DE4237708C1 - Vorrrichtung zur Beeinflussung von Wankbewegungen eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Wankbewegungen eines Fahrzeuges mit zumindest einem Stabilisator, welcher zur Erzeugung eines auf den Fahr­ zeugaufbau wirkenden Drehmomentes bezüglich der Fahrzeug­ längsachse mittels mindestens eines in Abhängigkeit von den Radstellungen bzw. Einfederungen steuerbar an eine Druckquelle bzw. ein Niederdruckreservoir anschließbaren doppeltwirkenden Verdrängeraggregates verspannbar ist.

Bei Kraftfahrzeugen mit herkömmlicher passiver Federung ist in der Regel an zumindest einer Achse ein elastischer Stabilisator angeordnet, welcher vor allem dazu dienen soll, bei Kurvenfahrt eine zu große Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus zu verhindern, insbesondere dann, wenn die Fahrzeugfederung vergleichsweise weich abgestimmt ist.

Ein derartiger Stabilisator besitzt typischerweise beid­ seitig der Fahrzeuglängsachse jeweils ein achsseitiges sowie ein chassisseitiges Widerlager, wobei die auf jeder Fahrzeugseite zwischen den genannten Wider lagern ange­ ordneten Stabilisatorteile so miteinander verbunden sind, daß der Stabilisator zunehmend elastisch gespannt wird, sobald die jeweilige Fahrzeugachse auf der einen Fahrzeug­ seite relativ zum Chassis eine zunehmend andere Höhenlage einnimmt als auf der anderen Fahrzeugseite. Auf diese Weise erzeugt der Stabilisator ein Wankmoment, d. h. ein Drehmoment bezüglich der Fahrzeuglängsachse, welches den Fahrzeugaufbau in eine Lage zu drängen sucht, in der die radseitigen Enden der jeweiligen Fahrzeugachse bezüg­ lich des Fahrzeugaufbaus eine gleiche Höhenlage einnehmen.

Ein grundsätzlicher Nachteil derartiger Stabilisatoren liegt darin, daß sie einseitige Federungsbewegungen einer Achse behindern. Wenn beispielsweise das auf einer Fahrzeugseite angeordnete Rad einer Achse aufgrund auf dieser Fahrzeugseite vorhandener Fahrbahnunebenheiten Federhübe auszuführen sucht, so übt der Stabilisator auf das an der genannten Achse auf der anderen Fahrzeug­ seite angeordnete Rad mit den Federungsbewegungen des erstgenannten Rades gleichgerichtete Kräfte aus.

Besonders komfortmindernd kann sich der Stabilisator bemerkbar machen, wenn die Räder auf den beiden Fahrzeugseiten aufgrund unterschiedlicher bzw. phasenverschobener Fahrbahnunebenheiten gegenphasige Federungshübe aus zu­ führen suchen. Denn bei einander entgegengerichteten Federungshüben der einander gegenüberliegenden Räder einer Achse wird ein herkömmlicher Stabilisator zwangs­ läufig gespannt, d. h. der Stabilisator wirkt den je­ weiligen phasenverschobenen Federungshüben entgegen.

Zur Lösung dieses Problemes dienen steuerbare Stabili­ satoren der eingangs angegebenen Art. Derartige Stabili­ satoren sind so ausgebildet, daß sie bei ungleicher Ein­ federung bei Geradeausfahrt (Einzelstoß) keine negativ spürbare Versteifung der Federung hervorrufen. Anderer­ seits kann insbesondere bei Kurvenfahrt, grundsätzlich aber auch bei anderen, eine Wankbewegung des Fahrzeuges anregenden Störkräften ein stabilisierendes Moment ge­ wünschter Höhe durch aktive Verdrehung des Stabilisators bzw. des als Stabilisator angeordneten Torsionsstabes erzeugt werden.

Dieses Betriebsverhalten ist z. B. beim Gegenstand der EP-A 03 54 113 oder auch der DE-OS 15 80 728 verwirklicht.

