NL8702468A

NL8702468A - Voertuigwielophanging met rolcompensatie.

Info

Publication number: NL8702468A
Application number: NL8702468A
Authority: NL
Original assignee: Volvo Car Bv
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-05-01

Description

875050/Ti

Voertuigwielophanging met rolcompensatie.

De uitvinding heeft betrekking op een voertuigwielop-hanging, omvattende tenminste twee aan weerskanten van de voertuiglangsas gelegen wieldraagelementen en een met deze wieldraagelementen en de voertuigcarrosserie samenwerkende, 5 U-vormige stabilisatorstang, welke is geleid in twee op afstand van elkaar gelegen draailegers en waarvan elk der einden is verbonden met een koppelstang.

Het gebruik van op torsie belaste stabilisatorstangen in de wielophanging van voertuigen, in het bijzonder motor-10 voertuigen, is algemeen bekend. Door de tijdens rolbewegin-gen van de opbouw veroorzaakte vervorming van de stabilisatorstang ontstaan in de punten, waar de stabilisator aan de voertuigopbouw is bevestigd, reactiekrachten, die een oprichtend moment uitoefenen. Daarbij zet de rolbeweging 15 zich zolang voort totdat het opgewekte oprichtend moment in evenwicht is met het op de opbouw inwerkend rolmoment.

Gelijk grote en gelijk gerichte bewegingen der wielen veroorzaken uitsluitend een rotatie van de staaf zonder torsie - en dus zonder reactiekrachten, doch wanneer beide 20 wielen niet exact dezelfde beweging uitvoeren, ontstaan ook een zekere mate van torsie, waardoor de vering "harder" wordt. In de praktijk zal er dus een compromis moeten worden gevonden tussen het gewenste rijcomfort en de in bochten toe te laten rolhoeken.

25 Terwijl de totale rolstijfheid van het veersysteem van het voertuig de mate van rollen bepaalt, heeft de verdeling van de rolstijfheid over voor- en achteras een belangrijke invloed op het stuurgedrag. Deze verdeling der rolstijfheden bepaalt ook de verdeling van het totale rolmoment over voor-30 en achteras: de as met de grootste rolstijfheid neemt het grootste deel van het rolmoment op en op die as wordt ook de gewichtsoverdracht van linker- naar rechterwiel het grootst, waarmee ook de drifthoeken, die de banden in een bocht ontwikkelen, het sterkst toenemen. Gewoonlijk zal men, om 35 een stabiel stuurgedrag te bereiken, de vooras het grootste deel van het rolmoment laten opnemen, doch deze verdeling is 8702468 2 uiteraard afhankelijk van de belading van het voertuig, die sterk kan variëren, zodat ook het stuurgedrag van een motorvoertuig sterk afhankelijk is van de verdeling der totale massa over voor- en achteras. Gewoonlijk zal bij 5 toenemende belading een motorvoertuig meer oversturen, en dus minder stabiel worden.

De uitvinding beoogt een wielophanging te verschaffen, waarbij met betrekkelijk eenvoudige middelen het rollen van het voertuig wordt beperkt, waarbij de vering slechts in 10 geringe mate wordt verhard en waarbij tevens de verdeling van het totale rolmoment over voor- en achteras naar wens kan worden gekozen, zodat de verhouding van de rolstijfheden kan worden aangepast aan de beladingstoestand van het voertuig. Hiermee kan een constant en voorspelbaar stuurge-15 drag worden gerealiseerd.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met de maatregelen, zoals beschreven in de aanhef van conclusie 1.

Nadere uitwerkingen van de uitvindingsgedachte zijn beschreven in de volgconclusies.

20 De maatregelen volgens de uitvinding vergen geen vergaande wijziging van bestaande wielophangingen, terwijl de volgens de uitvinding toegepaste actieve elementen - de actuatoren - met de daarbij behorende regelingen betrekkelijk goedkope elementen zijn, waarvan de besturing met 25 gebruikelijke, reeds verkrijgbare regel- en rekencomponenten kan worden gerealiseerd.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekeningen. Daarin is:

Figuur 1 een schematische afbeelding van een eerste 30 uitvoeringsvorm der uitvinding, toegepast op een voorwielop-hanging;

Figuur 2 een schematische afbeelding van een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, eveneens toegepast op een voorwielophanging; 35 Figuur 3 een schematische afbeelding van een derde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ook hier toegepast op een voorwielophanging;

De figuren 4a-4c schematische afbeeldingen van ver- 8702468 3 schillende werkstadia der uitvoeringsvorm volgens figuur 1, aan de hand waarvan de uitvinding wordt toegelicht;

Figuur 5 een schematische afbeelding van een compleet voertuig, voorzien van een wielophanging volgens een vierde 5 uitvoeringsvorm der uitvinding.

