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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Aufhängungssystem für ein Fahrzeug
gerichtet, wobei das Aufhängungssystem
wenigstens Rollsteifigkeit bietet und eine unabhängige Steuerung von Hebe-,
Roll- und Nickdämpfung
hat.
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Es
sind viele alternative untereinander verbundene Aufhängungssysteme
bekannt, welche die Fähigkeit
haben, zwischen verschiedenen Arten der Radbewegung in Bezug auf
die Fahrzeugkarosserie passiv zu unterscheiden, und deshalb eine
Vielfalt von Alternativen in der Funktionalität bieten. Zum Beispiel die
US-Patente Nr. 6,010,139 und
6,270,098 der Anmelderin
bieten eine Druck ausgleichende „Lastverteil"-Einheit zwischen
zwei Paaren von diagonal miteinander verbundenen doppeltwirkenden Radzylindern.
Dieses System bietet unterschiedliche Hebe-, Roll- und Nicksteifigkeitsraten
bei null Verwindungssteifigkeit und unterschiedliche Dämpfungsraten
in allen vier Basisaufhängungsbetriebsarten
(Heben, Rollen, Nicken und Verwinden oder heave, roll, pitch and
warp). Dieses System trägt
das Gewicht des Fahrzeuges, so dass, wenn sich die Belastungen an
dem Fahrzeug ändern
oder wenn sich die Fluidtemperatur ändert, das Fluidvolumen in
jedem der sechs Volumina in dem System eingestellt werden muss.
Außerdem
gibt es, da die sechs Volumina in dem System in gewissen Lastzuständen sein
können,
was alles bei unterschiedlichen Drücken der Fall sein kann, die
Möglichkeit
für das
Fluid, an den Dichtungen zu lecken, was auch verlangt, dass Fluidvolumeneinstellungen
vorgenommen werden, um die korrekte Fahrzeughöhe aufrechtzuerhalten. Das
verlangt eine Hochdruckfluidquelle, Sensoren, Steuerelektronik und
-ventile, was die Kosten des Systems für ein passives System relativ
hoch macht. Darüber hinaus
kann der hohe Druck, der in diesen Systemen benutzt wird, zu Problemen
mit der stationären
Reibung oder Haftreibung innerhalb der Lastverteileinheit und der
Radzylinder führen.
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Ein
Beispiel eines passiven Systems, das hohe Rollsteifigkeit bei niedriger
Verwindungssteifigkeit und vernachlässigbarer Hebesteifigkeit bietet und
für hohe
Rolldämpfung
bei niedrigerer, komfortablerer und isolierender Hebedämpfung sorgt,
findet sich in der
WO-A-00/61394 der
Anmelderin. Da das System keine nennenswerte Hebesteifigkeit bietet, sind
separate Tragfedern erforderlich.
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Ein
Beispiel eines Systems, das einfach Roll- und/oder Nickdämpfung hat,
findet sich in dem
US-Patent
Nr. 5,486,018 von Yamaha und in
US 6,024,366 von Kayaba. Das System
in diesen Dokumenten benutzt eine Vorrichtung zwischen einem Paar
Raddämpfungszylindern,
wobei jeder Raddämpfungszylinder
ein Dämpferventil
in seinem Kolben hat, um für
eine doppeltwirkende Dämpfung
zu sorgen, den Zylinder aber einfachwirkend zu machen (d. h. es
gibt nur eine Fluidöffnung).
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Die
Vorrichtung bietet unabhängige
Grade der Dämpfung
für Bewegungen
in Phase (d. h. Heben) und für
Bewegungen außer
Phase (d. h. Rollen und/oder Nicken). Dieses System bietet jedoch
keine nennenswerte Steifigkeit in irgendeiner Betriebsart, so dass
zusätzlich
zu der Notwendigkeit von Tragfedern im Allgemeinen Antirollstäbe erforderlich
sein werden für
einen guten Ausgleich zwischen Prell- und Rollsteifigkeit. Außerdem,
da die Radzylinder effektiv einfachwirkend sind (d. h. nur eine
Fluidöffnung haben),
ist das Ausmaß an
Dämpfung,
das die Vorrichtung bieten kann, begrenzt. Es gibt Verbesserungen,
die an dem System vorgenommen werden, um dieses Problem zu bekämpfen, welche
sich in der
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11291737 finden, wobei diese aber mehr Installation
und Schieberventile mit sich bringen.
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In
der
EP 858918 ist in
9 ein Rolllagesteuersystem gezeigt, das
vier doppeltwirkende Radzylinder umfasst, die so verbunden sind,
dass zwei Fluidvolumina gebildet sind, ein aktives Rollsteuersystem,
das Ventile aufweist, einen Tank, Hochdruckpumpensensoren und eine
Verdrängereinheit,
wobei die Verdrängereinheit
angetrieben wird, um Fluid aus einem der Fluidvolumina zu dem anderen
zu übertragen
und so zu ermöglichen,
dass die Rolllage eines Fahrzeuges aktiv gesteuert wird. Schraubenfedern sind
vorgesehen zum Tragen des Hauptgewichts der Fahrzeugkarosserie,
wobei jedoch eine beträchtliche statische
Belastung durch die hintere Gasfeder und die hinteren Hydraulikzylinder
aufgenommen werden muss, um die Steuerung des Druckes in der Gasfeder
zum Einstellen der statischen Höhe
des Hecks des Fahrzeuges zu ermöglichen,
ohne für
eine dynamische Steuerung des Nickens des Fahrzeuges zu sorgen.
10 der
EP
858918 zeigt eine weitere Entwicklung desselben Systems,
in welchem dieses Mal eine Verbindungssequenz zwischen den vier
Zylindern benutzt wird, die eine Querverbindung der Kammern von
diagonal entgegengesetzten Rädern ergibt,
welche erste und zweite diagonale Paare von Fluidvolumina ergibt.
Jedes diagonale Paar von Fluidvolumina hat eine zugeordnete Verdrängereinheit, ähnlich aktiv
gesteuert auf Zielpositionen in Abhängigkeit von den Roll- und
Nickbeschleunigungen an der Fahrzeugkarosserie. Dieses Hydrauliksystem
hat nicht null Verwindungssteifigkeit und entkoppelt auch nicht
die Nicksteifigkeit von der Rollsteifigkeit, obgleich wiederum Schraubenfedern
das Hauptgewicht der Fahrzeugkarosserie tragen können.
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Lotus
hat auf dem Gebiet der aktiven Aufhängung Pionierarbeit geleistet
durch die Verwendung von doppeltwirkenden Fluidzylindern an jedem Rad,
um entweder die Last des Fahrzeuges zu tragen oder, wie in der
US 5,217,246 gezeigt, parallel mit
Schraubenfedern, welche das Hauptgewicht der Fahrzeugkarosserie
tragen, wobei der Radzylinder für
eine Steuerung der Lageeinstellung und Dämpfung sorgt. Jeder Radzylinder
ist nicht passiv hydraulisch mit irgendeinem anderen Radzylinder
verbunden, sondern wird durch wenigstens eine zentrale elektronische
Steuereinheit aufgrund von erfassten ungefederten und gefederten
Karosseriebeschleunigungen, -kräften
und -positionen individuell gesteuert. Obgleich das System keinen
betriebsartentkoppelten passiven Betrieb bietet, kann die elektronische Steuereinheit
alle vier Aufhängungsbetriebsarten analysieren
und für
eine individuelle Einstellung der Kraft an jedem Rad, die durch
seine Programmierung bestimmt wird, sorgen.
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches
System für
eine Fahrzeugaufhängung
zu schaffen, welches wenigstens eines der Probleme der oben beschriebenen
Systeme überwindet,
wobei das hydraulische System für
Rollsteifigkeit, Rolldämpfung,
Nickdämpfung
und wahlweise für
Nicksteifigkeit sorgt, die alle vorzugsweise ausgelegt und abgestimmt
werden können,
und zwar unabhängig
voneinander, um eine Optimierung jedes Parameters zu ermöglichen.