Gleichwohl ist das Betriebsverhalten der dort beschriebenen Anordnungen noch nicht optimal. Wenn nämlich während der Verstellbewegung des Stabilisators ein zusätzlicher Druckstoß auftritt, weil beispielsweise ein Rad über eine Bodenunebenheit rollt, wird Druckmittel, welches zur Verstellung den Stellelementen des Stabilisators bereits zugeführt wurde, gegen die Pumpe zurückgedrückt oder gar über die Überdrucksicherung abgeleitet. Damit wird der bereits erreichte Verstell­ weg des Stabilisators verringert und die Einnahme der ge­ wünschten Verstellposition verzögert.

Bislang wurde keine Möglichkeit aufgezeigt, diesen Nachteil zu vermeiden.

Aus der EP-A 01 52 914 ist es lediglich bekannt, die chassisseitigen Widerlager eines Stabilisators mittels Kolben-Zylinder-Aggregate am Chassis verstellbar zu haltern, so daß ebenfalls ein willkürliches Wankmoment erzeugbar ist.

Aus der DE-OS 17 55 637 geht lediglich die Möglichkeit hervor, bei einem mit stationären chassisseitigen Wider­ lagern gehalterten Stabilisator nur ein achsseitiges Widerlager des Stabilisators mit der Achse über ein hydrau­ lisches Verstellaggregat zu verbinden, während das andere achsseitige Widerlager des Stabilisators unverstellbar mit dem zugeordneten Ende der jeweiligen Achse verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Betriebsverhalten einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch jedem Verdränger­ raum des Verdrängeraggregates zugeordnete Sperrventilan­ ordnungen gelöst, welche die jeweils mit der Druckquelle verbundene Seite des Verdrängeraggregates gegen Rückschlag des Hydraulikmediums zur Druckquelle sichern.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Sperrventilanordnungen direkt an den Verdrängerräumen des bzw. der Verdrängeraggre­ gate führt zu einer wesentlich präziseren Führung der Stell­ bewegung. Damit wird gleichzeitig die Möglichkeit geboten, daß durch die Fahrbahn hervorgerufene Stöße zu Verspannungen des Stabilisators führen können, welche größer sind als die gleichzeitig allein mittels Verstellung durch die Druckquelle erreichbaren Verspannungen. Während der Durchführung einer aktiven Verstellbewegung des Stabilisators kann also die Druckquelle nicht zu einer Be­ grenzung der durch ungleiche Federhübe der dem Stabilisator zugeordneten Räder erreichbaren Verspannung des Stabilisa­ tors führen.

Die Erfindung macht sich insbesondere dann deutlich bemerk­ bar, wenn der Stabilisator bei Kurvenfahrt hydraulisch zur Erzeugung eines Wankmomentes gespannt wird, welches der aufgrund der Kurvenfahrt auftretenden Wankneigung des Fahrzeugaufbaus entgegenwirken soll, und die kurvenäußeren Räder des Fahrzeuges nunmehr über einseitige Fahrbahnun­ ebenheiten rollen. Die dabei auf den Stabilisator zusätz­ lich einwirkenden Kräfte können dann aufgrund der erfin­ dungsgemäß vorgesehenen Sperrventilanordnungen nicht dazu führen, daß sich das Verdrängeraggregat in einer Richtung verstellt, in der hydraulisches Medium in Richtung der Druckquelle verdrängt würde, mit der Folge, daß die Fahr­ bahnstöße zu keiner nennenswerten zusätzlichen Verspannung des Stabilisators führen könnten.

Die anmeldungsgemäße Anordnung bringt systemimmanent weitere Vorteile.

So werden auftretende Stöße während der Verstellung des Stabilisators zur Stabilisierung selbst mitbenutzt. Bei entsprechender Ansteuerung des Verdrängeraggregates bzw. der Verdrängeraggregate kann die ungleiche Einfederung unter ungleicher statischer Lastverteilung aktiv ausge­ glichen werden, ohne daß die Druckquelle ständig arbeiten müßte, wie es beim Stand der Technik der Fall ist bzw. wäre, da hier die mit der Erfindung erreichte Sicherung gegen Rückstellung nicht gegeben ist.

