DE4222688C1 - Hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System für Fahrzeuge.

Bei teil- oder volltragenden hydropneumatischen Federungen stellt sich das Problem, daß die Kraft/Einfederwegkennlinien im Einfederbereich progressiv ansteigen, d. h. daß die Federrate mit zunehmender Einfederung zunimmt bzw. bei zunehmender Ausfederung abnimmt. Dies bewirkt bei Kurvenfahrt ein starkes Ausfedern des kurveninneren Rades. Soll nun der Aufbau des Kraftfahrzeuges auch bei Kurvenfahrt durch eine Niveauregulierung stabilisiert werden, ist es aufgrund dieses Kennlinienverlaufes notwendig, ein großes Speichervolumen bereitzustellen bzw. ein großes Volumen einer Druckflüssigkeit umzupumpen.

Aus der DE 40 14 466 A1 ist ein hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System bekannt, das einen mit einer Kolbeneinheit hydraulisch verbundenen Speicher aufweist, der einen mit Druckflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum und einen gasgefüllten Gasraum aufweist. An einer Kolbeneinheit ist ein Federelement vorgesehen, das beim Ausfedern der Kolbeneinheit eine Zusatzkraft aufbringt, die in gleicher Richtung wie die Belastungskraft wirkt und so den Kolben der Kobeneinheit gegenüber dem Zylinder abstützt.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System für Fahrzeuge zu schaffen, bei der die Ausfederung eines kurveninneren Rades vermindert ist und dessen Ausfederkennlinie gezielt anpaßbar ist.

Diese wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Dabei wird ein zusätzliches Federelement als Gummielement mit progressiver Kennlinie ausgeführt, dessen Kennlinie durch den Aufbau des Gummielements in weiten Bereichen beeinflußbar ist, so daß eine freie Anpassung der Kennlinie an die Bedürfnisse erreicht ist und besondere Kennlinien der Gesamtanordnung darstellbar sind.

Darüber hinaus werden Geräusche beim Aufsetzen des Kolbens auf die Feder bzw. eine Übertragung der Geräusche vermindert.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Feder dann insbesondere so ausgelegt ist, daß die Kennlinie des Feder-Dämpfer-Systems im Betriebsbereich um die Normallage punktsymmetrisch ist, d. h. bei betragsmäßig gleicher Ein- oder Ausfederung dieselbe Steigung und damit auch dieselbe Federrate herrscht. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise bei Kurvenfahrt Wank- und Taumelbewegungen, die durch unterschiedliche Federraten am kurveninneren und am kurvenäußeren Rad ausgelöst werden, vermieden werden; statt dessen tritt nun eine reine Hubbewegung auf.

In Verbindung mit einer schnellen Niveauregulierung ergeben sich weitere Vorteile. Bei einer schnellen Niveauregulierung soll der Aufbau des Fahrzeuges nicht nur im Ruhezustand, sondern, soweit möglich, auch während der Fahrt in einer Normallage gehalten werden. Hierzu ist eine stetige Versorgung bzw. Entlastung des Feder-Dämpfer-Systemes mit Druckflüssigkeit und damit auch ein stetiges Umpumpen derselben notwendig. Die beim Ausfedern und nachfolgendem Einfedern eines Rades zu bewegende Flüssigkeitsmenge wird deutlich verringert und damit auch der Leistungsbedarf der Niveauregulierung im Betrieb.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolbenspeicher in einer mit einem hydropneumatischen Feder-Dämpfersystem versehenen Radaufhängung und

Fig. 2 eine Kennlinie der an einer Radaufhängung wirkenden Radlast über der Einfederung.

Die in Fig. 1 skizzierte Radaufhängung 1 besteht aus einem Rad 2, das von einem Lenker 3 geführt ist, der seinerseits an einem Auflagerpunkt 4 und mittels einer Kolbeneinheit 5 gegenüber einem nicht dargestellten Aufbau des Fahrzeuges gelenkig abgestützt ist. Mit der Kolbeneinheit 5 ist über Leitungen ein Kolbenspeicher 6 sowie ein Ladeventil 7 verbunden. Über das Ladeventil 7 kann eine Verbindung zu einem nicht dargestellten Druckversorgungssystem hergestellt werden. Die Kolbeneinheit 5 besteht aus einem Zylinder 8, einem Kolben 9, einer Kolbenstange 10 und zwei im Kolben angeordneten Drosseln 11. Der Kolben 9 teilt das Volumen des Zylinders 6 in zwei Arbeitsräume 12,13 auf. Nur der Arbeitsraum 12 weist einen Anschluß 14 auf.