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Demgemäß schafft
die vorliegende Erfindung ein Dämpfungs-
und Steifigkeitssystem in einem Fahrzeugaufhängungssystem für ein Fahrzeug,
wobei
das Fahrzeug eine Fahrzeugkarosserie und ein erstes Paar und ein
zweites Paar diagonal beabstandete Radbaugruppen aufweist, wobei
das erste Paar diagonal beabstandete Radbaugruppen wenigstens eine
vordere linke Radbaugruppe und wenigstens eine hintere rechte Radbaugruppe
umfasst, wobei das zweite paar diagonal beabstandete Radbaugruppen
wenigstens eine vordere rechte Radbaugruppe und wenigstens eine
hintere linke Radbaugruppe umfasst und wobei das Dämpfungs-
und Steifigkeitssystem aufweist:
wenigstens einen Radzylinder,
der zwischen jeder Radbaugruppe und der Fahrzeugkarosserie angeordnet
ist, wobei jeder Zylinder wenigstens eine Kompressionskammer enthält;
eine
Lastverteileinheit, die zwischen die Kompressionskammern des vorderen
linken, vorderen rechten, hinteren linken und hinteren rechten Radzylinders geschaltet
ist, wobei die Lastverteileinheit eine erste und eine zweite Kolbenstangenbaugruppe,
ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Systemvolumen
sowie ein erstes und ein zweites modales Federungsvolumen aufweist,
wobei
die erste Kolbenstangenbaugruppe eine erste, eine zweite, eine dritte
und eine vierte effektive Fläche
festlegt, wobei die zweite Kolbenstangenbaugruppe eine fünfte, eine
sechste, eine siebente und eine achte effektive Fläche festlegt
und wobei die erste und die zweite Kolbenstangenbaugruppe innerhalb
der Lastverteileinheit so angeordnet sind, dass jede Kolbenstangenbaugruppe
sich um eine Hauptachse der Kolbenstangenbaugruppe drehen und längs derselben
verschieben kann,
wobei die erste effektive Fläche eine
bewegliche Wand des ersten Systemvolumens bildet, so dass, wenn
die erste Kolbenstangenbaugruppe sich längs ihrer Hauptachse verschiebt,
sich das Volumen des ersten Systemvolumens verändert, wobei die zweite effektive
Fläche
eine bewegliche Wand des zweiten Systemvolumens bildet, wobei die
dritte effektive Fläche
eine bewegliche Wand des ersten modalen Federungsvolumens bildet,
wobei die vierte effektive Fläche
eine bewegliche Wand des zweiten modalen Federungsvolumens bildet,
wobei die fünfte
effektive Fläche
eine bewegliche Wand des dritten Systemvolumens bildet, so dass,
wenn die zweite Kolbenstangenbaugruppe sich längs ihrer Hauptachse verschiebt,
sich das Volumen des dritten Systemvolumens verändert, wobei die sechste effektive
Fläche eine
bewegliche Wand des vierten Systemvolumens bildet, wobei die siebente
effektive Fläche
eine bewegliche Wand des ersten modalen Federungsvolumens bildet
und wobei die achte effektive Fläche
eine bewegliche Wand des zweiten modalen Federungsvolumens bildet,
wobei
das erste Systemvolumen zunimmt im Volumen proportional zu der Abnahme
im Volumen des zweiten Systemvolumens mit der Bewegung ersten Kolbenstangenbaugruppe,
wobei das dritte Systemvolumen zunimmt im Volumen proportional zu
der Abnahme im Volumen des vierten Systemvolumens mit der Bewegung
der zweiten Kolbenstangenbaugruppe,
wobei das Volumen des ersten
modalen Federungsvolumens abnimmt proportional zu der Zunahme im Volumen
des ersten und des dritten Systemvolumens mit der Bewegung der ersten
und der zweiten Kolbenstangenbaugruppe, wobei das Volumen des zweiten
modalen Federungsvolumens abnimmt proportional zu der Zunahme im
Volumen des zweiten und des vierten Systemvolumens,
wobei das
erste und das vierte Systemvolumen mit den Kompressionskammern der
Radzylinder verbunden sind, die einem der Paare von diagonal beabstandeten
Radbaugruppen zugeordnet sind, wobei das zweite und das dritte Systemvolumen
mit den Kompressionskammern der Radzylinder verbunden sind, die
dem anderen Paar der diagonal beabstan deten Radbaugruppen zugeordnet
sind, wobei das Dämpfungs-
und Steifigkeitssystem dadurch im Wesentlichen null Verwindungssteifigkeit
schafft, und dadurch gekennzeichnet, dass:
das Fahrzeugaufhängungssystem
weiter vordere und hintere elastische Fahrzeugtrageinrichtungen zwischen
der Fahrzeugkarosserie und den Radbaugruppen zum elastischen Abstützen des
Fahrzeuges über
den Radbaugruppen aufweist,
wobei das Fahrzeug hauptsächlich durch
die elastischen Fahrzeugtrageinrichtungen abgestützt wird.
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Weil
das Dämpfungs-
und Steifigkeitssystem nicht die Hauptabstützung für das Fahrzeug sein muss, kann
in dem System Fluid relativ niedrigen Druckes benutzt werden. Das
reduziert oder eliminiert Probleme, die mit der Haftreibung verbunden sind.
Darüber
hinaus sorgt die Verwendung von elastischen Fahrzeugtrageinrichtungen,
welche von dem Dämpfungs-
und Steifigkeitssystem separat sind, für eine gewisse Verwindungssteifigkeit,
was helfen kann, die Fahrzeugstabilität unter gewissen Bedingungen
zu verbessern.
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Die
Lastverteileinheit kann ein erstes Paar axial ausgerichtete Primärkammern
und ein zweites Paar axial ausgerichtete Primärkammern aufweisen, wobei jede
Primärkammer
einen Kolben enthält,
welcher jede Primärkammer
in zwei Sekundärkammern trennt,
wobei eine erste Stange, welche die Kolben der beiden ersten Primärkammern
verbindet, eine erste Kolbenstangenbaugruppe bildet, und wobei eine
zweite Stange, welche die Kolben der beiden zweiten Primärkammern
verbindet, eine zweite Kolbenstangenbaugruppe bildet,
wobei
eine der Sekundärkammern
in dem ersten Paar Primärkammern
eine erste vordere Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines vorderen Radzylinders auf einer ersten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem ersten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die erste vordere
Systemkam mer mit der Bewegung in der ersten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine erste hintere Nickkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem ersten Paar Primärkammern,
welche sich im Volumen in der entgegengesetzten Richtung wie die
erste vordere Systemkammer mit der Bewegung der ersten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine erste hintere Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines hinteren Radzylinders auf einer ersten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem ersten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die erste hintere
Systemkammer mit der Bewegung der ersten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine erste vordere Nickkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem zweiten Paar Primärkammern
eine zweite vordere Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines vorderen Radzylinders auf einer zweiten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem zweiten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die zweite vordere
Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine zweite hintere Nickkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem zweiten Paar Primärkammern,
welche sich im Volumen in der entgegengesetzten Richtung wie die
zweite vordere Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine zweite hintere Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines hinteren Radzylinders auf einer zweiten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem zweiten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die zweite hintere
Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine zweite vordere Nickkammer ist, und
wobei die erste und
die zweite vordere Nickkammer miteinander verbunden sind und ein
vorderes Nickvolumen bilden und wobei die erste und die zweite hintere
Nickkammer miteinander verbunden sind und ein hinteres Nickvolumen
bilden.
