DE4136262C2 - Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Fahrwerk ist durch eine Veröffentlichung von Dr. Fritz Wolf und Dr. Martin Ochs mit dem Kongress-Bericht vom 3. Internationalen AUTOTEC - Kongress für Kraftfahrzeug-Technik, vom 20.-21.Februar 1991 in Stuttgart, be­ kannt. Es wird dort insbesondere verwiesen auf den Absatz 3.1 in S. J04 "automatic damping control (ADC)1.

Nach den dortigen Ausführungen werden Stoßdämpfer mit adaptiver Kennlinienverstellung verwendet. In jedem Stoßdämpfer sind drei Kennlinien­ wählbar (hart, mittel, weich). Es sind Fahrbetriebssensoren vorgesehen, welche insbe­ sondere Querbeschleunigung und Querruck, Längsbeschleunigung und Längsruck, so­ wie die vertikale Aufbaubeschleunigung ermitteln. Die von den Fahrbetriebssensoren ermittelten Fahrbetriebsparameter werden in einer Steuerelektronik bewertet und dienen zur Er­ zeugung von Umschaltsignalen, durch welche die verschiedenen Kennlinien der Stoß­ dämpfer angewählt werden können.

Tritt beispielsweise infolge einer beginnenden Kur­ venfahrt eine Querbeschleunigung oder/und ein Querruck auf (Querruck ist der erste Differentialquotient der Querbeschleunigung nach der Zeit), so können die Kennlinien der Stoßdämpfer auf eine harte Dämpfungskennlinie geschaltet werden. Bei Einstellung der Stoßdämpfer auf harte Kennlinie kann dann der Fahrzeugaufbau eine durch Quer­ beschleunigung erzwungene Wankbewegung um eine Längsachse des Fahrzeuges nur gedämpft, d. h. mit reduzierter Geschwindigkeit ausführen. Die Fahrsicherheit ist damit erhöht.

Weiterhin kann die harte Dämpfungskennlinie auch dann eingestellt werden, wenn infolge Gasgebens oder Bremsens eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine Querachse zu erwarten ist. Auch eine solche Nickbewegung wird durch die härtere Dämpfungskennlinie der Stoßdämpfer verlangsamt, so daß im Ergebnis wiederum die Fahrsicherheit erhöht wird.

Bei Geradeausfahrt mit im wesentlichen konstanter Fahrge­ schwindigkeit auf ebener Straße wird eine relativ weiche Dämpfungskennlinie einge­ schaltet, so daß ein hoher Fahrkomfort gewährleistet ist.

Das Einfahren in eine Kurve mit als Folge hiervon auftretender Querbeschleunigung kann "vorausgeahnt" werden, etwa aufgrund der Lenkbewegung am Steuerrad und der jeweils herrschenden Fahrgeschwindigkeit in Verbindung mit der Kenntnis des Achsabstandes zwischen den Vorder- und Hinterrädern. Dank dieser "Vorausahnung", die durch Erfassung des Querrucks noch verbessert werden kann, läßt sich der Über­ gang zur härteren Dämpfungskennlinie bereits einstellen, bevor es zu einer merklichen Querbeschleunigung kommt.

Mit der bekannten "automatic damping control" ist es zwar möglich, eine Wankbewe­ gung eines Fahrzeugaufbaus um die Längsachse des Fahrzeuges oder auch eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine Querachse zu verlangsa­ men. Es ist aber nicht möglich, die Wankbewegung (oder auch Nickbewegung) voll­ ständig zu unterdrücken. Man muß sich also damit abfinden, daß sich nach dem Einfahren eines Fahrzeuges in eine Kurve eine Wankstellung ergibt, in welcher infolge des Wankmoments der Fahrzeugaufbau gegenüber den kurvenäußeren Radträgern abge­ senkt und gegenüber den kurveninneren Radträgern angehoben ist.

Aus der DE-AS 11 05 290 ist eine Vorrichtung zur Kurvenstabilisierung des Wagenkas­ tens bei Kraftfahrzeugen bekannt, bei der ein geteilter Drehstab-Stabilisator an der Verbindungsstel­ le beider Stabilisatorhälften entgegen der Fliehkraftwirkung des Wagenkastens aktiv verstellbar ist. Eine Kombination mit weiteren verstellbaren Fahrwerkkompo­ nenten wird nicht beschrieben.

Die DE 37 05 520 A1 beschreibt eine Regelungseinrichtung zur Beeinflussung der Rad­ aufstandskräfte eines Fahrzeugs. Diese Regelungseinrichtung umfaßt einen Torsionsstab und eine Kolben-Zylinder-Einheit, die in Abhängigkeit von einer seitlichen Störkraft am Auf­ bau des Fahrzeugs eine Änderung der Wankmomentverteilung zwischen der Vorder- und Hinterachse in dem Sinne bewirkt, daß die Gierwinkelbeschleunigung und die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs vermindert wird.

Des weiteren kann die Regelungseinrichtung auch nicht näher beschriebene Schwin­ gungsdämpfer aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug mit kennlinienveränder­ baren Stoßdämpfern dafür zu sorgen, daß Wankbewegungen, Nickbewegungen und dergleichen nicht nur verlangsamt, sondern darüber hinaus auch kompensiert werden können, mit anderen Worten: Es soll erreicht werden, daß Wank- und Nickbewegungen entweder überhaupt nicht auftreten oder jedenfalls innerhalb kürzester Frist kompen­ siert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Stabilisatoreinrichtung mit Kompensationsantrieb ist aus der oben genann­ ten Veröffentlichung von Dr. Fritz Wolf und Dr. Martin Ochs an sich schon be­ kannt. Es wird dort verwiesen auf Absatz 3.2 "automatische Wankbeeinflussung (AWB)" auf Seite J06 und J07. Bei dieser automatischen Wankbeeinflussung wird zur Kompensation von gegenläufigen Vertikalbewegungen zweier in Querrichtung des Fahrzeuges nebeneinander liegender Radträger der Kompensationsantrieb so gesteuert, daß die durch die Nachgiebigkeit der Stabilisatoreinrichtung zugelassene gegenläufige Vertikalbewegung der Radträger gegenüber dem Fahrzeugaufbau entweder unterdrückt oder ausgeglichen wird, in jedem Fall kompensiert wird.