Im übrigen wird hinsichtlich vorteilhafter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläu­ terung bevorzugter Ausführungsformen verwiesen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Fahrzeughinterachse mit Stabilisator,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt entsprechend der Schnitt­ linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen zur Darstellung der Fig. 2 analogen Vertikal­ schnitt einer Stabilisator-Anordnung an einer Vorder­ achse und

Fig. 4 eine schaltplanmäßige Darstellung der Stabilisator­ regelung.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Hinterachse 1 eines Lastkraftwagens sind nahe den Hinterrädern 2 beid­ seitig der vertikalen Mittellängsebene des Fahrzeuges Lager 3 angeordnet, in denen ein Stabilisator 4 um eine zur Hinterachse 1 parallele Achse drehbar gelagert ist. Der Stabilisator 4 besteht im wesentlichen aus einem zwischen den Lagern 3 erstreckten tordierbaren Mittelteil, an den sich auf den den Hinterrädern 2 zugewandten Seiten der Lager 3 hebelartige Endstücke 4′ anschließen, welche relativ zueinander unter federelastischer Torsionsbean­ spruchung des Mittelbereiches des Stabilisators 4 ver­ schwenkt werden können.

Die genannten Endstücke 4′ sind mittels hydraulischer Gleichgangzylinder 5, bei denen es sich um doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Aggregate mit für beide Wirkungsrichtungen gleich großen wirksamen Kolbenflächen handelt, gelenkig mit chassis- bzw. rahmenseitigen Widerlagern 6 verbunden.

Durch entsprechende Steuerung des Druckes sowie der Druckrichtung in den Gleichgangzylindern 5 kann das eine Endstück 4′ des Stabilisators 4 in Richtung des benach­ barten Widerlagers 6 und das andere Enstück 4′ in entgegen­ gesetzter Richtung gespannt werden, so daß zwischen Hinter­ achse 1 und Fahrzeugaufbau ein durch den Stabilisator erzeugtes Drehmoment bezüglich der Fahrzeuglängsachse erzeugt wird. Auf diese Weise kann Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus aktiv entgegengewirkt werden.

Im übrigen wird der Stabilisator 4 auch dann auf Torsion beansprucht, wenn der Fahrzeugaufbau bei hydraulisch blockierten Gleichgangzylindern 5 Wankbewegungen ausführt, d. h. wenn die Hinterräder 2 auf der einen Fahrzeugseite vom Fahrzeugaufbau einen anderen Abstand haben als die Hinterräder 2 auf der anderen Fahrzeugseite.

In Fig. 3 ist das Vorderrad 7 (ebenso wie das andere nicht sichtbare Vorderrad) lenkbar an einer vorderen Starrachse 8 angeordnet und mittels eines nicht dargestellten Lenkgestänges steuerbar. Der Stabilisator 4 ist in prinzipiell gleicher Weise, wie es anhand der Fig. 1 und 2 bei einer Hinterachse dargestellt wurde, auf der rechten sowie der linken Fahrzeug­ seite an Teilen der Vorderachse 8 um eine Fahrzeugquerachse drehbar gelagert.

Die Endstücke 4′ des Stabilisators 4 sind hier jeweils über eine Stange 9 mit einem Arm eines doppelarmigen Umlenkhebels 10 gelenkig verbunden, der am Fahrzeugrahmen bzw. -chassis drehgelagert ist und dessen anderer Arm gelenkig mit einem im Beispiel der Fig. 3 horizontal angeordneten Gleichgang­ zylinder 5 verbunden ist, welcher seinerseits an einem Widerlager 6 am Fahrzeugrahmen bzw. -chassis gehaltert wird.

Durch Steuerung des die Gleichgangzylinder 5 beaufschlagenden hydraulischen Druckes sowie der Druckrichtung läßt sich wiederum erreichen, daß das eine Endstück 4′ in Aufwärts­ richtung und das andere Endstück 4′ des Stabilisators 4 in Abwärtsrichtung gespannt wird, so daß der Stabilisator 4 auf Torsion beansprucht wird und zwischen Vorderachse und Fahrzeugaufbau ein Drehmoment bezüglich der Fahrzeuglängs­ achse verursacht. Eine entsprechende Torsionsbeanspruchung des Stabilisators 4 tritt auch dann auf, wenn die Gleichgang­ zylinder 5 hydraulisch blockiert sind und der Fahrzeugaufbau Wankbewegungen relativ zur Vorderachse 8 ausführt.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung des Stabilisators 4 ist grundsätzlich auch an einer Hinterachse möglich. In entsprechend umgekehrter Weise kann die anhand der Fig. 1 und 2 dargestellte Stabilisatoranordnung auch bei einer Vorderachse vorgesehen sein.