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Alternativ
kann die Lastverteileinheit ein erstes Paar axial ausgerichtete
Primärkammern
und ein zweites Paar axial ausgerichtete Primärkammern aufweisen, wobei jede
Primärkammer
einen Kolben enthält,
welcher jede Primärkammer
in zwei Sekundärkammern
trennt, wobei eine erste Stange die Kolben der beiden ersten Primärkammern
verbindet und eine erste Kolbenstangenbaugruppe bildet und wobei
eine zweite Stange die Kolben der zweiten Primärkammern verbindet und eine
zweite Kolbenstangenbaugruppe bildet,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem ersten Paar Primärkammern
eine vordere linke Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines vorderen Radzylinders auf einer linken Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem ersten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die vordere Systemkammer mit
der Bewegung der ersten Kolbenstangenbaugruppe verändert, eine
erste rechte Rollkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem ersten Paar Primärkammern,
welche sich im Volumen in der entgegengesetzten Richtung zu der
vorderen linken Systemkammer mit der Bewegung der ersten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine vordere rechte Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
des anderen vorderen Radzylinders auf einer rechten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem ersten Paar
Primärkammern,
die sich im Volumen in derselben Richtung wie die vordere rechte
Systemkammer mit der Bewegung der ersten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine erste linke Rollkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem zweiten Paar Primärkammern
eine hintere linke Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines hinteren Radzylinders auf der linken Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem zweiten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die hintere linke
Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine zweite rechte Rollkammer ist,
wobei eine der Sekundärkammern
in dem zweiten Paar Primärkammern,
welche sich im Volumen in der entgegen gesetzten Richtung wie die
zweite vorde re Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine hintere rechte Systemkammer ist und mit der Kompressionskammer
eines hinteren Radzylinders auf der rechten Seite des Fahrzeuges
verbunden ist,
wobei die andere Sekundärkammer in dem zweiten Paar
Primärkammern,
welche sich im Volumen in derselben Richtung wie die hintere rechte
Systemkammer mit der Bewegung der zweiten Kolbenstangenbaugruppe
verändert,
eine zweite linke Rollkammer ist, und
wobei die erste und die
zweite linke Rollkammer miteinander verbunden sind und ein linkes
Rollvolumen bilden und wobei die erste und die zweite rechte Rollkammer
miteinander verbunden sind und ein rechtes Rollvolumen bilden.
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Die
Radzylinder können
alle einfachwirkend sein. Alle einfachwirkenden Zylinder sollten
ideal zwei Kammern benutzen, mit Dämpfung in dem Kolben des Zylinders,
um für
eine gute Steuerung von Rückpralldämpfungskräften zu
sorgen. Es kann zu bevorzugen sein, bei Fahrzeugen mit extremen
Rollmomentverteilungen doppeltwirkende Zylinder an dem Ende des
Fahrzeuges zu benutzen, was die hohe Rollsteifigkeit und einfachwirkende
Zylinder an dem anderen Ende des Fahrzeuges verlangt. Deshalb können die
Radzylinder an einem Ende des Fahrzeuges eine Rückprallkammer enthalten, wobei die
Rückprallkammer
jedes Radzylinders an einem Ende des Fahrzeuges mit der Kompressionskammer des
diagonal entgegengesetzten Radzylinders (an dem entgegengesetzten
Ende und auf der entgegengesetzten Seite des Fahrzeuges) verbunden
ist.
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Bei
Fahrzeugen mit gleichmäßigeren
Rollmomentverteilungen wird jedoch der breiteste Leistungsbereich
erzielt, indem doppeltwirkende Radzylinder für alle Räder verwendet werden. Deshalb
enthält
jeder Radzylinder eine Rückprallkammer,
wobei die Rückprallkammer
jedes doppeltwirkenden Radzylinders mit der Kompressionskammer des
diagonal entgegengesetzten Radzylinders verbunden ist.
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Um
dem Fahrzeug zu ermöglichen,
sich in der Heberichtung zu bewegen, wird Beweglichkeit in dem Steifigkeits-
und Dämpfungssystem
verlangt. Diese Beweglichkeit kann teilweise oder sogar gänzlich aus
dem benutzten Fluid kommen. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass zusätzliche
Beweglichkeit hinzugefügt
wird, da die Dämpfung
dieser zusätzlichen Beweglichkeit
einen gewissen Grad an modaler Dämpfung
ermöglicht.
Deshalb kann die Kompressionskammer jedes Radzylinders in Fluidverbindung mit
einem Akkumulator sein.
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Das
vordere Nickvolumen kann mit dem hinteren Nickvolumen über eine
Nickventilanordnung verbunden sein. Wenn Fluid durch das Nickventil strömt, wird
durch das Steifigkeits- und Dämpfungssystem
keine Nicksteifigkeit geschaffen, sondern nur eine gewisse Nickdämpfung,
die durch irgendein Dämpferventil
in der Nickventilanordnung teilweise gesteuert wird. Für maximalen
Komfort kann es vorteilhaft sein, unter einigen Bedingungen keine
Dämpfung
in der Nickventilanordnung zu haben.
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Das
vordere Nickvolumen kann mit einem vorderen Nickakkumulator über ein
vorderes Nickdämpferventil
verbunden sein und das hintere Nickvolumen kann mit einem hinteren
Nickakkumulator über
ein hinteres Nickdämpferventil
verbunden sein. Wenn kein Nickventil verwendet wird oder wenn es geschlossen
ist, sorgen der vordere und der hintere Nickakkumulator für zusätzliche
Nickbeweglichkeit in dem Steifigkeits- und Dämpfungssystem.
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Die
Nickventilanordnung kann ein gesteuertes variables Dämpferventil
aufweisen. Alternativ kann die Nickventilanordnung ein passives
Dämpferventil
aufweisen. Alternativ oder zusätzlich
kann die Nickventilanordnung ein Verriegelungsventil aufweisen,
um das vordere Nickvolumen von dem hinteren Nickvolumen zu isolieren.
Die Nickventilanordnung kann Ventile aufweisen, welche aufgrund
von Längsbeschleunigungs-,
Gaspositionssensor- oder -schalter-, Bremspositionssensor- oder
-schalter-, Fahrzeuggeschwindigkeits, Nickgeschwindigkeits- und/oder
Beschleunigungssignalen, vorderen und hinte ren Vertikalbeschleunigungsmessern
und/oder Rad positionssensoren betätigt werden.
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Es
kann ein Rollventil vorgesehen sein zum Miteinanderverbinden der
beiden vorderen Kompressionskammern und es kann ein Rollventil vorgesehen
sein zum Miteinanderverbinden der beiden hinteren Kompressionskammern.
Diese Rollventile beseitigen etwas von der oder sämtliche
Rollsteifigkeit und Dämpfung
des Steifigkeits- und Dämpfungssystems, wodurch
der Komfort verbessert wird, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt. Das
Ventil (die Ventile) kann (können)
deshalb gesteuert werden, um während
der Geradeausfahrt geöffnet
zu sein und während
Kurvenfahrt geschlossen zu sein oder wenn die Oberfläche mehr
Rollstabilität
von dem Aufhängungssystem
verlangt. Das Ventil (die Ventile) kann (können) betätigt werden in Abhängigkeit
von Lenkwinkel-, Lenkgeschwindigkeits-, Fahrzeuggeschwindigkeits-,
Seitenbeschleunigungs-, Rollgeschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssignalen,
linken und rechten Vertikalbeschleunigungsmessern und/oder Radpositionen.
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Wenn
die Trageinrichtungen die Hauptabstützung für die Fahrzeugkarosserie sind,
können alle
vier Systemkammern (vorn links, vorn rechts, hinten links und hinten
rechts) denselben statischen Betriebs-Vorladungsdruck haben. Außerdem ist, wenn
das System Hydraulikfluid und Gas enthält, die beide mit zunehmender
Temperatur expandieren, eine Druckkompensationsanordnung erforderlich, um
den statischen Systemdruck und die Rollsteifigkeit innerhalb eines
Entwurfsbereiches über
der Entwurfstemperatur zu halten. Diese Druckkompensationsanordnung
kann auch benutzt werden, um jedweden Fluidverlust über der
Zeit zu kompensieren. Deshalb kann eine Druckaufrechterhaltungsvorrichtung mit
jeder der vier Systemkammern durch Ventile verbunden sein. Darüber hinaus
können
die Nickkammern denselben Betriebs-Norladungsdruck untereinander und sogar
wahlweise denselben Druck wie die Systemkammern haben. Deshalb kann
wenigstens eine Nickkammer mit der Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
durch ein Ventil verbunden sein. Die Ventile zwischen der Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
und der Nickkammer (den Nickkammern) können einfache Drosselstellen
sein, die vorzugsweise Filter auf beiden Seiten jeder Drosselstelle
aufweisen. Alternativ können
sie irgendein anderer Ventiltyp sein wie z. B. ein solenoidbetätigtes Ventil,
obgleich zum Verhindern von plötzlichen
Bewegungen des Fahrzeuges beim Öffnen
dieser Ventile eine Drosselstelle im Idealfall vorgesehen sein wird.