Auf diese Art und Weise kann erreicht werden, daß auch ein mit hoher Geschwindigkeit in eine relativ enge Kurve fah­ rendes Fahrzeug in der Horizontalstellung gehalten wird, welche der Gerade­ ausfahrt entspricht. Jedenfalls aber kann diese Horizontalstellung kurzfristig wieder her­ gestellt werden, wenn ein anfängliches Absinken des Fahrzeugaufbaus gegenüber den kurvenäuße­ ren Rädern und ein Ansteigen des Fahrzeugaufbaus gegenüber den kurveninneren Rä­ dern nicht oder nicht ganz unterdrückt werden konnte.

Man hat die Möglichkeit der "automatic damping control" und der "automatischen Wankbeeinflussung" bisher als alternative Möglichkeiten aufgefaßt, die je nach den Bedürfnissen des einzelnen Fahrzeuges einzeln eingebaut wurden.

Für den Fall höchsten Komforts und höchsten Sicherheitsbedarfs hat man eine "automatic suspension control (ASC)" vorgesehen, welche in Absatz 3.3 der oben bereits erwähnten Arbeit von Wolf und Ochs beschrieben ist. Bei dieser aktiven Kompensation von Wanken, Nicken und niederfrequenten Hubschwingungen des Fahrzeugaufbaus hat man jedem Rad einen Federzylinder und einen Federspeicher zugeordnet und durch Schalten von Proportio­ nalventilen die Federzylinder wahlweise mit einem Hochdruckvorrat oder Niederdruck­ vorrat verbunden.

Es wurde jetzt erkannt, daß man durch die Kombination von Stoßdämpfern mit verän­ derbaren Kennlinien einerseits und einer Stabilisatoreinrichtung mit eingebautem Kom­ pensationsantrieb andererseits auf verhältnismäßig einfache und preisgünstige Weise insbesondere bei Kurvenfahrt, aber auch bei Geradeausfahrt mit Längsbeschleunigung ein Fahrzeugverhalten erzielen kann, welches dem sonst nur durch die relativ aufwendi­ ge "automatic suspension control" zu erzielendem Verhalten angenähert gleichwertig ist.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahmenkombination wird einerseits erreicht, daß eine Wankbewegung - wenn überhaupt - langsam vor sich geht, daß diese Wankbewegung nicht zu wesentlichen Wankschwin­ gungen führt und daß eine frühzeitige Kompensation dieser Wankbewegung eintritt.

Ist nun beim Einfahren des Fahrzeuges in eine Kurve mit annähernd gleichbleiben­ dem Kurvenradius zur Verhinderung oder Beschränkung einer Wankbewegung zu­ nächst einmal die Dämpfungseinrichtungen auf eine harte Dämpfungscharakteristik ge­ schaltet und gleichzeitig der Kompensationsantrieb aktiviert, so ergibt sich während des Fahrens in der Kurve ein Zustand statischer Kurvenfahrt. Die Querbeschleunigung bleibt konstant. Der Querruck, d. h. die erste zeitliche Ableitung der Querbeschleunigung wird zu null. Der Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus um die Längsachse ist durch den Kompensationsantrieb auf horizontale Einstellung oder auf annähernd horizontale Einstellung des Fahrzeugaufbaus kompensiert.

In diesem Zustand trägt die auf eine harte Dämpfungscharakteristik eingestellte Dämp­ fungseinrichtung zur Sicherheit nicht mehr wesentlich bei, wohl aber vermindert sie den Fahrkomfort.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Fahrwerks wird während der Kurvenfahrt, beispielsweise durch eine langgezogene Kurve einer Autobahn, der komfortable Zustand der weichen Dämpfung wieder hergestellt, ohne daß eine Wank­ bewegung des Fahrzeugaufbaus eintreten kann. Die Feststellung, daß der Zustand stati­ scher Kurvenfahrt eingetreten ist, wird aus vorhandenen Fahrbetriebssensoren leicht abgeleitet.

Beispielsweise bemerkt man den Zustand statischer Kurvenfahrt dann, wenn der Querruck zu null wird. Das Verschwinden des Querrucks kann man aus einem Querrucksensor oder bevorzugt durch Differentiation eines nach der bekannten Ackermann-Beziehung errechneten Querbeschleunigungswertes ermitteln. Wei­ terhin kann man den Eintritt der statischen Kurvenfahrt auch dadurch ermitteln, daß der Drehwinkel eines rotierenden Kompensationsantriebs überwacht wird. Stellt sich ein konstant bleibender Drehwinkel ein, dann ist der Zustand statischer Kur­ venfahrt erreicht.

Der Zusatzantrieb kann bei einer solchen Ausführungsform als ein hydraulischer Drehan­ trieb ausgebildet sein, welcher zwei Teile der Drehstabeinrichtung miteinander verbindet und diese relativ zueinander zu verdrehen gestattet.

Bevorzugt wird die Umschaltung auf die jeweils härtere Dämpfungsstufe und die Akti­ vierung des Kompensationsantriebs annähernd gleichzeitig eingeleitet. Man kann auf diese Weise eine Wankbewegung annähernd vollständig unterdrücken, insbesondere dann, wenn man eine Vorauserfassung der Querbeschleunigung und des Querrucks anwendet etwa dadurch, daß die Querbeschleunigung nach der sogenannten Ackermann-Beziehung aus dem Lenkwinkel, der Fahrgeschwindigkeit und dem Radab­ stand von Vorderrädern und Hinterrädern und der Querruck durch zeitliche Differentiation der so ermittelten Querbeschleunigung errechnet wird.

Auch eine vergleichende Messung der relativen Höhenlage zweier quer zur Fahrtrich­ tung nebeneinander liegender Radträger gibt Auskunft über das Vorliegen statischer Kurvenfahrt. Ist die relative Höhenlage der Radträger zeitlich konstant geworden, dann liegt die statische Kurvenfahrt vor.