In Fig. 4 sind nun jeweils die Stabilisatoren 4 an einer Vorderachse VA sowie an einer Hinterachse HA zusammen mit den zwischen den Endstücken 4′ der Stabilisatoren und dem Fahrzeugrahmen angeordneten Gleichgangzylindern 5 schematisch dargestellt.

Zur Steuerung der in den Gleichgangzylindern 5 auftretenden hydraulischen Drucke bzw. zur Steuerung der Richtung der jeweils wirksamen Druckdifferenzen dienen elektromagnetische Steuerventile 11 und 12, welche ausgangsseitig mit den Leitungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 und eingangsseitig mit Leitungen 17 und 18 verbunden sind, von denen die Leitung 17 druckseitig an eine Hydraulikpumpe 19 und die Leitung 18 an ein im wesentlichen druckloses Reservoir 20 für Hydraulik­ medium angeschlossen sind. Mittels der Steuerventile 11 und 12 können zwischen den Leitungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 und damit zwischen den an diese Leitungen angeschlossenen Kammern der Gleichgangzylinder 5 innerhalb des Leistungs­ bereiches der Pumpe 19 beliebige Druckdifferenzen einge­ stellt werden.

Die Leitungen 13 bis 16 sind mit den zugeordneten Kammern der Gleichgangzylinder 5 jeweils über druckgesteuerte Sperrventile verbunden, welche nach Art druckgesteuerter Rückschlagventile 30 arbeiten, wobei der Druck in den Lei­ tungen 13 bzw. 15 die Rückschlagventile 30 in den Leitungen 14 bzw. 16 ständig offenhält, während die Rückschlagventile 30 in den Leitungen 13 bzw. 15 ständig geöffnet gehalten werden, wenn die Leitungen 14 bzw. 16 einen erhöhten Druck führen. Auf diese Weise kann ein Rückschlag von Hydraulikmedium zur Druckseite der Pumpe 19 verhindert werden.

Die Steuerung der Ventile 11 und 12 erfolgt mittels einer elektronischen Regelvorrichtung 21, die eingangsseitig mit nur schematisch wiedergegebenen Istwertgebern 22 für die Hubstellung der Fahrzeugräder relativ zum Fahrzeugaufbau verbunden ist. Aus den Signalen der Istwertgeber 22 ermittelt die Regelvorrichtung 21 einen Istwert für den Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus relativ zum Untergrund. Diese Istwerte werden fortlaufend im Sinne einer Tiefpaß-Filterung verarbeitet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Istwerte des Wankwinkels fortlaufend aufgezeichnet werden und gleichzeitig für eine vorgebbare Zeitspanne vor dem Zeitpunkt des jeweils zuletzt ermittelten Istwertes eine Mittelwertbildung erfolgt, so daß ein gefilterter Istwert des Wankwinkels erzeugt wird. Dieser gefilterte Istwert wird von schnellen Federungshüben der Fahrzeugräder aufgrund von Fahrbahnunebenheiten u. dgl. praktisch nicht beeinflußt.

Der gefilterte Istwert des Wankwinkels wird mit einem Sollwert verglichen. Danach wird durch Vergleich des Soll­ wertes mit dem gefilterten Istwert ein Signal zur Steuerung der Ventile 11 und 12 gebildet.

Auf diese Weise ist es möglich, Wanktendenzen des Fahrzeuges auszuregeln und zu erreichen, daß der tatsächliche Wankwinkel praktisch immer in der Nähe des Sollwertes bleibt.

Nur wenn extreme Wankmomente als Störkräfte auf den Fahrzeug­ aufbau einwirken bzw. die Achsen des Fahrzeuges aufgrund entsprechender Fahrbahnunebenheiten einseitig stark einfedern, kann der Fall auftreten, daß die zwischen den Leitungen 13 und 14 bzw. 15 und 16 mittels der Pumpe 19 erzeugbaren Druck­ differenzen bzw. der Bewegungsbereich der Kolben der Gleich­ gangzylinder 5 nicht ausreichen, um die Stabilisatoren 4 derart stark zu verspannen, daß der Fahrzeugaufbau in der Nähe des jeweils gewünschten Sollwertes des Wankwinkels gehalten werden kann.