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Die
Druckaufrechterhaltungsvorrichtung kann ein einfacher Akkumulator
sein. Alternativ kann sie eine Fluiddruckquelle aufweisen und auf
einen voreingestellten Druck regeln. Die Fluiddruckquelle kann eine
Pumpe sein, und es können
ein Tank und ein Akkumulator vorhanden sein. Alternativ kann die Fluiddruckquelle
eine Leitung sein, die von einer weiteren Fluiddruckquelle auf dem
Fahrzeug kommt, wie z. B. Servolenkung, Bremsen, usw.
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Der
voreingestellte Druck, den die Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
regelt, kann ein festgelegter Druck sein (d. h. Verwendung eines Überdruckventils
zum Halten des Fluiddruckes oder ein Druckschalter). Alternativ
kann der voreingestellte Druck, auf den die Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
regelt, verändert
werden als das Ergebnis einer Eingabe durch die Bedienungsperson
(zum Schalten oder Steuern der Steifigkeit), als eine Funktion der Fahrzeugbelastung,
als eine Funktion der Systemtemperatur oder als eine Kombination
von etwas von dem oder all dem, was oben angegeben ist.
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Die
Druckaufrechterhaltungsvorrichtung kann eine erste und eine zweite
Ausgangsdruckleitung aufweisen, wobei die Systemkammern mit der ersten
Ausgangsdruckleitung verbunden sind und wobei die wenigstens eine
Nickkammer mit der zweiten Ausgangsdruckleitung verbunden ist. Der
Druck in den Systemkammern kann dann separat von dem Nickkammerdruck
geregelt werden. Der Druck in der ersten und/oder zweiten Ausgangsdruckleitung
kann durch einzelne einfache Akkumulatoren bestimmt werden oder
auf einen festen oder variablen Druck geregelt werden. Auf diese
Weise kann die Roll- und Nicksteifigkeit des Steifigkeits- und Dämpfungssystem
separat geregelt werden.
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Zum
Schaffen einer zentrierenden Kraft an den Lastverteileinheitskolben-
und -stangenbaugruppen können
elastische Zentriervorrichtungen entweder in den System- oder in
den Nickkammern verwendet werden.
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Die
Fahrzeugtrageinrichtungen können
irgendeine bekannte Trageinrichtung sein wie Schraubenfedern, Luftfedern,
Torsionsstäbe,
Blattfedern und Gummikegel. Die Fahrzeugtrageinrichtungen können in
dem Fall von Schraubenfedern und Luftfedern um die Radzylinder montiert
werden oder separat montiert werden.
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Die
beigefügten
Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung. Andere Ausführungsformen
sind möglich,
und infolgedessen ist die Besonderheit der beigefügten Zeichnungen
nicht dahingehend zu verstehen, dass sie die Allgemeinheit der vorhergehenden
Beschreibung der Erfindung einschränkt. In den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems,
das Rollsteifigkeit sowie Roll- und Nickdämpfung hat,
-
2 eine
schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsformanordnung
eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Erfindung, welches
der ersten Anordnung gleicht, aber mit dem Zusatz einer Druckaufrechterhaltungsanordnung,
-
3 eine
schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform
eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Erfindung, das sowohl
Steifigkeit als auch Dämpfung
sowohl in der Roll- als auch in der Nickbetriebsart hat,
-
4 eine
schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform
eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Erfindung, mit Ventilen
zum Reduzieren oder Eliminieren von Roll- und Nicksteifigkeit und
Dämpfung,
und
-
5 eine
schematische Ansicht einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Erfindung.
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In 1,
auf die zuerst Bezug genommen wird, ist ein Aufhängungssystem für ein Fahrzeug
gezeigt. Vier Radzylinder (11, 12, 13, 14)
sind zwischen der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) und vier orthogonal
angeordneten Rädern
(nicht dargestellt) des Fahrzeuges angeordnet. Jeder Radzylinder
enthält
einen Zylinder (15, 16, 17, 18),
der mit einer Radnabe oder anderen Aufhängungsgeometrie verbunden ist,
um sich mit dem Rad zu bewegen, einen Kolben (19, 20, 21, 22),
der in dem Zylinder verschiebbar gelagert ist, und eine Stange (23, 24, 25, 26),
die zwischen dem Kolben und der Karosserie des Fahrzeuges befestigt
ist. Die Verbindung der Stange mit der Fahrzeugkarosserie kann irgendeine
bekannte Einrichtung sein, üblicherweise
eine Gummibüchse,
welche in dem Fall eines McPherson-Strebengeometrie üblicherweise
ein Lager aufweist.
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Zur
Erleichterung des Verständnisses
sind die elastischen Fahrzeugtrageinrichtungen als „Feder-Zusätze" gezeigt, d. h. als
Schraubenfedern (27, 28, 29, 30),
die um den Radzylinder positioniert und zwischen einer unteren Federplatte
(31, 32, 33, 34), die an dem
Zylinder befestigt ist, und einer oberen Federplatte (35, 36, 37, 38),
welche mit der Fahrzeugkarosserie oder der Stange verbunden sein kann
(direkt oder indirekt, beispielsweise über ein Lager oder eine Büchse), angeordnet
sind. Es dürfte klar
sein, dass die elastischen Trageinrichtungen von irgendeinem alternativen
bekannten Typ sein können,
beispielsweise Luftfedern, und um den Zylinder angeordnet sein können, wie
es mit den Schraubenfedern gezeigt ist, oder separat von dem Radzylinder, was
die Alternativen verbreitert, z. B. zu Torsionsstäben, welche
mit der Geometrie verbunden sind, die für die Radlagerung sorgt.
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Die
Radzylinder sind grundsätzlich
herkömmliche
doppeltwirkende Radzylinder. Wenn der vordere linke Radzylinder 11 als
ein Beispiel genommen wird, hat der Kolben 19 (der als
ein integraler Bestandteil der Stange 23 ausgebildet sein
kann) zwei Nuten, welche ein Lager 39 und eine Dichtung 40 enthalten.
In einigen Fällen
können
die einzelnen Lager- und Dichtungsteile durch ein einzelnes Teil (nicht
dargestellt) ersetzt werden, welches mit dem Kolben ver bunden oder
um den Kolben geformt sein kann, um die Montage zu erleichtern und
die Kosten zu senken. Das Zylinderende (41) hat drei Nuten,
die eine Stangendichtung 42, ein Lager 43 und
einen Stangennocken 44 oder eine andere Form von Sekundärdichtung
wie z. B. einen Excluder enthalten. Jeder Radzylinder hat deshalb
eine Kompressionskammer (45, 46, 47, 48)
und eine Rückprallkammer (49, 50, 51, 52),
die durch den Kolben (19, 20, 21, 22) innerhalb
jedes Zylinders (15, 16, 17, 18)
gebildet ist.
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Die
vier doppeltwirkenden Radzylinder sind durch ein Paar Diagonalkreise
verbunden, um für eine
passive Entkopplung von Roll- und Nicksteifigkeit von der Hebesteifigkeit
zu sorgen. Der erste Diagonalkreis enthält zwei Fluidvolumina, ein
vorderes linkes Kompressionsvolumen und ein hinteres rechtes Kompressionsvolumen.
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Das
vordere linke Kompressionsvolumen enthält die vordere linke Kompressionskammer 45, eine
vordere linke Kompressionsleitung 61, einen vorderen linken
Kompressionsakkumulator 69, eine hintere rechte Rückprallleitung 67 und
eine hintere rechte Rückprallkammer 51.