Es hat sich gezeigt, daß bei Kombination von dämpfkraftveränderlichen Schwingungs­ dämpfungseinrichtungen einerseits und Stabilisatoreinrichtungen mit Kompensationsan­ trieb andererseits ein solcher Fahrkomfort und eine solche Sicherheit zu erreichen sind, daß gesteuerte Niveauregelungselemente, wie sie bei dem bekannten System der "au­ tomatic suspension control" vorgesehen sind, nicht unbedingt benötigt werden.

Trotz­ dem soll nicht ausgeschlossen sein, daß mindestens einem Teil der Radträger hydraulisch gesteuerte Niveauregelungselemente zugeordnet sind, welche in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter, z. B. der Nutzlast des Kraftfahrzeuges, durch min­ destens einen Fahrbetriebssensor gesteuert sind.

Dabei kann ein solches Niveauregelungselement von einem hydropneumatischen Schwingungsdämpfer gebildet sein, dessen Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebszustandsgröße des Fahrzeuges durch wahlweise Verbindung mit einem Hochdruckflüssigkeitsvorrat oder einem Niederdruckflüssigkeitsvorrat verän­ derbar ist.

Sind hydraulisch gesteuerte Niveauregelungselemente vorhanden, so können diese zur Kosteneinsparung von demselben Hydraulikkreis gespeist werden, mit dem auch der hydraulische Kompensationsantrieb gespeist wird.

Durch die Umschaltung der Dämpfungseinrichtung auf eine harte Dämpfungscharakte­ ristik bei gleichzeitiger Aktivierung des Kompensationsantriebs wird dank der damit zulässigen längeren Stellzeiten erreicht, daß der Kurzzeitleistungsaufwand zur schnellen Wankabstützung minimiert wird. Dies bedeutet eine Verringerung der Pumpenleistung, der Ventilabmessungen und der hydraulischen Leitungsquerschnitte.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels; es stellen dar:

Fig. 1 die gelenkten Vorderräder eines erfindungsgemäßen Fahrwerks und

Fig. 2 ein elektrisches und hydraulisches Blockschaltbild zur Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 10 schematisch der Fahrzeugaufbau oder die Karosserie eines Fahrzeugs bezeichnet. An dieser Karosserie sind die Radträger 12 der beiden Vorderräder 14 durch je eine Radauf­ hängung 16 vertikal beweglich aufgehängt. Eine Radaufhängung 16 umfaßt einen unteren Dreieckslenker 18 und einen oberen Dreiecks­ lenker 20, die beide am Fahrzeugaufbau 10 um im wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Fahrwerks liegende Achsen schwenk­ bar gelagert sind. Die beiden Dreieckslenker 18 und 20 sind durch einen Achsschenkelträger 22 gelenkig miteinander verbunden. An dem Achsschenkelträger 22 ist der Radträger 12 lenkbar gelagert. Die Lenkvorrichtung ist nicht eingezeichnet. Das Gelenkparallelo­ gramm 18, 20, 22 ist durch eine Schraubendruckfeder 24 an dem Fahrzeugaufbau 10 elastisch abgestützt. Die Schraubendruckfeder 24 umgibt einen Stoßdämpfer 26, der einerseits mit dem oberen Dreieckslenker 20 und andererseits mit dem Fahrzeugaufbau 10 gelenkig verbunden ist. Die Schraubendruckfeder 24 stützt sich einerseits an der Kolbenstange 28 des Stoßdämpfers und anderer­ seits an dem Zylinder 30 des Stoßdämpfers über je einen Feder­ teller ab. Der Stoßdämpfer 26 ist, wie aus Fig. 2 zu ersehen, ein hydro-pneumatischer Einrohrstoßdämpfer 26, dessen Zylinder 30 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Ein an der Kolbenstange 28 ange­ ordneter Kolben 32 trennt innerhalb des Zylinders zwei Arbeits­ kammern 30a und 30b. Die Arbeitskammer 30a ist über eine Drossel 34 mit einem Druckausgleichsgefäß 36 verbunden, das einen Flüssigkeitsraum 36a und einen Druckgasraum 36b aufweist. Die Arbeitskammern 30a und 30b sind durch eine erste Drosselstelle 38 ständig miteinander verbunden. Die Drosselstelle kann beispiels­ weise von zwei Verbindungsbohrungen gebildet sein, deren jeder ein druckabhängig öffnendes Federplattenventil zugeordnet ist. Die beiden Arbeitskammern 30a und 30b sind ferner mit einem Bypass 40 verbunden, in dem zueinander parallel zwei Drossel­ strecken 42 und 44 zwischen den Arbeitskammern 30a und 30b ange­ ordnet sind. Die Drosselstrecke 42 enthält ein zweites druckab­ hängig öffnendes Ventil 42a und ein Absperrventil 42b; die Dros­ selstrecke 44 enthält ein drittes druckabhängig öffnendes Dros­ selventil 44a und ein drittes Absperrventil 44b.

Die beiden unteren Dreieckslenker 18 der in Fig. 1 dargestellten beiden Radaufhängungen 16 sind durch eine Stabilisatoreinrichtung 46 miteinander verbunden. Diese Stabilisatoreinrichtung umfaßt eine Drehstabeinrichtung 48 mit einem in zwei Hälften 48a, 48b unterteilten Drehstab. Die beiden Drehstabhälften weisen an ihren voneinander abgelegenen Enden je ein Kurbelstück 50 auf. Die Kurbelstücke sind über je eine Koppelstange 52 mit den beiden unteren Dreieckslenkern 18 gelenkig verbunden. Die beiden Dreh­ stabhälften 48a und 48b sind über einen hydraulischen Kompen­ sationsantrieb 54 miteinander verbunden.