In diesem Falle wird also ein vom Sollwert des Wankwinkels abweichender Wankwinkel-Istwert auftreten, d. h. das Fahrzeug legt sich relativ zu den Achsen mehr oder weniger weit zur Seite, bis die dadurch unsymmetrisch belastete Fahrzeugfederung zusammen mit den Stabilisatoren 4 ein entsprechend starkes Gegenmoment erzeugen. In derartigen Fällen verhindern die druckgesteuerten Rückschlagventile 30 einen Rückschlag von Hydraulikmedium aus den jeweils mit der Pumpe 19 verbundenen Kammern der Gleichgangzylinder zur Pumpe 19, so daß zwischen den Kammern der Gleichgangzylinder 5 größere Druckdifferenzen auftreten können als zwischen den Leitungen 13 und 14 bzw. 15 und 16. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Stabili­ satoren 4 bei solchen Fahrzuständen in stärkerem Maße elastisch gespannt werden, als es allein durch die von der Pumpe 19 erzeugbare Druckdifferenz möglich wäre.

Dadurch können die Stabilisatoren 4 vergleichsweise hohe Rückstellmomente für den Fahrzeugaufbau erzeugen.

Um eine ruckfreie Bewegung des Stabilisators 4 beim Verspannen bzw. beim Entspannen zu erreichen, sind die Rückschlag- bzw. Sperrventile 30 zweckmäßig als sogenannte Bremsventile, vor­ zugsweise als leckfreie Bremsventile, ausgebildet. Derartige Ventile lassen sich stufenlos zwischen zwei Schaltstellungen umschalten und wirken in der einen Schaltstellung jeweils als Rückschlagventil, während in der anderen Schaltstellung parallel zum Rückschlagventil ein gedrosselter Bypass maximal geöffnet ist, welcher beim Umschalten zwischen den Schalt­ stellungen - je nach Richtung der Umschaltung - zunehmend gedrosselt (bis zur Sperrung des Bypasses) bzw. entdrosselt wird. Der Übergang zwischen den beiden Schaltstellungen erfolgt also kontinuierlich unter zunehmender Drosselung bzw. Entdrosselung des Bypasses, so daß sich der Stabilisator 4 ruckfrei verspannen bzw. entspannen läßt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Beeinflussung von Wankbewegungen eines Fahrzeuges mit zumindest einem Stabilisator, welcher zur Erzeugung eines auf den Fahrzeugaufbau wirkenden Drehmomentes bezüglich der Fahrzeuglängsachse mittels mindestens eines in Abhängigkeit von den Radstellungen bzw. Einfederungen steuerbar an eine Druckquelle bzw. ein Niederdruckreservoir anschließ­ baren doppeltwirkenden Verdrängeraggregates verspannbar ist, gekennzeichnet durch jeden Verdrängerraum des Verdrängeraggregates zugeordnete steuerbare Sperrventilanordnungen (30), welche die jeweils mit der Druckquelle (19) verbundene Seite des Verdrängeraggregates (5) gegen Rückschlag des Hydraulik­ mediums zur Druckquelle (19) sichern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl niederdruckseitig als auch hochdruckseitig des Verdrängeraggregates (5) bei Strömung in Richtung des Verdrängeraggregates (5) öffnende Rückschlag- bzw. Sperr­ ventile (30) angeordnet sind, welche eine Drucksteuerung besitzen, derart, daß der hochdruckseitige Druck das jeweils niederdruckseitige Rückschlag- bzw. Sperrventil zwangsweise offenhält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlag- bzw. Sperrventile (30) so ausgebildet sind, daß sie sich stufenlos zwischen zwei Schaltstellungen umsteuern lassen, wobei das jeweilige Ventil in der einen Schaltstellung im wesentlichen nur als Rückschlagventil wirkt und in der anderen Schaltstellung einen stufenlos bis zur Sperrung drosselbaren, parallel zum Rückschlagventil angeordneten Bypass maximal öffnet.