Das hintere rechte Kompressionsvolumen enthält ebenso eine hintere rechte Kompressionskammer 47,
eine hintere rechte Kompressionsleitung 63, einen hinteren
rechten Kompressionsakkumulator 71, eine vordere linke
Rückprallleitung 65 und
eine vordere linke Rückprallkammer 49.
-
Der
zweite Diagonalkreis umfasst ebenso zwei Fluidvolumina, ein vorderes
rechtes Kompressionsvolumen und ein hinteres linkes Kompressionsvolumen.
Das vordere rechte Kompressionsvolumen enthält die vordere rechte Kompressionskammer 46, eine
vordere rechte Kompressionsleitung 62, einen vorderen rechten
Kompressionsakkumulator 70, eine linke hintere Rückprallleitung 68 und
eine hintere linke Rückprallkammer 52.
Das hintere linke Kompressionsvolumen enthält ebenso eine hintere linke
Kompressionskammer 44, eine hintere linke Kompressionsleitung 64,
einen hinteren linken Kompressionsakkumulator 72, eine
vordere rechte Rückprallleitung 66 und
eine vordere rechte Rückprallkammer 50.
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Diese
einfache Diagonalverbindungsanordnung würde eine Kompressionskammer
und die ringförmige
Rückprallkammer
des diagonal entgegengesetzten Radzylinders in jeden Akkumulator
bei Roll- und Nickbewegung verlagern, wohingegen bei Hebebewegung
nur ein Stangenvolumen (Kompressionskammer minus ringförmiger Rückprallkammer)
in den Akkumulator verlagert wird, was eine höhere Roll- und Nicksteifigkeit
als Hebesteifigkeit ergibt.
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Zwischen
dem ersten und dem zweiten Diagonalkreis ist eine Lastverteileinheit 76,
welche vier Primärkammern
(77, 78, 79, 80) umfasst, von
denen jede durch einen Kolben (81, 82, 83, 84),
der eine Kolbendichtung (85, 86, 87, 88)
aufweist, in eine Systemkammer (89, 90, 91, 92)
und in eine Nickkammer (93, 94, 95, 96)
getrennt ist. Die Kolben sind zu Paaren miteinander verbunden durch
Stangen (97, 98), welche Dichtungen (99, 100)
haben, die auf ihnen laufen, um die Nickkammer 93 von 96 und 94 von 95 abzudichten.
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Die
vordere linke Systemkammer 89 ist mit der vorderen rechten
Kompressionsleitung 61 verbunden und bildet nun einen Teil
des zuvor definierten vorderen linken Kompressionsvolumens. Ebenso ist
die vordere rechte Systemkammer 90 mit der vorderen rechten
Kompressionsleitung 62 verbunden und bildet nun einen Teil
des vorderen rechten Kompressionsvolumens, die hintere rechte Systemkammer 91 ist
mit der hinteren rechten Kompressionsleitung 63 verbunden
und bildet nun einen Teil des hinteren rechten Kompressionsvolumens,
und schließlich
ist die hintere linke Systemkammer 92 mit der hinteren
linken Kompressionsleitung 64 verbunden und bildet nun
einen Teil des hinteren linken Kompressionsvolumens.
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Bei
Rollbewegung reagieren die Stangen (97, 98) auf
die Druckänderungen
in dem ersten und dem zweiten Diagonalkreis und halten die Rollsteifigkeit
des Hydrauliksystems aufrecht. Zum Beseitigen der Verwindungssteifigkeit
des Hydrauliksystems ist die vordere linke Nickkammer 93 mit
der vorderen rechten Nickkammer 94 durch einen Kanal 101 verbunden
(die beiden vorderen Nickkammern 93, 94 und der
Kanal 101 bilden zusammen ein vorderes Nickvolumen), und
die hintere rechte Nickkammer 95 ist mit der hinteren linken Nickkammer 96 durch
einen ähnlichen
Kanal 102 verbunden (die beiden hinteren Nickkammern 95, 96 und
der Kanal 102 bilden zusammen ein hinteres Nickvolumen).
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Zum
Beseitigen der Nicksteifigkeit des Hydrauliksystems sind die vorderen
Nickkammern 93, 94 mit den hinteren Nickkammern
durch einen Kanal (103) verbunden. Zum Schaffen von Nickdämpfung in
dem Hydrauliksystem ist ein Dämpferventil 104 in dem
Kanal 103 platziert. Das Dämpferventil 104 kann ein
passives Ventil irgendeines bekannten Typs sein (Scheibenbaumstapel-,
Wendelabblasebauart usw.) oder kann tatsächlich sein oder einfach beinhalten eine
gesteuerte variable Drosselstelle (wobei die Steuerung auf Eingangssignalen
aus Sensoren für Längsbeschleunigung
und/oder Gaspedal- und Bremsposition) basiert. Die maximale Kraft,
die an den Rädern
verfügbar
ist aufgrund dieses Nickdämpfungsventils 104 wird
durch die Nicksteifigkeit des ersten und des zweiten Diagonalkreises
begrenzt (die zu der Rollsteifigkeit in Beziehung steht und deshalb
weit höher
ist als jemals wünschenswert).
Diese Anordnung erlaubt, die Nickdämpfung der Aufhängung relativ
unabhängig
von allen anderen Parametern einzustellen, was einen großen Freiheitsgrad
ergibt, um die optimale Dämpfungseinstellung
für ein Fahrzeug
zu erreichen.
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Eine
bevorzugte Anordnung des Nickdämpferventils 104 ist
ein passives Dämpferventil
parallel mit einem schaltbaren Bypassventil hohen Durchsatzes, welches
so gesteuert wird, dass es im normalen stationären Betrieb des Fahrzeuges
offen ist, hingegen geschlossen ist, während das Fahrzeug beschleunigt
oder bremst. Eine komplexere Steuerung kann verwendet werden, wenn
die Nickbeschleunigung oder die Radpositionen erfasst werden, um
zu erlauben, dass das Ventil während
Welleneingangssignalen geschlossen wird, deren Frequenz die Nickbewegung
der Fahrzeugkarosserie anregt. Wenn das Bypassventil in der offenen
Position ist, wird die Einzelraddämpfung reduziert (da sie zu
der Nickdämpfung
in Beziehung steht), was weitere Komfortgewinne mit sich bringt
und die Verwendung eines aggressiveren Nickdämpferventils bei Bedarf gestattet,
um die Nickbewegung zu steuern, wenn das Bypassventil geschlossen
ist.
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Das
Dämpfen
von sämtlichen
Bewegungen jedes Rades relativ zu der Karosserie kann erreicht werden,
indem Dämpfer
an den Zylindern benutzt werden, um die Passage von Fluid hauptsächlich hinaus
(was aber auch hinein erfolgen kann) aus wenigstens einer der Kammern
jedes Radzylinders zu dämpfen.
Drosselstellen (105, 106, 107, 108)
sind an den vorderen Kompressionsleitungen zum Bewirken von Dämpfung gezeigt.
Diese Drosselstellen können die
Fluidströmung
in beiden Richtungen beeinflussen, um für Kompression und Rückpralldämpfung zu sorgen.
Bei typischen Systementwurfsparametern wird jedoch bevorzugt, dass
die Drosselstellen 105, 106, 107, 108 nur
Kompressionsdämpfer
sind, welche bewirken, dass die Fluidströmung nur in der Kompressionsrichtung
gedrosselt wird, wobei ein Einlass (Rückschlag)-Ventil parallel verwendet
wird, um eine freie Strömung
von Fluid in die Kompressionskammern hinein bei Rückprallbewegungen
zu erlauben und so Kavitation zu verhindern. Es sind dann Rückprall-
oder Rückstoßdämpfer (109, 110, 111, 112)
erforderlich, die hauptsächlich
einfachwirkend sind, dieses Mal für Rückprallrichtungsfluidströmungen,
mit einem Einlassventil parallel für den freien Eintritt von Fluid
in die Rückprallkammer
bei Kompressionsbewegungen. Selbstverständlich können die Rückprallventile (109, 110, 111, 112)
dafür ausgelegt
werden, ähnliche
oder unterschiedliche Drosselungen bei Bedarf in beiden Richtungen
zu bewirken.