Figuur 1 toont schematisch de voortrein 2 van een motorvoertuig met de wielen 4, 6, gedragen door de wielop-hangelementen, schematisch aangegeven als de draagarmen 8 respectievelijk 10, welke via de koppelstangen 13 zijn 10 gekoppeld met de momentarmen 12a, 12b van de stabilisator-stang 14, die is opgenomen in draailegers 16, 18. Gewoonlijk zijn deze draailegers van een rubbervoering voorziene geleidebussen.

Het draaileger 18 is rechtstreeks bevestigd aan de 15 schematisch aangegeven voertuigopbouw 20, doch het draaileger 16 is aan deze opbouw 20 bevestigd via een lineaire actuator 22, waarvan het huis 22a bestuurd kan worden verplaatst ten opzichte van de aandrijfstang 22b, een en ander zoals aangegeven met de pijl 24.

20 In figuur 2 zijn overeenkomstige elementen aangegeven met gelijke verwijzingscijfers en bij deze uitvoeringsvorm is de stabilisatorstang 14 geleid in de bussen 16 en 18, die rechtstreeks zijn bevestigd aan de opbouw 20. Van de beide momentarmen 12a, 12b der stabilisatorstang 14 is arm 25 12a gekoppeld met de wieldragerarm 8 via de lineaire actuator 30, waarvan het huis 30a bestuurd kan worden verplaatst ten opzichte van de aandrijfstang 30b, zoals schematisch aangegeven met de pijl 32. De arm 12b is, zoals ook bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 1, via de koppelstang 13 30 gekoppeld met de wieldraagarm 10.

Ook in figuur 3c zijn elementen, overeenkomend met die welke reeds aan de hand van figuur 1 zijn toegelicht, aangegeven met overeenkomstige verwijzingscijfers. Bij deze uitvoeringsvorm is de stabilisatorstang 14 verdeeld in twee 35 delen, waartussen coaxiaal een actuator 40 is opgenomen. Van deze actuator 40 kan het huis 40a bestuurd verdraaien ten opzichte van de uitgaande as 40b, zoals aangegeven met het verwijzingscijfer 42.

8702.468 4

De figuren 4a tot en met 4c lichten de werking van de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 toe. Deze figuren tonen bovendien de de voertuigopbouw 20 ondersteunende veren 11a en 11b.

5 In de situatie volgens figuur 4a werken er geen zijde lingse krachten op het voertuig en is het systeem in rust. Het zwaartepunt ZWP bevindt zich boven het rolcentrum RC; dit rolcentrum is het punt waarom de opbouw zal rollen onder invloed van een optredend rolmoment. De afstand tussen de 10 beide punten is aangegeven met hr.

Figuur 4b toont de situatie bij het nemen van een bocht en met het regelsysteem, dat inwerkt op de actuator 22, buiten werking. In dat geval treedt de gebruikelijke situatie op: de veer 11a wordt samengedrukt en de veer 11b 15 ontspant; het voertuig rolt in de richting van de pijl 44.

De centrifugaalkracht Fc grijpt aan in het zwaartepunt ZWP en deze centrifugaalkracht is gelijk aan de som van door de banden ontwikkelde zijdelingse krachten SI en S2. Het zwaartepunt bevindt zich op een afstand Hr boven het rolcen-20 trum RC, zodat een rolmoment ontstaat: Mr = Fc.Hr. De rolbeweging resulteert in een vervorming van de torsiestabi-lisatorstang 14 en in het optreden van reactiekrachten in de bevestigingspunten 16 en 18 met onderlinge afstand t, die enerzijds een oprichtend moment Fr.t op de opbouw uitoefenen 25 en anderzijds een bijdrage leveren aan de gewichtsoverdracht Fz van het rechterwiel 6 naar het linkerwiel 4. Aannemend dat de stijfheid der veren kan worden verwaarloosd, zal het rolmoment evenwicht maken met het oprichtend koppel, zodat de rolhoek φ zal toenemen, totdat geldt Fr.t = Fc.hr.

30 Figuur 4c toont de invloed van de volgens de uitvinding aanwezige actuator 22 tussen de voertuigopbouw 20 en het draaileger 16. Deze figuur toont hoe door het uitzetten van de lineaire actuator 22 een torsie van de torsiestabilisa-torstang 14 wordt teweeggebracht, die even groot is als in 35 het geval volgens figuur 4b, waardoor ook hier een oprichtend moment Fr.t optreedt, echter zonder dat daarvoor de opbouw behoeft te rollen; de rolhoek φ is dus gelijk nul.

