt eine vibrierende Membran und eine piezoelektrische Vorrichtung.

Claims (2)

1. Stoßdämpfer mit veränderlicher Dämpfungskraft, gekenn­ zeichnet durch:
einen Zylinder (11);
einen gleitend im Zylinder (11) geführten Kolben (14), der das Innere des Zylinders (11) in zwei Hydraulikkammern (15a, 15b) unterteilt;
einen Kanal, der eine Verbindung der beiden Hydraulikkammern (15a, 15b) miteinander ermöglicht;
eine Dämpfungskraftveränderungseinrichtung (22) zum Ver­ ändern der Fläche des Kanales;
eine Beschleunigungserfassungseinrichtung (41), die im Zylinder (11) angeordnet ist und den Zustand der Straßen­ oberfläche erfaßt; und
eine Steuereinrichtung (ECU), die die Dämpfungskraftverän­ derungseinrichtung (22) in Abhängigkeit von der von der Beschleunigungserfassungseinrichtung (41) erfaßten Beschleu­ nigung steuert.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungserfassungseinrichtung (41) eine Membran (43) und eine an der Membran (43) befestigte piezo­ elektrische Vorrichtung (45) umfaßt.