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Diese
Raddämpferventile
(105 bis 112) können in den Radzylinderentwurf
integriert oder an die Leitungen wie gezeigt angeschlossen werden.
Sie können
von irgendeiner bekannten Bauart sein und können gesteuert werden, damit
sich variable oder umschaltbare Kurven der Kraft über der
Geschwindigkeit ergeben.
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Zusätzliche
Dämpferventile
können
zwischen den Systemleitungen und den Akkumulatoren verwendet werden,
um für
zusätzliche
Dämpfung
zu sorgen, hauptsächlich
für Roll-
und Nickbewegungen des Fahrzeuges. Wiederum können sie, obgleich diese Ventile
als einfache Drosselstellen dargestellt sind, die Form von irgendeinem
bekannten Dämpferventil
annehmen einschließlich
variablen Dämpferventilen
und können
zwischen Komfort- und Handhabungseinstellungen umschaltbar sein
(oder es kann ein umschaltbarer Bypass verwendet werden, um ihre
Auswirkung zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Wenn
die Kompressionsdämpferventile
(105 bis 109) in die Radzylinder (11 bis 14)
integriert sind, dann können
auch die Akkumulatoren (69 bis 72) und die optionalen
Akkumulatordämpferventile
(113 bis 116) in die Radzylinder integriert werden.
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Da
das Hydrauliksystem nicht die Haupttrageinrichtung ist (die Schraubenfedern
oder Luft- usw. Federn übernehmen
einen großen
Teil der Fahrzeugabstützung),
können
alle Volumina in dem System (die oben definierten vorderen und hinteren
linken und rechten Kompressionsvolumina und die vorderen und hinteren
Nickvolumina) mit einem gemeinsamen statischen Vorladungsdruck betrieben
werden. Der Vorteil des Betreibens von allen Systemen mit demselben
statischen Vorladungsdruck besteht darin, dass Druckdifferenzen
an den Kolbendichtungen in dem gesamten System eliminiert werden
und so deshalb auch Lageänderungen,
die durch Fluidleckage zwischen den Systemen verursacht werden, und
der Bedarf an einem ein mit Energie versorgten Steuersystem, welches
Fluid zwischen den Volumina pumpen kann.
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Obgleich
ein mit Energie versorgtes Steuersystem, das eine Pumpe, Ventile,
Positionssensoren benutzt, bei Bedarf verwendet werden kann, zeigt 2 ein
bevorzugtes Verfahren zum Aufrechterhalten der mittleren Position
der Lastverteileinheitskolben und des statischen Vorladungsdruckes
in den Fluidvolumina.
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Wenn
die Systemvolumina alle mit einem gemeinsamen Druck betrieben werden
und untereinander verbunden sind (wenngleich auch auf äußerst gedrosselte
Art und Weise), ist es möglich,
die Zentrumsposition der Kolben in der Lastverteileinheit aufrechtzuerhalten,
indem elastische Vorrichtungen verwendet werden, um die Kolben in
eine zentrale Position zu drängen,
ohne dass es notwendig ist, irgendwelche Sensoren oder eine mit
Energieeinsatz durchgeführte
Justierung zu verwenden. Die elastischen Vorrichtungen tragen zu
den Nick-, Verwindungs- und Einzelradsteifigkeiten des Hydrauliksystems
bei, so dass das beachtet werden sollte, wenn die Steifigkeit dieser
Federn gewählt
wird. In 2 sind Schraubenfedern gezeigt,
obgleich irgendeine elastische Vorrichtung verwendet werden kann.
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Die
Systemkammern sind über
Drosselstellen (145, 146, 147, 148)
mit einer gemeinsamen Leitung oder einem gemeinsamen Kanal 151 verbunden,
der seinerseits mit einer Druckaufrechterhaltungsvorrichtung 152 verbunden
ist. Die miteinander verbundenen vorderen und hinteren Nickvolumina verlangen
nur eine stark gedämpfte
Verbindung mit der Druckaufrechterhaltungsvorrichtung 152,
welche als die Drosselstelle 149 gezeigt ist, die auch
mit der gemeinsamen Leitung oder dem gemeinsamen Kanal 151 verbunden
ist. Jede Drosselstelle ist üblicherweise
eine Mikroöffnung
mit Filtern auf beiden Seiten zum Verhindern einer Blockierung,
obgleich jede bekannte Drosseleinrichtung verwendet werden kann. Die Öffnung ist
so bemessen, dass sich die verlangten Kenndaten ergeben, um die
Drücke
in den Systemvolumina innerhalb eines akzeptablen Bereiches zu halten,
während
ein signifikanter Fluidverlust während
Kurvenfahrt verhindert wird, um die statische Rolllage innerhalb
eines akzeptablen Bereiches zu halten, wenn zur Geradeausfahrt zurückgekehrt
wird.
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Die
Druckaufrechterhaltungsvorrichtung 152 kann zwar weggelassen
werden, Änderungen
in den Volumina des Fluids und des Gases in dem Hydrauliksystem
und in seinen Akkumulatoren in dem Betriebstemperaturbereich des
Fahrzeuges sind jedoch üblicherweise
groß genug,
um irgendeine Art von Kompensationsvorrichtung zu erfordern. Die
Komplexität
dieser Vorrichtung kann beträchtlich
variieren, je nach den Entwurfsparametern und der verlangten Funktionalität.
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In
seiner einfachsten Form kann die Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
(152) ein einfacher Akkumulator mit irgendeinem bekannten
Aufbau sein (z. B. die Balgbauart mit Gasfeder, die Kolbenbauart mit
Gasfeder oder mit mechanischer Feder).
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Alternativ
kann die Druckaufrechterhaltungsvorrichtung (152) eine
Fluiddruckquelle benutzen (z. B. einen Tank mit einer Pumpe oder
ein anderes Fahrzeugsystem wie die Servolenkung), um den Druck in
den hydraulischen Aufhängungsvolumina entweder
auf einem festen oder auf einem variablen Druck zu halten. Wenn
ein fester Druck gewählt
wird, können
die erforderlichen Komponenten zwar einfache, billige, passive,
mechanische Teile sein, wenn sich jedoch die Systemtemperatur ändert, wird
sich die Systemsteifigkeit etwas ändern. Um die Systemsteifigkeitskenndaten
bei sich verändernder
Temperatur konstant zu halten, muss der Druck in den Systemen in
Abhängigkeit
von deren Temperatur eingestellt werden.
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Außerdem kann
auch die Rollsteifigkeit des hydraulischen Aufhängungssystems eingestellt werden
durch Verändern
des Druckes in den Systemen so, dass, wenn eine Druckaufrechterhaltungsvorrichtung
(152) mit variablen Drucksollwerten verwendet wird, der
Druck in Abhängigkeit
von der Belastung in dem Fahrzeug und/oder von einem vom Fahrer
betätigten
Betriebsartwähler
oder einem variablen Wähler verändert werden
kann.
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3 zeigt
eine alternative Anordnung des hydraulischen Aufhängungssystems.
Der Kanal 103, welcher die Nickvolumina verbindet, ist
entfernt worden, und jedes Nickvolumen ist nun über einen Kanal oder eine Leitung
(181, 182) mit einem Akkumulator (183, 184)
verbunden. Diese Anordnung ergibt eine Nicksteifigkeit, die durch
die Zylindergrößen und
das Gasvolumen in jedem Akkumulator bestimmt wird. Deshalb kann
die Nicksteifigkeit auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt werden.