Uiteraard behoeft dit oprichtend moment niet uitslui- 8702468 5 tend te worden verkregen uit een door de actuator 22 teweeggebrachte vervorming der torsiestangstabilisator zonder het optreden van een rolhoek: indien gewenst kan men een kleine rolhoek toestaan en wordt het totale oprichtend moment dus 5 verkregen uit deze toegestane rolhoek en een vervorming der stabilisatorstang via de actuator 22.

De werking van de uitvoeringsvormen volgens figuur 2 en 3 is analoog aan de bovenomschreven werking.

Figuur 5 tenslotte toont schematisch een compleet 10 voertuig, voorzien van de wielophanging volgens de uitvinding, uitgevoerd op de wijze, in principe aangegeven in figuur 1, terwijl de achterwielophanging is uitgevoerd met een starre achteras. De voorwielophanging omvat de voorwielen 50a, 50b met de wieldraagarmen 52a, 52b, de McPherson 15 veerpoten 54a, 54b en de torsiestabilisator 56, waarvan de momentarmen 56a, 56b via de koppelstangen 58a, 58b zijn gekoppeld met de wieldraagarmen 52a, 52b, en die is opgenomen in de legerbussen 59a, 59b. Laatstgenoemde is via de koppelstang 60 verbonden met de schematisch aangegeven 20 voertuigopbouw 62, terwijl de legerbus 59a via de lineaire actuator 64 met de voertuigopbouw 62 is gekoppeld. De ophanging der achterwielen 64a, 64b geschiedt via de starre achteras 66, gedragen door de veren 68a, 68b; ook hier is er een torsiestangstabilisator 70, geleid in de legerbussen 25 74a, 74b, die zijn bevestigd aan de starre achteras 66, terwijl van de momentarmen 72a, 72b, eerstgenoemde, 72a, via de koppelstang 76 is gekoppeld met de voertuigopbouw 62 en laatstgenoemde, 72b, via de lineaire actuator 80 met deze voertuigopbouw is gekoppeld.

30 Het bedieningssysteem der actuatoren 64 en 80, welke laatsten worden gevormd door hydraulische servocylinders, omvat twee elektrisch bestuurde kleppen, en wel de klep 82 voor de actuator 64 en de klep 84 voor de actuator 80. De kleppen worden gevoed met onder druk staande olie vanuit de 35 verzorgingseenheid 86, welke wordt gevoed vanuit het reservoir 88. De besturingssignalen worden via leidingsstelsels 90, 92 aan de kleppen toegevoerd vanuit een elektronische regeleenheid 94, die ingangssignalen krijgt toegevoerd 8702468 6 vanuit een aantal sensors, schematisch aangegeven met de blokken 96, 98 en 100. Daarvan dient de sensor 96 voor het leveren van een de stuurwielverdraaiing representerend signaal, de sensor 98 voor het leveren van een de motorvoer-5 tuigsnelheid representerend signaal en de sensor 100 voor het leveren van een de momentane rolhoek representerend signaal. Daarnaast zijn er sensoren opgenomen, die signalen leveren, representerende de voor- en achterasbelasting (bijvoorbeeld opnemers, die de invering van de voertuigop-10 bouw t.p.v. voor- en achteras meten, of in het geval van een niveauregeling, opnemers, die de druk in de geregelde veerelementen meten). Met behulp van deze signalen worden de totale massa en de zwaartepuntsligging van de voertuigopbouw bepaald.

15 Tijdens rechtuit rijden zijn de kleppen 82 en 84 gesloten en vindt er geen olie toe- of afvoer plaats naar de actuatoren 64 en 80, die dus zijn geblokkeerd. Het systeem werkt nu op de wijze van het gebruikelijk veersysteem: bij gelijke aanstoting van de linker- en rechterwielen geven de 20 torsiestangstabilisators 56 en 70 geen reacties door aan de opbouw, doch bij ongelijke aanstoting ontstaat er wel een reactiemoment. Wanneer men ervoor zorgt, dat de actuatoren 64 en 80 voldoende verplaatsing mogelijk maken, kunnen de stijfheden van de stabilisators 56 en 70 relatief laag zijn, 25 waardoor de reacties gering blijven met een dienovereenkomstig geringe invloed op het rijcomfort.