Es sei zunächst einmal angenommen, daß sich der Kompensations­ antrieb 54 wie eine starre Koppelung zwischen den beiden Tor­ sionsstabhälften 48a und 48b verhält, daß also die beiden Tor­ sionsstabhälften 48a und 48b starr miteinander verbunden sind. Wenn ein Radträger 12 in vertikaler Richtung v_u nach oben gegen­ über dem Fahrzeugaufbau schwingt, der andere Radträger 12 aber nach unten in die vertikale Richtung v_d gegenüber dem Fahrzeug­ aufbau schwingt, so wie dies etwa bei einer Kurvenfahrt eintritt, so wird der Torsionsstab 48 elastisch tordiert. Je torsions­ weicher der Torsionsstab 48 ist, umso unabhängiger sind die beiden Radaufhängungen 16 voneinander, das heißt, umso freier können die Radträger 12 gegenläufig nach oben bzw. nach unten gegenüber dem Fahrzeugaufbau sich bewegen. Aufgabe des Torsions­ stabs 48 ist es, eine gewisse Abhängigkeit der Vertikalbewegungen der beiden Radträger 12 voneinander herzustellen. Wenn der Tor­ sionsstab 48 absolut torsionssteif wäre, so wären die beiden Radträger 12 auf gleichläufige Auf- und Abbewegung in Richtung der Doppelpfeile v_u, v_d synchronisiert. In der Praxis ist der Torsionsstab 48 in seiner Torsionssteifigkeit beschränkt, so daß eine gewünschte Stabilisierung eintritt, das heißt, eine ge­ wünschte Abhängigkeit der Bewegungen der Radträger 12 vonein­ ander. Der Torsionsstab 48 wirkt also einer gegenläufigen Verti­ kalbewegung der Radträger 12 etwa bei einer Kurvenfahrt entgegen, verhindert eine solche gegenläufige Bewegung aber zunächst nicht.

Die Bewegung jedes einzelnen der Radträger 12 ist durch den jeweiligen Stoßdämpfer 26 gedämpft. Die Dämpfwirkung oder Dämpf­ kennlinie des Stoßdämpfers 26 ist bestimmt durch die druckab­ hängig öffnenden Drosselstellen 38, 42b und 44b. Die stärkste Dämpfung tritt ein, wenn die beiden Drosselstrecken 42 und 44 durch Absperren der Ventile 42b und 44b geschlossen sind. Eine etwas weichere Dämpfung liegt vor, wenn das Absperrventil 44b geschlossen ist, also die beiden druckabhängig öffnenden Drossel­ stellen 38 und 42a parallel geschaltet sind. Die weichste Dämpfung liegt vor, wenn das Absperrventil 42b geschlossen und das Absperrventil 44b geöffnet sind, wenn also die druckabhängig öffnenden Drosselstellen 38 und 44b parallel geschaltet sind.

Die Stoßdämpfer 26 sind durch ein elektronisches System EI gesteuert. Dieses elektronische System EI ist mit einer Anzahl von Fahrbetriebssensoren S₁, S₂, S₃ und S₄ verbunden. Weitere Fahrbetriebssensoren können vorhanden sein.

Der Fahrbetriebssensor S₁ sei ein Straßenzustandssensor, welcher die Oberflächenbeschaffenheit der jeweils befahrenen Straße feststellt. Beispielsweise kann dieser Straßenzustandssensor auf die Frequenz und die Amplitude der Relativbewegung von Zylinder 30 und Kolbenstange 28 des Stoßdämpfers 30 ansprechen. Hierzu ist der Sensor S₁ mit einem Längenmeßgerät 58 verbunden, welches dem Stoßdämpfer 26 parallel geschaltet ist. In dem Sensor S₁ können die aus dem Längenmeßgerät 58 ermittelten und ggf. zeitlich differenzierten Signale empfangen und verarbeitet werden zu einem Sensorsignal, welches den Straßenzustand kennzeichnet und an das elektronische System EI weitergeleitet wird. Der Sensor S₂ ist beispielsweise als ein Querbeschleunigungssensor ausgebildet. Ein solcher Querbeschleunigungssensor kann grundsätzlich unmittelbar die Querbeschleunigung messen, welche an dem Fahrzeugaufbau etwa als Folge einer Kurvenfahrt auftritt. Bevorzugt ist der Quer­ beschleunigungssensor mit einem Lenkwinkelgeber verbunden, der seinerseits mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden ist. In diesem Fall wird in dem Sensor S₂ ein Querbeschleunigungssignal aus dem Lenkeinschlag des Lenkrads, der Fahrgeschwindigkeit und dem Achsabstand der Vorder- und Hinterräder bestimmt. Auf diese Weise kann eine zu erwartende Querbeschleunigung vorhaltend ermittelt werden. Das auf diese Weise gewonnene Querbeschleu­ nigungssignal wird ebenfalls dem elektronischen System EI zuge­ leitet. In dem Querbeschleunigungssensor S₂ kann auch der Quer­ ruck durch zeitliche Differentiation bestimmt werden, so daß der Querbeschleunigungssensor S₂ neben dem Querbeschleunigungssignal auch ein Querrucksignal an das elektronische System EI liefert.

Der Fahrbetriebssensor S₃ sei als Längsbeschleunigungssensor ausgebildet. Er kann Längsbeschleunigung entweder unmittelbar messen, er kann aber auch mit dem Gaspedal oder mit der Bremsanlage des Fahrzeugs verbunden sein, so daß er aus dem Gasgeben oder dem Bremsbetätigungsvorgang vorhaltend eine positive oder eine negative Beschleunigung ermittelt. Auf diese Weise wird ein Beschleunigungssignal erzeugt, das von dem Sensor S₃ an das elektronische System EI weitergeleitet wird. Dabei kann in dem Sensor S₃ auch der Längsruck durch zeitliche Differentia­ tion des Längsbeschleunigungssignals ermittelt werden, so daß von dem Fahrbetriebssensor S₃ sowohl ein die Längsbeschleunigung als auch ein den Längsruck repräsentierendes Signal an das elektro­ nische System EI gegeben wird. In dem elektronischen System EI wird nach einem durch die Software dieses elektronischen Systems bestimmten Regelalgorithmus die jeweils den Stoßdämpfern 26 zukommende Dämpfungscharakteristik bestimmt. Dabei werden die aus den Fahrbetriebssensoren S₁, S₂ und S₃ erhaltenen Signale, die periodisch abgefragt werden, bewertet und entsprechend dem Regel­ algorithmus einander überlagert. Von dem elektronischen System EI führen Steuerleitungen 42b1 und 44b1 zu den Absperrventilen 42b und 44b.