Ein Vorteil dieser Anordnung gegenüber der Version nach den 1 und 2 ist,
dass der Durchmesser der Primärkammern (77, 78, 79, 80)
in der Lastverteileinheit benutzt werden kann, um die Rollmomentverteilung
einzustellen (oder zu ihr beizutragen). In den 1 und 2 ist der
Durchmesser der Zylinder (15, 16, 17, 18)
der Radzylinder der Hauptab stimmparameter, der verfügbar ist
(zusammen mit der mechanischen Verstärkung der Radzylinder usw.),
um das Einstellen der Rollmomentverteilung des Systems zu ermöglichen. Die
Kolben (81, 82, 83, 84) in der
Lastverteileinheit haben alle denselben Durchmesser, da das Fluid, das
in den Nickkammern verwendet wird, praktisch inkommpressibel ist,
so dass die vorderen und hinteren Volumina übereinstimmen müssen (wobei
hingegen die zusätzlichen
Anmerkungen weiter unten beachtet werden sollten). Wenn die Kolben
in der Lastverteileinheit alle denselben Durchmesser haben, dann
muss zum Aufteilen der Kraftänderungen
in einer typisch größeren als
50%-Verteilung zwischen den vorderen und hinteren Radzylindern bei
Rollbewegung der Durchmesser der vorderen Zylinder (15, 16)
größer sein
als der Durchmesser der hinteren Zylinder (17, 18).
Wenn dann der Druck durch die Lastverteileinheitstangen und -kolben
ausgeglichen ist, ergibt der größere Durchmesser
des vorderen Zylinders eine größere Kraft
des vorderen Zylinders. Wenn jedoch die Fahrzeugrollmomentverteilung
extrem ist (sie kann über
80% betragen), wird der Durchmesser der vorderen Zylinder (15, 16)
extrem im Vergleich zu dem Durchmesser der hinteren Zylinder (17, 18).
Das bewirkt, dass große
Fluidvolumina in die vorderen Radzylinder und aus den vorderen Radzylindern
bei Vorderradbewegung bewegt werden müssen, was zu unerwünschten
Radzylinderkräften
aufgrund von Fluidmassenbeschleunigungseffekten führt. Das
kann überwunden
werden, indem die vorderen und hinteren Zylinder (15, 16 und 17, 18)
so bemessen werden, dass sie einen mehr ähnlichen Durchmesser haben,
und indem die Rollmomentverteilung des Hydrauliksystems geändert wird, indem
die Lastverteileinheit benutzt wird. In 3 haben
die vorderen Primärkammern
(77, 78) einen kleineren Durchmesser als die hinteren
Primärkammern
(79, 80). Das bedeutet, dass bei Rollbewegung, damit
die Lastverteileinheitsstangen und -kolben ausgeglichen sind, der
Druck in den vorderen Kompressionsvolumina höher sein muss als der Druck
in den hinteren Kompressionsvolumina, was die verlangte Richtung
bei der Rollmomentverteilung ergibt. Die Lastverteileinheit kann
so bemessen werden, dass sie für
die gesamte verlangte Entwurfsrollmomentverteilung für das Hydrauliksystem
sorgt oder für
einen Teil davon, wobei die Radzylinderdurchmesser benutzt werden,
um den verlangten Rest zu übernehmen,
oder aber es können
die Radzylinder verwendet werden, um alles verlangte zu übernehmen,
wobei die Lastverteileinheit rundherum Kammern ähnlichen Durchmessers hat.
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Es
sei angemerkt, dass ein Akkumulator in dem Kanal 103 in
den 1 und 2 verwendet werden könnte, und
zwar mit zwei einfachwirkenden Dämpferventilen,
eines zwischen dem Akkumulator und dem vorderen Nickvolumen, welches
die Fluidströmung
aus dem vorderen Nickvolumen dämpft, und
eines zwischen dem Akkumulator und dem hinteren Nickvolumen, welches
die Strömung
des Fluids aus dem hinteren Nickvolumen dämpft. Es können dann unterschiedliche
Bohrungen zwischen den vorderen Primärkammern (77, 78)
und den hintere Primärkammern
(79, 80) benutzt werden, um die Rollmomentverteilung
wie oben beschrieben einzustellen.
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Es
wird nun wieder auf die in 3 gezeigte Anordnung
Bezug genommen, bei der die Nickdämpfung durch Dämpferventile
in den Leitungen (181, 182) zwischen den beiden
Nickvolumina und ihren Akkumulatoren (183, 184)
erfolgt. Wiederum sind diese Dämpferventile
vorzugsweise einfachwirkend und sorgen für eine Drosselung in der Kompressionsrichtung
für jeden
Akkumulator (d. h. sie bewirken, dass die Fluidströmung aus
den Nickvolumina in die Akkumulatoren gedrosselt wird) und haben
relativ frei durchströmbare „Einlassventile", um dem Fluid zu
erlauben, frei aus den Akkumulatoren zurück in die Nickvolumina zu strömen. Diese
Ventile können
irgendeinen bekannten Aufbau haben und können umschaltbar sein oder
variable Dämpfungskurven
liefern.
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Die
Druckaufrechterhaltungsanordnung, die in 2 gezeigt
ist, kann leicht und offensichtlich angepasst werden, um eine gedrosselte
Verbindung zu dem hinteren Nickvolumen aufzuweisen, da sie nicht länger mit
dem vorderen Nickvolumen in Verbindung steht. Alternativ können die
Nickvolumina auf einem anderen Druck als die vorderen und hinteren,
linken und rechten Systemvolumina gehalten werden. Dann könnte die
Rollsteifigkeit gesteuert werden durch Steuern des Druckes in den
vier Systemvolumina, und die Nicksteifigkeit könnte separat gesteuert werden
durch Steuern des Druckes in den beiden Nickvolumina.
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Ein
alternatives Verfahren zum Ändern
der Roll- und/oder Nicksteifigkeit besteht darin, zusätzliche
Akkumulatoren zu verwenden. Für
Rollen können
die Akkumulatoren an den beiden vorderen, den beiden hinteren oder
an allen vier Kompressionsvolumina angeordnet sein. Für Nicken
können
zusätzliche
Akkumulatoren hinzugefügt
werden zu dem vorderen oder dem hinteren Nickvolumen oder zu dem vorderen
und dem hinteren Nickvolumen. In allen Fällen können die Akkumulatoren mit
dem Hydrauliksystem über
schaltbare Absperrventile verbunden sein. Das erlaubt, die Roll-
und/oder Nicksteifigkeit zwischen einer hohen und einer niedrigen
Einstellung umzuschalten. Diese Einstellungen sind im Allgemeinen
auf beiden Seiten einer Mehrzweckeinzeleinstellung, so dass das
System eine verbesserte Handhabung und Steuerung mit hoher Steifigkeit
und verbesserten Komfort mit geringer Steifigkeit bewirken kann,
was gewählt
oder automatisch gesteuert wird durch irgendeine bekannte Einrichtung
(Beschleunigungssensoren, Gaspedal- und Bremssensoren, Positionssensoren,
usw.). Eine Alternative zum hydraulischen Schalten eines ganzen
Akkumulators in die Systeme und aus den Systemen besteht darin,
einen Akkumulatorentwurf mit zwei Gasvolumina zu verwenden, wobei
dann einfachere, billigere Gasschaltventile verwendet werden können, um
die Gasvolumina, die für
die Systeme verfügbar
sind, zu verändern,
indem das Absperrventil zwischen den beiden Gasvolumina geschaltet
wird, um eines der Volumina zu isolieren.
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Ein
weiteres alternatives Verfahren zum Umschalten der Roll- und/oder Nicksteifigkeit
ist es, „Überbrückungsventile" zu verwenden, die
wenigstens zwei der System- oder Nickvolumina miteinander verbinden,
wie es in 4 gezeigt ist.