Der Kolbenspeicher 6 besteht aus einem Zylinder 15, einem Anschluß 16 und einem in dem Zylinder 15 geführten Kolben 17. Der Kolben 17 teilt das Volumen des Zylinders 15 in einen Gasraum 18 und einen Arbeitsraum 19 auf. Der Gasraum 18 ist gasgefüllt und der Arbeitsraum 19 ist über den Anschluß 16 mit dem Anschluß 14 der Kolbeneinheit 5 sowie dem Ladeventil 7 verbunden. Weiterhin ist im Arbeitsraum 19 eine Feder 20 vorgesehen. Die Kolbeneinheit 5 und der Kolbenspeicher 6 bilden zusammen ein hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System.

Darüber hinaus ist in Fig. 1 mit SN eine Normallage, mit SA eine Einfederung und mit SI eine Ausfederung des Rades 2 angedeutet.

In Fig. 2 ist in einer Kennlinie die an der Radaufhängung 1 wirkende Radlast P über der Einfederung S dargestellt. Einen qualitativ gleichen Verlauf weist auch das nicht dargestellte Kraft-Weg-Diagramm des Feder-Dämpfer-Systemes auf. Es steht der Index N für die Normallage, der Index A für das kurvenäußere Rad und der Index I für das kurveninnere Rad; dementsprechend ist PN die Radlast in Normallage, PA die Radlast des kurvenäußeren Rades und PI die Radlast des kurveninneren Rades. Entsprechendes gilt für die Einfederungen SN, SA, SI. Fernerhin ist ein Betriebspunkt 21 in Normallage, ein Betriebspunkt 22 des kurvenäußeren Rades, ein Betriebspunkt 23 des kurveninneren Rades, eine Steigung 24 im Betriebspunkt 22 des kurvenäußeren Rades sowie eine Steigung 25 im Betriebspunkt 23 des kurveninneren Rades gezeigt. Gestrichelt dargestellt ist ein ursprünglicher Verlauf 26, während der geknickte Verlauf 27 der Kennlinie durchgezogen dargestellt ist.

Die Radaufhängung 1 wirkt wie folgt: Bei beladenem Fahrzeug werden über das Ladeventil 7 die Arbeitsräume 12 und 13 der Kolbeneinheit 5 sowie der Arbeitsraum 19 des Kolbenspeichers 6 so lange mit einer Druckflüssigkeit gefüllt oder es wird Druckflüssigkeit abgelassen, bis das Rad 2 in einer vorgegebenen Normallage zum Fahrzeug steht. In dem aus der Kolbeneinheit 5, dem Kolbenspeicher 6 sowie den dazugehörigen Verbindungsleitungen gebildeten hydraulischen System wirkt nun ein der an allen Rädern einer Achse gleichen Radlast PN entsprechender hydraulischer Druck. Dieser Druck wirkt auf den Kolben 17 des Kolbenspeichers 6 und bewegt diesen so lange, bis sich zwischen den Gasraum 18 und den Arbeitsraum 19 ein Druckgleichgewicht einstellt. Nach diesem Vorgang wird das Ladeventil 7 in die geschlossene Stellung gebracht.

Bei normaler Fahrt verändert die sich zusammen mit dem Rad 2 bewegende Kolbenstange 10 je nach Einfederung das Volumen des Zylinders 8. Diese Volumenänderungen werden durch den Kolbenspeicher 6 aufgenommen, dessen Gasvolumen im Gasraum 18 sich entsprechend ändert. Gleichzeitig wird durch die Verringerung des Gasvolumens der Druck im hydraulischen System erhöht.

Bei Kurvenfahrt wirkt nun anstelle der Radlast PN am kurvenäußeren Rad die Radlast PA und am kurveninneren Rad die Radlast PI. Dementsprechend stellt sich am kurvenäußeren Rad eine Einfederung dS = SN-SA und am kurveninneren Rad eine Ausfederung dS = SI-SN ein. In der Radaufhängung 1 des kurvenäußeren Rades steigt der Druck und der Kolben 17 des Kolbenspeichers 6 bewegt sich im Sinne einer Verkleinerung des Gasraumes 18. Bei der Radaufhängung 1 des kurveninneren Rades hingegen verringert sich der Druck, so daß sich der Kolben 17 im Sinne einer Vergrößerung des Gasraumes 18 bewegt. Schon nach geringer Bewegung setzt der Kolben 17 auf die Feder 20 auf, so daß sich nun ein Gleichgewicht zwischen dem Gasdruck im Gasraum 18 und dem Flüssigkeitsdruck sowie dem Federdruck im Arbeitsraum 19 einstellt. In der Kennlinie nach Fig. 2 bewirkt dies, daß die Kennlinie an diesem Punkt 21 abknickt und mit größerer Steigung 23 weiterläuft. Für die Radaufhängung bedeutet dies, daß bei sinkender Radlast ab diesem Punkt die Ausfederung weniger stark zunehmen wird. Auf das gesamte Fahrzeug bezogen wird ab diesem Punkt die Zunahme des Wankwinkels bei zunehmender Querbeschleunigung geringer ausfallen.