Die weichste Dämpfungscharakteristik (Absperrventil 42b ge­ schlossen, Absperrventil 44b offen) wird eingestellt, wenn das Fahrzeug sich mit konstanter Geschwindigkeit in gerader Richtung auf ebener Straße bewegt. Bei Verschlechterung des Straßenzu­ stands wird nacheinander auf eine mittlere Dämpfungscharakte­ ristik (Absperrventil 44b geschlossen, Absperrventil 42b offen) und auf die harte Dämpfungscharakteristik (beide Absperrventile 42b und 44b geschlossen) geschaltet.

Wird durch Drehung des Lenkrads eine Kurvenfahrt eingeleitet, so wird ebenfalls auf eine harte, vorzugsweise auf die härteste, Dämpfungscharakteristik (Absperrventile 42b und 44b geschlossen) geschaltet. Der Zweck dieser Einstellung harter Dämpfungscharak­ teristik bei Einleitung einer Kurvenfahrt ist folgender: Die Kurvenfahrt führt notwendigerweise zu einem Wankmoment auf den Fahrzeugaufbau um die zur allgemeinen Fahrtrichtung parallele Längsachse des Fahrzeugs. Dieses Wankmoment versucht den Fahr­ zeugaufbau in der kurvenäußeren Radaufhängung 16 gegenüber dem kurvenäußeren Radträger 12 unter Kompression der Schraubendruck­ feder 24 nach unten zu bewegen in der Richtung v_d (gemäß der linken Hälfte der Fig. 1) und andererseits versucht dieses Wankmoment den Fahrzeugaufbau im Bereich der kurveninneren Rad­ aufhängung 16 (rechte Hälfte der Fig. 1) gegenüber dem dortigen Radträger 12 unter Entspannung der Schraubendruckfeder 24 in Richtung v_u zu bewegen.

Um diese Bewegungen zu dämpfen wird in den beiden Stoßdämpfern 26 die jeweils härteste Dämpfungscharakteristik durch Abschließen beider Absperrventile 42b und 44b eingestellt. Eine dem Wankmoment folgende Wankbewegung kann deshalb nur stark gedämpft, das heißt langsam, erfolgen.

Etwas ähnliches tritt ein, wenn der Fahrbetriebssensor S₃ eine starke Bremsung oder starke Beschleunigung ankündigt. Dann ist eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine quer zur Fahrt­ richtung liegende Nickachse zu erwarten. Der Fahrzeugaufbau will eine Nickbewegung ausführen, bei der er sich gegenüber den Rad­ trägern der Vorderräder 14 in Pfeilrichtung v_d unter Kompression der Schraubendruckfedern 24 abwärts bewegt, während der hintere Teil des Fahrzeugaufbaus gegenüber den Radträgern der nicht dargestellten Hinterräder ansteigt. Um diese Nickbewegung zu verlangsamen, werden die Stoßdämpfer 26 auf eine härtere, bei­ spielsweise auf die härteste, Dämpfungscharakteristik, einge­ stellt durch Absperren der Absperrventile 42b und 44b und ent­ sprechendes geschieht an den nicht dargestellten Stoßdämpfern der Hinterräder.

Treten Fahrzustände, die ein Umschalten auf härtere Dämpfung­ scharakteristik erheischen, gleichzeitig auf, also beispielsweise Kurvenfahrt, rauhe Straßenbeschaffenheit und Bremsen, so werden in dem elektronischen System EI durch entsprechende Bewertung der von den Fahrbetriebssensoren S₁, S₂, S₃ und gegebenenfalls weiteren Sensoren S₄ erhaltenen Signale die jeweils optimalen Dämpfungs­ kennlinien eingestellt. Fällt das elektronische System EI oder einer der Sensoren S₁-S₄ aus, so stellt sich an dem Stoßdämpfer 26 automatisch der Zustand stärkster Dämpfung ein, das heißt, beide Absperrventile 42b und 44b werden abgesperrt.

Die soweit fortgeschrittene Beschreibung macht klar, daß durch die Veränderung der Dämpfungskennlinie der Stoßdämpfer Wankbe­ wegungen und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus zwar gedämpft aber nicht grundsätzlich verhindert werden können. Nach dem Einfahren in eine Kurve stellt sich der Fahrzeugaufbau auf einen Wankwinkel ein, der durch die Wankbeschleunigung einerseits und die Härte der Schraubendruckfedern 24 sowie die Torsionssteifig­ keit des Torsionsstabs 48 andererseits bestimmt ist. Es wäre nun andererseits erwünscht, auch bei Kurvenfahrt den Fahrzeugaufbau in horizontaler Lage zu halten, das heißt, die Höheneinstellung der beiden Radträger 12 (Fig. 1 rechts und links) gegenüber dem Fahrzeugaufbau zu egalisieren. Hier hilft nun der Kompensations­ antrieb 54 zwischen den beiden Torsionsstabhälften 48a und 48b.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, ist der Kompensationsantrieb 54 von einem Gehäuse 54a und einem Kern 54b gebildet. Das Gehäuse 54a ist drehfest mit der Torsionsstabhälfte 48a verbunden, während der Kern 54b drehfest mit der Torsionsstabhälfte 48b verbunden ist. An dem Gehäuse sind Drehflügel 54c angebracht, während an dem Kern 54b ein Drehflügel 54d angebracht ist. Zwischen den Drehflügeln 54c und 54d sind Arbeitskammern 54f und 54g ausge­ bildet. Diese Arbeitskammern 54f und 54g sind über Leitungen 54h und 54j mit Dosierventilen 54k und 54m verbunden. Die Dosier­ ventile 54k und 54m sind je nach Ventilstellung wahlweise mit einem Hochdrucktank 60 oder einem Niederdrucktank 62 verbindbar.

