DE4334227A1 - Energiesparendes Hydrauliksystem für aktive Fahrwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein aktives Fahrwerk, umfassend Aktuatoren für eine Vorderachse und eine Hinterachse eines Kraftfahrzeuges, eine Pumpe mit einem Druckanschluß und einem Sauganschluß zur Versorgung der Aktuatoren, Zuflußleitungen, Abflußleitungen von den Aktuatoren zu einem Tank und Schaltventile zur Steuerung der Aktuatoren.

Aus der DE-OS 41 23 704 Fig. 1 ist ein Hydrauliksystem bekannt, bei dem eine Pumpe aus einem Tank einen Volumenstrom zur Ver­ sorgung der Aktuatoren der Fahrzeugachsen fördert. Ein grund­ sätzliches Problem aller aktiver Fahrwerkssysteme ist die Be­ reitstellung der notwendigen Energie zur Versorgung des Sy­ stems. So muß zur Horizontierung eines Fahrzeuges das Produkt aus δp mal δV von einer Pumpe gefördert werden, die direkt oder indirekt vom Antriebsmotor des Fahrzeugs betrieben wird. Das entspricht einem Druckgefälle zwischen einem Aktuator und dem drucklosen Tank, wobei die Pumpe derart ausgelegt werden muß, daß sie auch die relativ seltenen Spitzenlasten, die beispielsweise bei einer starken Federungsbewegung und gleichzeitiger schneller Kurvenfahrt auftreten, bewältigen muß. Die in das Hydrauliksystem investiert Energie wird über die Drosselventile zur Ansteuerung der Aktuatoren in Wärme umgewandelt und ist als Verlust zu bewerten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Energieeinsatz für ein aktives Fahrwerkssystem zu verbessern, wobei der Auf­ wand beschränkt bleiben soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Die Pumpe muß nicht mehr aus dem drucklosen Tank fördern, sondern kann den Druck aus den Abflußleitungen der Aktuatoren nutzen. Es entsteht ein in Grenzen geschlossenes Hydrauliksy­ stem. Die Energiebilanz verbessert sich eindeutig, da nur noch der Differenzdruck zwischen der Druckseite und der Saugseite aufgebracht werden muß.

Zum Ausgleich von größeren Volumenstromschwankungen ist vor­ teilhafterweise innerhalb der Stichleitung ein Druckspeicher installiert. Zusätzlich weist eine in den Tank führende Ab­ flußleitung ein Druckbegrenzungsventil auf. Das Druckbegren­ zungsventil öffnet beispielsweise bei einer überlagerten Fe­ derungsbewegung mit einer Seitenneigung bei einer Kurvenfahrt.

Zum Ausgleich des Volumens, das über das Druckbegrenzungsven­ til oder Leckagen abgelassen wurde, kann eine zweite Pumpe zur Versorgung der Aktuatoren unabhängig von der ersten Pumpe zu­ geschaltet werden. Diese Pumpe muß logischerweise nur sehr selten eingesetzt werden, so daß sie bei der Energiebilanz nur eine untergeordnete Rolle spielt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist innerhalb einer Abflußleitung ein Hydromotor angeschlossen, der über den Ab­ flußvolumenstrom angetrieben wird, wobei der Motor wiederum die zweite Pumpe zur Versorgung des Hydrauliksystems antreibt.

Besteht der Wunsch ein über das Druckbegrenzungsventil abge­ flossenes Volumen zu ersetzen, so ist die zweite Pumpe zur ersten Pumpe parallel geschaltet und mit einer Versorgungs­ leitung verbunden. Alternativ ist die zweite Pumpe mit dem Sauganschluß der ersten Pumpe verbunden ist, wodurch die erste Pumpe im Vergleich zum Stand der Technik kleiner ausgeführt sein kann.

Bei Geradeausfahrt kann man über ein Druckbegrenzungsventil den Druckanschluß und den Sauganschluß der ersten Pumpe mit­ einander verbinden und das gesamte Hydrauliksystem kurz­ schließt.

Damit das Hydrauliksystem nicht über die Abflußleitungen leerläuft ist vorteilhafterweise die zweite Pumpe mit einem Rückschlagventil gekoppelt, so daß ein Durchfluß nur in Förderrichtung der zweiten Pumpe möglich ist. Zusätzlich ist die Abflußleitung zwischen dem Hydromotor und dem Sauganschluß der ersten Pumpe mit einem Rückschlagventil versehen ist, so daß der Hydromotor nur eine Drehrichtung ausführen kann. Es besteht keine Gefahr, daß die zweite Pumpe gegen ihr eigenes Rückschlagenventil saugt.