Wanneer echter via de sensors 96 tot en met 100 wordt waargenomen dat een stuurmanoeuvre plaatsvindt, zal de regeleenheid 94 de kleppen 82 en 84 aansturen, waardoor zij 30 de actuatoren 64 en 80 zodanig zullen doen in- of uitbewegen, dat elke rolbeweging van de opbouw op de gewenste wijze wordt gecompenseerd. In eerste instantie wordt hiertoe met behulp van de stuurwielverdraaiings- en voertuigsnelheids-signalen berekend welke rolbeweging er zonder regeling te 35 verwachten zou zijn. Aan de hand hiervan én rekening houdend met massa en zwaartepuntsligging van de voertuigopbouw bepaalt regelaar 94 de mate van de uitsturing van de kleppen 82 en 84 om de berekende rolbeweging op te heffen of volgens 870U68 7 een bepaalde gewenste karakteristiek te laten verlopen en om het rolmoment in de gewenste verhouding over voor- en achteras te verdelen. Doordat er tussen het begin van de stuurwielverdraaiing en het inzetten van de rolbeweging 5 altijd een zekere tijdsvertraging aanwezig is, kan op de bovenbeschreven wijze de regelactie al worden ingezet nog voordat er een rolhoek meetbaar is. De vertragingen in het regelsysteem zelf, die leiden tot een verslechtering van het systeemgedrag, kunnen hierdoor worden gecompenseerd.

10 De beschreven snelle schatting van de te verwachten rolbeweging gaat voorbij aan diverse storende invloeden, zoals bijvoorbeeld een niet ideale wegdekgesteldheid (regen, sneeuw, enz.). Om die reden wordt ook de werkelijk optredende rolhoek gemeten en bij geconstateerde afwijkingen van de 15 gewenste waarde zorgt de regelaar voor de correctie van deze restrolhoeken.

Opgemerkt wordt dat, hoewel in het voorgaande steeds sprake is geweest van min of meer U-vormige torsiestabilisa-torstangen met daarmee gekoppelde koppelstangen, in de 20 praktijk veelal gebruik zal worden gemaakt van de - gebruikelijke - constructies, waarbij de torsiestang bestaat uit het torsie opnemend lichaam en de daarmee een geheel vormende momentarmen. De vorm van dit geheel wordt functioneel en constructief bepaald in afhankelijk van het gekozen veersys-25 teem.

870246 8

Claims

1. Voertuigwielophanging, omvattende tenminste twee aan weerskanten van de voertuiglangsas gelegen wieldraagelemen-ten en een met deze wieldraagelementen en de voertuigcarros-serie samenwerkende, U-vormige stabilisatorstang, welke is 5 geleid in twee op afstand van elkaar gelegen draailegers en waarvan elk der armeinden is verbonden met een verbindingsstuk, gekenmerkt door middelen voor het volgens een vooraf-bepaalde responsie op voertuigbewegingen en/of besturingsbe-wegingen teweegbrengen van een torsie in de stabilisator- 10 stang.

2. Wielophanging volgens conclusie 1, waarbij de draailegers met de carrosserie, en de einden der momentarmen met de wieldraagelementen zijn gekoppeld, met het kenmerk, dat genoemde middelen bestaan uit een lineaire actuator, opgeno- 15 men tussen een der draailegers en de voertuigcarrosserie (figuur 1).

3. Wielophanging volgens conclusie 1, waarbij de draailegers met de carrosserie, en de einden der momentarmen met de wieldraagelementen zijn gekoppeld, met het kenmerk, dat 20 genoemde middelen bestaan uit een lineaire actuator, opgenomen tussen een der momentarmeinden en het bijbehorend wieldraagelement (figuur 2).

4. Wielophanging volgens conclusie 1, waarbij de draailegers zijn gekoppeld met de carrosserie, en de einden der 25 momentarmen zijn gekoppeld met de wieldraagelementen, met het kenmerk, dat genoemde middelen bestaan uit een in de stabilisatorstang opgenomen actuator, waarvan elk der, onderling coaxiale verdraaibare en in eikaars verlengde gelegen assen is verbonden met een deel van deze stabili- 30 satorstang (figuur 3).

5. Wielophanging volgens conclusie 1, waarbij de draailegers zijn gekoppeld met een starre achteras en de einden der momentarmen zijn gekoppeld met de carrosserie, met het kenmerk, dat genoemde middelen bestaan uit een lineaire 35 actuator, opgenomen tussen een der armeinden en de carrosserie (figuur 5). 8702468

6. Inrichting volgens conclusie 2 tot 5, gekenmerkt door actuatorbesturingsmiddelen, welke voor het tegengaan van het rollen der carrosseriesamenwerken met sensors voor het leveren van informatie betreffende een of meer der volgende 5 grootheden: stuuruitslag, voertuigsnelheid, rolhoek.

7. Inrichting volgens conclusie 2 tot 5, gekenmerkt door actuatorbesturingsmiddelen, welke, voor het aanpassen van het stuurgedrag aan de beladingstoestand van het voertuig, samenwerken met sensoren voor het leveren van informatie 10 betreffende de belasting van voor- en achteras. &70£4β8