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Das
Nickverbindungsventil 191 verbindet die vorderen und hinteren
Nickvolumina miteinander, um die Nicksteifigkeit zu beseitigen,
wie in den 1 und 2. Dieses
Nickverbindungsventil 191 kann ein einfaches Sperrventil
sein, um die Nicksteifigkeit und Dämpfung zu beseitigen, damit
sich die optimalen Komfortwerte ergeben, oder es kann ein Dämpferventil
in Reihe mit dem Sperrventil umfassen, um die Verbindung zu dämpfen. Alternativ
kann es ein gesteuertes variables Dämpferventil oder sogar einfach ein
passives Dämpferventil
sein. Die Steuerung des Sperrventils oder des variablen Dämpferventils
muss die Fahrzeugparameter erfassen, um zu gewährleisten, dass das Hydrauliksystem
während
Beschleunigungs-, Brems- oder welleninduzierten Nickbewegungen steif
ist und dass das System während
der normalen Fahrt des Fahrzeuges nickweich ist (und deshalb verbesserten
Einzelradkomfort bietet). Es könnte
eine mechanische oder eine elektrische Anordnung sein, die für die Längsbeschleunigung,
die Brems- oder Gaspedalposition empfindlich ist. Alternativ könnte sie
elektronisch sein und Nickbewegungen unter Verwendung von Beschleunigungsmessern
erfassen und/oder Radpositionen statt oder zusätzlich zu oder alternativ zu
dem Erfassen der Längsbeschleunigung,
der Brems- oder
Gaspedalposition.
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Das
Rollverbindungsventil 192 verbindet, wie dargestellt, die
beiden vorderen Kompressionsleitungen (61, 62)
des hydraulischen Systems mit einander. Das beseitigt eine große Komponente
der Rollsteifigkeit und der Rolldämpfung des hydraulischen Systems,
da nicht nur die vorderen Kompressionsvolumina frei Fluid austauschen
können,
wodurch die Rollsteifigkeit und die Dämpfung beseitigt werden (normalerweise
aufgrund der Akkumulatoren 69, 70 und ihrer Dämpferventile 113, 114),
sondern auch die hinteren Kompressionsvolumina Fluid über die
Lastverteileinheitskolben- und -stangenbaugruppen (81, 97, 84 und 82, 98, 83)
austauschen können, die
sich bewegen (als wenn sie auf eine Verwindungsbewegung reagieren)
und Fluid über
die vorderen Kompressionsleitungen und das Rollverbindungsventil 192 übertragen.
Zum Reduzieren des Strömungsweges,
der für
das Fluid aus den hinteren Kompressionsvolumina erforderlich ist,
kann ein ähnliches
Rollverbindungsventil zwischen den hinteren Kompressionsleitungen
angeordnet werden. Auf jeden Fall werden die Rollsteifigkeit und
die Dämpfung aufgrund
der hinteren Kompressionsakkumulatoren 71, 72 und
ihrer Dämpferventile 115, 116 auch
teilweise oder im Wesentlichen beseitigt.
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Das
(die) Rollverbindungsventil(e) kann (können) irgendwo zwischen den
vorderen (und/oder hinteren) Kompressionsvolumina angeordnet sein. Zum
Beispiel kann das Ventil 192 in die Lastverteileinheit
(76) eingefügt
werden, die die vorderen Kompressionssystemkammern 89, 90 miteinander
verbindet.
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Wie
bei dem Nickverbindungsventil kann (können) das (die) Rollverbindungsventil(e)
ein Sperrventil oder eine variable Drosselstelle sein. Die Steuerung
kann mechanisch oder elektrisch sein und für die laterale Beschleunigung
oder die Lenkradposition empfindlich sein. Im Idealfall ist die
Steuerung elektronisch und erfasst den Lenkwinkel und/oder die Lenkgeschwindigkeit,
die Fahrzeuggeschwindigkeit und die laterale Beschleunigung.
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4 zeigt
zwar unterschiedliche Bohrungen in der Lastverteileinheit, es kann
aber offenbar eine Bohrung mit demselben Durchmesser vorn und hinten
bei Bedarf verwendet werden.
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Einfachwirkende
Radzylinder können
an allen vier Rädern
benutzt werden, aber die Rollsteifigkeit und die Dämpfung,
die verfügbar
sind, sind sehr begrenzt. Es kann jedoch in dem Fall von extremen Rollmomentverteilungen
(70% aufwärts
oder ein sogar noch breiterer Bereich, abhängig von den Fahrzeugsteifigkeits-
und -geometrieparametern) vorteilhaft sein, einfachwirkende Radzylinder
an einem Ende des Fahrzeuges zu verwenden. Doppeltwirkende Radzylinder
werden an dem Ende des Fahrzeuges beibehalten, was eine höhere Änderung
in den Rollbelastungen verlangt. Mit den einfachwirkenden Radzylindern
werden die Rückprallleitungen
beseitigt. Im Idealfall werden die Kolben als Dämpferventile benutzt, um für ausreichende
Rückpralldämpfung für die Steuerung
zu sorgen.
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Die
Verbindungssequenz der hydraulischen Radzylinder mit der Lastverteileinheit
ist in allen 1 bis 4 dieselbe.
Es kann jedoch, wie es für den
Fachmann offensichtlich ist, die Verbindungssequenz geändert werden,
um ähnliche
Funktionalität zu
produzieren. Die Verbindungskanäle 101 und 102 müssen eventuell
verlegt werden, damit sie passen. Zum Beispiel können die Systemkammern alle
in den beiden vorderen Primärkammern
(77, 78) sein, auf beiden Seiten der beiden Kolben 81 und 82,
wobei die Nickkammern in den anderen beiden Primärkammern (79, 80)
beiderseits der Kolben 83 und 84 sind. Alternativ
könnten
die System- und Nickkammerpositionen gegenüber der in den 1 bis 4 gezeigten
Auslegung vertauscht werden.
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5 zeigt
eine alternative Verbindungssequenz der hydraulischen Radzylinder
zu der Lastverteileinheit. In den 3 und 4 würde, wenn
die Nickakkumulatoren (183, 184) unendlich steif
wären, die
Nicksteifigkeit des hydraulischen Systems durch die Rollsteifigkeit
bestimmt werden. Bei der Einstellung der Fahrzeugaufhängung für normale
Straßen ist
jedoch die Nicksteifigkeit üblicherweise
kleiner als die Rollsteifigkeit, so dass die Nachgiebigkeit, die durch
die Nickakkumulatoren (183, 184) geschaffen wird,
eine Nicksteifigkeit von unter oder bis zu der Rollsteifigkeit erlaubt.
Bei einigen Fahrzeugen wie z. B. Rennwagen mit aerodynamischen Hilfen
kann jedoch die Steuerung der Nicklage sehr wichtig sein. In diesem
Fall kann das hydraulische System in der Darstellung in 5 effektiv
um neunzig Grad gedreht werden. Diese Anordnung erlaubt dem hydraulischen
System, eine hohe Nicksteifigkeit bei einer niedrigeren Hebesteifigkeit,
null Verwindungssteifigkeit und eine Rollsteifigkeit zwischen Hebe-
und Verwindungssteifigkeit zu schaffen.
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Der
Aufbau der LDU gleicht der in den vorherigen Figuren. Obgleich alle
Systemkammern 201–204 mit
gleichem Durchmesser gezeigt sind, ist es möglich, die Rollmomentverteilung
des Hydrauliksystems zu ändern,
indem Systemkammern vorn (201, 202) und hinten
(203, 204) mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet
werden. Die vordere linke Systemkammer 201 ist mit der
vorderen linken Kompressionsleitung 61 verbunden, die vordere rechte
Kompressionskammer ist mit der vorderen rechten Kompressionsleitung
verbunden, die hintere rechte Systemkammer ist mit der hinteren
rechten Kompressionsleitung verbunden und die hintere linke Systemkammer
ist mit der hinteren rechten Kompressionsleitung verbunden. Dieses
Drehen der LDU um neunzig Grad hat die Nickkammern der vorherigen Anordnungen
effektiv in die Rollkammern 205–208 verwandelt. Die
beiden linken Rollkammern (205, 208) sind durch
einen Kanal 209 miteinander verbunden, und die beiden rechten Rollkammern
(206, 207) sind durch einen Kanal 210 miteinander
verbunden. Die beiden linken Rollkammern sind auch durch einen Kanal 211 mit
einem linken Rollakkumulator 213 über ein linkes Rolldämpferventil 215 verbunden. Ebenso
sind die beiden rechten Rollkammern durch einen Kanal 212 mit
einem rechten Rollakkumulator 214 über ein rechtes Rolldämpferventil 216 verbunden.