Im Normalbetrieb ist die zweite Pumpe stillgesetzt. Hierzu kann der Hydromotor über eine Sperrventil abgekoppelt werden, so daß die zweite Pumpe keinen zusätzlichen Volumenstrom in das Hydrauliksystem einspeisen kann.

Der obere Systemdruck wird von den Druckbegrenzungsventilen und der untere Systemdruck von den Reaktionskräften an den Aktuatoren bestimmt. Im Ergebnis ist also auch in den Ablei­ tungen ein relativ hoher Druck. Deshalb erfolgt die Ansteue­ rung der Schaltventile elektromagnetisch.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 Hydrauliksystem mit einer zweiten Pumpe

Fig. 2 Hydrauliksystem mit einer zweiten Pumpe und Hydromotorantrieb
In Fig. 1 ist ein Hochdruckvorrat, bestehend aus Pumpe 1a, Filter 1b, Rückschlagventil 1c und Überdruckventil 1d, insge­ samt mit 1 bezeichnet. Entsprechend einem Vierradfahrzeug sind vier Aktuatoren mit 3, 5, 7, 9 bezeichnet. Die Aktuatoren 3, 5 seien der Vorderachse zugeordnet, die Aktuatoren 7, 9 der Hinterachse. Jedem der Aktuatoren ist über eine Dros­ sel 3a, 5a, 7a, 9a ein Druckspeicher 3b, 5b, 7b, 9b zugeord­ net, und zwar sind diese Druckspeicher jeweils mit dem Druck­ raum des Aktuators verbunden.

Die Druckräume der Aktuatoren 3-9 sind über Proportionalven­ tile 3c, 5c, 7c, 9c mit dem Hochdruckvorrat verbindbar und zwar mit einem in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein­ stellbaren Querschnitt.

Die beiden Aktuatoren 3, 5 und die beiden Aktuatoren 7, 9 sind durch je ein Quersperrsignal 11, 13 verbunden. In Reihe zu den Quersperrventilen 11, 13 liegt je eine Drossel 11a, 13a. Die Absperrventile 3d, 5d, 7d, 9d so federvorgespannt, daß sie bei Ausfall der Pumpe in die Sperrstellung übergehen, während die Quersperrventile 11, 13 so vorgespannt sind, daß sie bei Aus­ fall der Pumpe in die Öffnungsstellung übergehen. Dies ist erwünscht, weil bei Ausfall der Pumpe, wie auch bei anderen Fehlersituationen die Aktuatoren 5-9 von dem Hochdruckvorrat 1 und einem Tank 15 getrennt sein sollen und andererseits in solcher Situation die zu einer gemeinsamen Achse gehörenden Aktuatoren 3, 5 bzw. 7, 9 miteinander über die jeweilige Drossel 11, 13 verbunden sein sollen. Zum Ausgleich von Druckschwankungen sind in den Hochdruckleitungen zu den Wege­ ventilen 3-9 Druckspeicher 17, 19 vorgesehen.

Die Proportionalventile 3-9 werden durch Signale angesteuert, wobei die Signale so erzeugt werden, daß auftretende Wank- und Nickbewegungen und ggf. Vertikalbewegungen des Fahrzeugaufbaus zumindest teilweise kompensiert werden.

Wenn die Regelung ausfällt, etwa infolge Abschaltens der Zün­ dung oder infolge Auftretens eines Fehlers, werden die Aktuatoren 3-9 von den Proportionalventilen 3c-9c durch die zugehörigen Absperrventile 3d-2d getrennt, während die Quersperrventile 11, 13 geöffnet werden. Man spricht für diese Situation von einem Safe-Life-Verhalten. Die Fahrzeugaufhängung ist dann weich. Bei einem Wanken infolge einer Kurvenfahrt findet ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den einer gemeinsamen Achse zugehörigen Aktuatoren 3, 5 bzw. 7, 9 statt. Sämtliche Aktuatoren 3-9 sind über ihre Proportio­ nalventile mit einer Abflußleitung 21 verbunden, die wiederum direkt über eine Stichleitung 22 reinen Sauganschluß mit der Pumpe 1a gekoppelt ist. Innerhalb der Abflußleitungen steht ein Druck an, der u. a. von einem Druckbegrenzungsventil 23 bestimmt wird. Das Druckventil 23 öffnet die Abflußleitung zum Tank 15 wenn ein Maximaldruck überschritten wird. Denkbar ist dieser Vorgang, wenn das Fahrzeug eine Kurvenfahrt ausführt und gleichzeitig federt. Normale Druckschwankungen werden von einem Druckspeicher 25 ausgeglichen. Die Pumpe 1a muß in weiten Betriebszuständen nur den Differenzdruck zwischen der Stichleitung 2 am Sauganschluß und der Versorgungsleitung 27 am Druckanschluß erzeugen. Dabei tritt ein Energieventil ein, der direkt proportional dem Druck in der Abflußleitung 21 ist.