Wenn die Arbeitskammer 54f mit dem Hochdrucktank 60 und Arbeits­ kammer 54j mit dem Niederdrucktank 62 verbunden wird, so tritt eine Relativverdrehung zwischen dem Gehäuse 54a und dem Kern 54b und damit eine Relativverdrehung zwischen den beiden Torsions­ stabhälften 48a und 48b ein. Man kann nun durch entsprechende Füllung bzw. Entleerung der Arbeitskammern 54f und 54j im Fall etwa einer Kurvenfahrt dafür sorgen, daß die Verdrehung der Torsionsstabhälften 48a und 48b eine durch Querbeschleunigung eingetretene Wanklage des Fahrzeugaufbaus gegenüber den Rad­ trägern 12 kompensiert. Anders ausgedrückt, durch die Relativ­ verdrehung der Torsionsstabhälften 48a und 48b wird in dem Torsionsstab 48 als Ganzem eine so starke Torsionsvorspannung erzeugt, daß diese Torsionsvorspannung mit dem Wankmoment das Gleichgewicht hält und der Fahrzeugaufbau trotz der wirksamen Querbeschleunigung seine Horizontallage einnimmt, in welcher die beiden Radträger 12 auf gleichen Abstand gegenüber dem Fahrzeug­ aufbau 10 eingestellt sind.

Man kann sich ohne weiteres vorstellen, daß man durch eine nicht dargestellte Stabilisatoreinrichtung mit zugeordnetem Kompen­ sationsantrieb zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern auch Nickbewegungen kompensieren kann, die bei Längsbeschleuni­ gungen auftreten.

Die Dosier- und Umschaltventile 54k und 54m sind durch ein elek­ tronisches System EII geregelt. Das elektronische System EII ist im Beispielsfall mit den gleichen Fahrbetriebssensoren S₁-S₄ verbunden, mit denen auch das elektronische System EI verbunden ist. Wenn es nur darum geht, Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus, insbesondere bei Kurvenfahrten, zu kompensieren, so reicht zur Ansteuerung eines elektronischen Systems EII unter Umständen der Querbeschleunigungssensor S₂ aus. Das in dem Querbeschleunigungs­ sensor S₃ aufgrund des Lenkwinkeleinschlags und der Fahrgeschwin­ digkeit ermittelte Querbeschleunigungssignal wird in dem elek­ tronischen System EII verarbeitet. Dieses liefert eine Regel­ größe, welche den zur Wankkompensation erforderlichen Flüssig­ keits-Solldruck in der einen oder anderen Arbeitskammer 54f und 54g kennzeichnet.

Dieser Flüssigkeits-Solldruck wird mit dem Flüssigkeits-Istdruck in den Arbeitskammern 54f und 54g verglichen. Es sind Druckmeß­ geräte 54n und 54p an die Leitungen 54h und 54j und damit an die Arbeitskammern 54f und 54g angeschlossen. Diese Druckmeßgeräte 54n und 54p ermitteln den jeweiligen Istdruck in den Arbeitskam­ mern 54f und 54g und geben entsprechende Istsignale über Leitun­ gen 54q und 54r an das elektronische System EII. Aus den Ist­ druckwerten und den Solldruckwerten ermittelt das elektronische System EII Stellsignale, welche über die Leitungen 54s und 54t zu den Umschalt- und Dosierventilen 54k und 54m gelangen und diese auf den jeweils nötigen Volumenstrom einstellen. Die Funktion der Schalt- und Dosierventile 54k und 54m ist durch eine Abstimmung zwischen den beiden elektronischen Systemen EI und EII, die durch eine Leitung 66 charakterisiert ist, zeitlich abgestimmt auf die Kennlinien-Umschaltung der Stoßdämpfer 26. Die zeitliche Abstim­ mung ist so gewählt, daß bei Erwartung oder Eintritt einer Kur­ venfahrt und damit einer Wankbeschleunigung einerseits die Stoß­ dämpfer 26 auf harte Kennlinien geschaltet werden (Absperrung der Absperrventile 42b und 44b) und andererseits der Kompensations­ antrieb 54 mit zunehmendem Volumenstrom beaufschlagt wird, so daß die aufgrund der starken Dämpfung langsam einsetzende Wankbewe­ gung durch den Kompensationsantrieb 54 laufend und kurzfristig kompensiert wird, der Wankwinkel also - wenn er den Wert NULL verläßt - kurzfristig wieder auf den Winkel NULL zurückgeführt wird.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei Anordnung einer ent­ sprechenden Stabilisatoreinrichtung zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern auch eine Nickbewegung in analoger Weise ge­ dämpft und kompensiert werden kann.

Wenn nun das Fahrzeug in eine Kurve von gleichbleibendem Krüm­ mungsradius einmal eingefahren ist, so wird ein neuer statischer Zustand erreicht, in welchem die vergrößerte Torsionsvorspannung in dem Torsionsstab 48 der konstant bleibenden Querbeschleunigung das Gleichgewicht hält. Man spricht von dem Zustand "statischer Kurvenfahrt". Wenn man nun annimmt, daß in diesem Zustand stati­ scher Kurvenfahrt der Straßenzustand weiterhin gut ist und keine Längsbeschleunigungen auftreten, so besteht kein erhöhter Dämpfbedarf in den Stoßdämpfern 26. Die Stoßdämpfer 26, die bei Einleitung oder schon vor Einleitung der Kurvenfahrt auf härteste Dämpfungskennlinie geschaltet worden waren, können also zur Er­ zielung eines komfortablen Fahrverhaltens auch während einer längeren Kurvenfahrt (man denke an eine langgezogene Autobahn­ kurve) wieder auf eine weichere Kennlinie zurückgeschaltet werden. Dieses Zurückschalten auf eine weichere Kennlinie, z. B. durch Öffnen des Absperrventils 42b oder durch Öffnen des Ab­ sperrventils 44b, kann eingeleitet werden, wenn sich eine konstante Querbeschleunigung eingestellt hat, das heißt, wenn der Querruck - das ist der zeitliche Differentialquotient der Quer­ beschleunigung zu NULL geworden ist. Dies kann beispielsweise durch den Querbeschleunigungssensor S₃ ermittelt werden, indem man von dem der Querbeschleunigung entsprechenden Signal die erste zeitliche Ableitung bildet. Man kann aber auch - wie in Fig. 2 dargestellt - den relativen Einstellwinkel zwischen dem Gehäuse 54a und dem Kern 54b des Kompensationsantriebs 54 mittels eines Winkelmessers 70 überwachen. Sobald dieser Winkel α konstant geworden ist, das heißt, eine bestimmte Kompensations­ wirkung sich eingestellt hat, die der nach wie vor bestehenden Querbeschleunigung das Gleichgewicht hält, so bedeutet dies, daß die Stoßdämpfer 26 wieder auf weiche Dämpfungskennlinien einge­ stellt werden können. In einem Differentiationsglied 72, welches dem Winkelmesser 70 nachgeschaltet ist, werden die zeitliche Ableitung des Winkels α zwischen dem Gehäuse 54a und dem Kern 54b gebildet. Sobald diese zeitliche Ableitung dα/dt zu NULL geworden ist, können die Stoßdämpfer 26 wieder auf weiche Dämpfungskennlinien geschaltet werden. Hierzu führt eine Steuer­ leitung 74 von dem Differentiationsglied 72 zu dem elektronischen System EI.