Am Knickpunkt der Kennlinie setzt der Kolben 17 auf die Feder 20 auf. Dieser Punkt wird durch die Länge, oder genauer die Lage des freien Endes, der Feder 20 bestimmt. Vorzugsweise wird der Knickpunkt so gewählt, daß er, wie auch in der Kennlinie nach Fig. 2 dargestellt, dicht neben der Normal- oder Konstruktionslage in Richtung Ausfedern zu liegen kommt.

Die Steigung der Kraft-Weg-Kennlinie kann im geknickten Teil durch gezielte Wahl der Kennlinie der Feder 20 verändert und gezielt angepaßt werden. Darüber hinaus beeinflußt die Wahl der Feder auch das akustische Verhalten des Kolbenspeichers 6. Federt ein Rad zügig aus, so wird der Kolben 17 ebenfalls rasch auf die Feder 20 aufsitzen und dabei ein Geräusch erzeugen, das über die Feder 20 und den Zylinder 15 auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden kann. Um dies zu vermeiden wird als Feder 20 ein Gummielement mit Metallverstärkungen eingesetzt das neben den federnden auch dämpfende Eigenschaften hat und dessen Kennlinie durch die Form des Gummielementes und die Metallverstärkungen in weiten Grenzen variiert werden kann.

Die Kennlinie der Feder 20 ist progressiv gewählt und so ausgelegt daß die Steigung 24 des kurvenäußeren Rades der Steigung 25 des kurveninneren Rades entspricht. Eine gleiche Einfederung an einer Achse, beispielsweise durch eine Bodenwelle, führt wegen der gleichen Federraten auch zu gleichen Radlaständerungen. Der Aufbau des Fahrzeuges erfährt daher eine reine Hubanregung.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die erfindungsgemäße Radaufhängung 1 in Verbindung mit einer schnellen Niveauregulierung betrieben wird. Bei einer schnellen Niveauregulierung soll der Aufbau des Fahrzeuges nicht nur im Ruhezustand, sondern möglichst auch während jeden Fahrzustandes stets in einer Normallage gehalten werden. Dies bedeutet, daß ein entsprechendes Steuergerät die Ladeventile 7 für die Radaufhängungen 1 der Räder eines Kraftfahrzeuges so ansteuert, daß sich die Lage des Fahrzeugaufbaues über der Straße während der Fahrt nur in geringem Maße ändert, oder, andersausgedrückt, weder eine Einfederung ds = SN-SA noch eine Ausfederung dS = SI-SN auftritt. Hierzu muß bei der beschriebenen Kurvenfahrt in die Radaufhängung 1 des kurvenäußeren Rades so viel Druckflüssigkeit zugeführt werden, daß die durch die Änderung des Gasvolumens im Gasraum 18 bewirkte Volumenänderung ausgeglichen wird. Dieses Volumen ist proportional dem Verschiebeweg des Kolbens 17 im Kolbenspeicher 6 und damit auch proportional der Einfederung des Rades 2. Beim kurveninneren Rad muß ebenfalls durch entsprechende Ansteuerung des Ladeventiles 7 so viel Druckflüssigkeit entnommen werden, daß die Änderung des Gasvolumens im Gasraum 18 ausgeglichen wird. Durch die Gegenkraft der Feder 20 fällt diese Volumenänderung geringer aus als dies bei einem Kolbenspeicher 6 ohne die Feder 20 der Fall wäre.

Claims (4)

1. Hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System insbesondere für Fahrzeuge, bei dem ein mit einer Kolbeneinheit (5) hydraulisch verbundener Kolbenspeicher (6) ein Zylinder (15) und einen in dem Zylinder (15) beweglichen Kolben (17) aufweist, der Kolben (17) einen mit Druckflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum (19) und einen gasgefüllten Gasraum (18) voneinander trennt und in dem Arbeitsraum (19) eine Gummifeder (20) mit progressiver Kennlinie vorgesehen ist, deren Kennlinie so gewählt ist, daß die Kennlinie des Feder-Dämpfer-Systemes in einem Betriebsbereich um eine Normallage annähernd punktsymmetrisch ist, und die bei sich vergrößerndem Gasraum (18) den zunächst frei bewegbaren Kolben (17) gegenüber dem Zylinder (15) abstützt.

2. Hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder (20) so ausgelegt ist, daß die Kennlinie des Feder-Dämpfer-Systems im Betriebsbereich um die Normallage punktsymmetrisch ist.

3. Hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (19) des Kolbenspeichers (6) einerseits mit einem Arbeitsraum (12) des Zylinders (8) und andererseits mit einem Ladeventil (7) in Verbindung steht und über das Ladeventil (7) dem Feder-Dämpfer-System Druckflüssigkeit zugeführt oder aus dem Feder-Dämpfer-System Druckflüssigkeit abgelassen werden kann.

4. Hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Ladeventiles (7) eine während der Fahrt wirkende Niveauregelung dargestellt ist.