Für den Fall, daß das Druckbegrenzungsventil 23 Öl aus dem Hydrauliksystem abgelassen hat, muß eine Auffülleinheit vor­ gesehen sein. Diese wird von einer zweiten Pumpe 29 gebildet, die aus dem drucklosen Tank 15 in die Stichleitung 22 ein­ sprießt. Ein Rückschlagventil 31 verhindert den Abfluß über die Pumpe 29 aus dem Hydrauliksystem in den Tank 15. Die Pumpe 29 wird nur sehr selten eingesetzt werden müssen. Folglich schlägt sie bei der Energiebilanz kaum zu Buche. Die Pumpe kann direkt vom Fahrzeugmotor aber auch von einem separaten Motor 33 angetrieben werden. Der grundlegende Aufbau der Fig. 2 ist identisch mit der Ausführung Fig. 1. Abweichungen ergeben sich aus dem Antrieb der Pumpe 29. In dieser Variante kommt ein zuschaltbarer Hydromotor 35 zum Einsatz, der über ein Volumenstrom aus der Abflußleitung 21 angetrieben wird. Über ein Sperrventil 37 kann der in einem Bypass zur Abfluß­ leitung 21 liegende Motor zu- oder abgeschaltet werden. Ein weiteres Rückschlagventil 39 sorgt dafür, daß die Dreh- und damit die Förderrichtung vom Hydromotor 35 sowie von der Pumpe 29 bestimmt ist. Der Vorteil in dem Hydromotor 35 liegt u. a. darin, daß man keine Fremdenergie benötigt.

Für beide Figuren gilt, daß die Schaltventile direkt elektro­ magnetisch angesteuert werden. Der Druck in sämtlichen Lei­ tungen ist so groß, daß eine hydraulische Ansteuerung der Ventile über Federn und Druckdifferenzen nicht mehr sinnvoll machbar wäre.

Claims (12)

1. Hydrauliksystem für ein aktives Fahrwerk, umfassend Aktuatoren für eine Vorderachse und eine Hinterachse ei­ nes Kraftfahrzeuges, eine Pumpe mit einem Druckanschluß und einem Sauganschluß zur Versorgung der Aktuatoren, Zuflußleitungen, Abflußleitungen von den Aktuatoren zu einem Tank und Schaltventile zur Steuerung der Aktuatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußlei­ tungen (21) mindestens eine Stichleitung (22) aufweisen, die einen unter Druck stehenden Volumenstrom dem Saug­ anschluß der Pumpe (1a) zuführt.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Stichleitung (22) ein Druckspei­ cher (25) installiert ist.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Tank (15) führende Abflußleitung ein Druckbegrenzungsventil (23) aufweist.

4. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Pumpe (29) zur Versorgung der Aktuatoren (3-9) unabhängig von der ersten Pumpe (1a) zugeschaltet werden kann.

5. Hydraulikleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Abflußleitung (21) ein Hydromotor (35) angeschlossen ist, der über den Abfluß­ volumenstrom angetrieben wird, wobei der Motor (35) wiederum die zweite Pumpe (29) zur Versorgung des Hydrau­ liksystems antreibt.

6. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pumpe (29) zur ersten Pumpe (1a) parallel geschaltet und mit einer Versorgungsleitung verbunden ist.

7. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pumpe (29) mit dem Sauganschluß der ersten Pumpe (1a) verbunden ist.

8. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil (1d) den Druckanschluß und den Sauganschluß der ersten Pumpe (1a) miteinander ver­ bindet und das gesamte Hydrauliksystem kurzschließt.

9. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Pumpe (29) mit einem Rückschlagventil (31) gekoppelt ist, so daß ein Durchfluß nur in Förderrichtung der zweiten Pumpe (29) möglich ist.

10. Hydrauliksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung zwischen dem Hydromotor (35) und dem Sauganschluß der ersten Pumpe (1a) mit einem Rück­ schlagventil (39) versehen ist, so daß der Hydromotor (35) nur eine Drehrichtung ausführen kann.

11. Hydraulikleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (35) über ein Sperrventil (37) abge­ koppelt werden kann, so daß die zweite Pumpe (35) keinen zusätzlichen Volumenstrom in das Hydrauliksystem ein­ speisen kann.

12. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Schaltventile elektromagnetisch erfolgt.