Wenn das Fahrzeug sich auf gerader Strecke bei guter Straßen­ beschaffenheit mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, so können die beiden Arbeitskammern 40f, gesteuert durch das elektronische System EII, über die jeweiligen Schalt- und Dosierventile 54k bzw. 54m beide mit dem Niederdruckvorrat 62 verbunden werden. Dies bedeutet, daß der Kern 54b sich frei gegenüber dem Gehäuse 54a verdrehen kann und daß die beiden Radaufhängungen 16 nicht mehr durch die Stabilisatoreinrichtung 46 miteinander gekoppelt sind. Dann werden Schwingungen, die an dem einen Rad auftreten, nicht mehr auf das andere Rad übertragen, was für höchsten Fahr­ komfort wünschenswert ist. Gleichzeitig sind dann die Stoßdämpfer 26 auf weiche Dämpfungskennlinien eingeschaltet, indem die Ab­ sperrventile 44b geöffnet sind. Dies trägt weiter zum komfor­ tablen Fahrverhalten bei. Eine Auskompensation von Wankbewegungen hat sich bis zu Wankbeschleunigungen von 5 m/s² als ohne weiteres möglich erwiesen.

In der vorliegenden Beschreibung wurde nur eine Achse darge­ stellt. Die meisten Fahrzeuge weisen mindestens einen Kurven­ stabilisator an der Vorderachse auf. Damit sind sie geeignet zur Anwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen. Fahr­ zeuge der gehobenen und der sportlichen Klasse haben zusätzlich auch noch eine Stabilisatoreinrichtung an der Hinterachse. Je nach Fahrzeugtyp und nach zulässigem Kostenrahmen sowie nach den jeweiligen Funktionsanforderungen kann ein Kompensationsantrieb nur an einer Stabilisatoreinrichtung oder - wenn vorhanden - an zwei Stabilisatoreinrichtungen vorgesehen werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Stabilisatoreinrichtung ist nur als ein Beispiel zu verstehen. Der Kompensationsantrieb könnte bei­ spielsweise auch als ein Linearantrieb ausgebildet sein, welcher die Länge einer der Koppelstangen 52 zu verändern gestattet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Verlängerung einer Koppel­ stange 52 eine der Drehbewegung des Kompensationsantriebs 54 analoge Wirkung entfaltet.

Der Hochdruckflüssigkeitsvorrat 60 ist mit einer Pumpe 78 ver­ bunden, welche in dem Hochdruckvorrat 60 laufend einen konstanten Hochdruck aufrecht erhält. Dank dem Vorhandensein der auf harte Dämpfungskennlinie umschaltbaren Stoßdämpfer 26 ist der Kurzzeit­ leistungsaufwand des Hochdruckvorrats 60 und damit der Pumpe 78 bei einem starken Lenkwinkeleinschlag minimiert. Dies bedeutet, daß die Pumpenleistung verringert werden kann, aber auch die Ventilabmessungen der Schalt- und Dosierventile 54k, 54m und auch die Leitungsquerschnitte der Hydraulikleitungen.

Anstelle der den beiden elektronischen Systemen EI und EII ge­ meinsamen Gruppe von Fahrbetriebssensoren S₁-S₄ können auch getrennte Fahrbetriebssensoren für die beiden elektronischen Systeme EI und EII vorgesehen werden. Dadurch wird die System­ sicherheit erhöht, insbesondere können die Sensoren des einen elektronischen Systems dann hilfsweise auch zur Ansteuerung des anderen elektronischen Systems herangezogen werden, wenn in dessen eigener Sensorik ein Ausfall eintritt. Die Existenz mehrerer Sensoren kann auch für Plausibilitätsabfragen heran­ gezogen werden, was zu einer weiteren Erhöhung der Systemsicher­ heit führt. Wie schon unter Hinweis auf die Verbindungsleitung 66 angedeutet, können die elektronischen Systeme EI und EII in Datenaustausch miteinander stehen. Dies erlaubt Überwachungs­ funktionen und Ersatzinformationen bei Teilausfällen eines Systems.

In der Fig. 2 ist dargestellt, daß jeder der Stoßdämpfer 26 über ein Schalt- und Dosierventil 80 wahlweise mit dem Hochdruck­ flüssigkeitsvorrat 60 oder dem Niederdruckflüssigkeitsvorrat 62 verbunden werden kann. Dies ermöglicht es zusätzlich, eine Niveauregelung vorzusehen. In vielen Fällen wird eine solche zusätzliche Niveauregelung aufgrund der bereits beschriebenen Ausstattung des Fahrwerks nicht notwendig sein. Gleichwohl könnte durch eine solche Niveauregelung unter Umständen mit einfachsten Mitteln der Fahrkomfort weiter verbessert werden. So ist es z. B. denkbar, eine vom Ladegewicht abhängige einfache Niveauregelung vorzusehen, so daß das Absinken des Fahrgestells gegenüber den Radträgern bei starker Beladung des Fahrzeugs reduziert oder vollständig kompensiert wird. Dies kann durch entsprechende Füllung der Stoßdämpfer 26 mit Hydraulikflüssigkeit vermittels der Schalt- und Dosierventile 80 geschehen. Diese Schalt- und Dosierventile können durch ein drittes elektronisches System EIII gesteuert sein. Das dritte elektronische System EIII kann auch wieder gesondert von den elektronischen Systemen EI und EII aufgebaut sein. Es kann wiederum soweit nötig von den gleichen Fahrbetriebssensoren S₁-S₄ angesteuert sein, die auch zur An­ steuerung der elektronischen Systeme EI und EII dienen. Bei­ spielsweise könnte der Straßenzustandssensor S₁, der eine Höhen­ einstellungsmessung des Stoßdämpfers 26 bei 58 impliziert, dazu herangezogen werden, um das Ladegewicht zu ermitteln und danach die Flüssigkeitsfüllung in den Stoßdämpfern 26 über die Schalt- und Dosierventile 80 zu dosieren.

Der Kompensationsantrieb 54 hat einen gravierenden Einfluß auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs. Dieser Einfluß ist bei der Systemabstimmung und insbesondere bei der Systemfehlerbetrachtung (fail safe) zu beachten. Eine Erhöhung der Stabilisatorwirkung an der Vorderachse führt zu verstärktem Untersteuern. Eine Erhöhung der Stabilisatorwirkung an der Hinterachse führt zu verstärkem Übersteuern. Diese Einflüsse sind exakt im Fahrversuch abzustimmen.

Ist eine Niveauregelung vorhanden, wie sie unter Hinweis auf die Schalt- und Dosierventile 80 als Möglichkeit erläutert wurden, so kann diese Niveauregelung unter Verwendung derselben Hochdruck- und Niederdruckvorräte 60 bzw. 62 erfolgen, die auch zur Speisung des Kompensationsantriebs 54 dienen. Dadurch wird erneut eine Kosteneinsparung erzielt.

Claims (6)

1. Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Mehrzahl von Rädern (14), de­ ren jedes von einem Radträger (12) getragen ist,
wobei mindestens ein Teil der Radträger (12) jeweils durch eine Radaufhängung (16) an einem Fahrzeugaufbau (10) vertikalbeweglich abgestützt ist,
wobei weiter jede Radaufhängung (16) mindestens ein Federelement (24) und mindestens eine Dämpfungseinrichtung (26) umfaßt und
wobei die Dämpfungscharakteristik der Dämpfungseinrichtung (26) in Abhän­ gigkeit von mindestens einem durch einen Fahrbetriebssensor (S₁-S₄) überwach­ ten Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs veränderlich ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei der Radträger (12) über eine Stabilisatoreinrichtung (46) miteinander gekoppelt sind, welche mit je einem Endteil (52) auf die beiden Radträger (12) einwirkt und gegenläufigen Vertikalbewegungen der beiden Rad­ träger (12) entgegenwirkt,
wobei die Stabilisatoreinrichtung (46) in einer die beiden Endteile (52) miteinan­ der verbindenden Übertragungsstrecke (48, 50) mindestens ein nachgiebiges Ü­ bertragungselement (48a; 48b) und
zwischen den beiden Endteilen (52) einen Kompensationsantrieb (54) aufweist, welcher eine Ausgleichsbe­ wegung der beiden Radträger (12) zu erzeugen gestattet, d. h. eine fahrtbedingte, durch das nachgiebige Übertra­ gungselement (48a; 48b) zugelassene gegenläufige Vertikalbewegung (v_u, v_d) mindes­ tens teilweise kompensiert und
wobei der Kompensationsantrieb (54) durch mindestens einen Fahrbetriebssen­ sor (S₁-S₄) in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Kraft­ fahrzeugs betätigbar ist, und
daß bei Auftreten eines Querbeschleunigungssignals oder/und Querrucksignals einerseits die Dämpfungseinrichtungen (26) von zwei Radträgern (12) auf eine härtere Dämpfungscharakteristik (Absperrventile 42b; 44b geschlossen) umstell­ bar sind und daß in zeitlichem Zusammenhang mit dieser Umstellung der Dämp­ fungscharakteristik der Kompensationsantrieb (54) derart aktivierbar ist, daß er einer durch die Querbeschleunigung bzw. den Querruck veranlassten ge­ genläufigen Vertikalbewegung der beiden Radträger entgegenwirkt, und die Dämpfungseinrichtung (26) auf eine weichere Dämpfungscharakteristik (Ab­ sperrventil 44b offen) zurückschaltbar ist, nachdem ein Zustand statischer Kur­ venfahrt erreicht ist.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb (54) als ein hydraulischer Drehantrieb ausgebildet ist, wel­ cher zwei Teile (48a; 48b) der Torsionsstabeinrichtung (48) miteinander verbin­ det und diese relativ zueinander zu verdrehen gestattet.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf die härtere Dämpfungscharakteristik (Absperrventile 42b; 44b geschlossen) und die Aktivierung des Kompensationsantriebs (54) im wesentlichen gleichzeitig eintreten.

4. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (26) auf eine weichere Dämpfungscharakteristik (Absperrventil 44b offen) zurückschaltbar ist, wenn nach vorherigem Auftreten eines Querbeschleunigungssignals oder/und eines Querrucksignals eine vorbe­ stimmt relative Höhenlage zweier Radträger (12) erreicht ist und für eine vorbe­ stimmte Zeit erhalten bleibt.

5. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil der Radträger (12) hydraulisch gesteuerte Niveaure­ gelungselemente zugeordnet sind, welche in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs durch mindestens einen Fahrbe­ triebssensor (S₁-S₄) gesteuert sind.

6. Fahrwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsantrieb (54) und die Niveauregelungselemente durch einen gemeinsamen hydraulischen Kreis mit wenigstens einem Hoch­ druckvorrat (60) und wenigstens einem Niederdruckvorrat (62) verbunden sind.