SE532662C2 - Fjädringssystem för fordon samt fordon med ett sådant fjädringssystem - Google Patents

Description

20 25 30 EBE”. EEE 2 förande ändras då lasten ändras. Förarens komfort och fordonets körbarhet kommer således att bero på hur mycket fordonet är lastat. Vanligtvis är fjäderkonstanten anpassad till ett normallastat fordon, men detta blir till nackdel då fordonets dynamiska egenskaper inte blir optimala under alla förhållanden. Ändras fordonets axelbelastning från 40% till 160% av normal- fallet, vilket inte är ovanligt för tyngre lastfordon, innebär detta att egen- frekvensen fördubblas från tyngsta till lättaste fallet. Det är därför i dessa fall önskvärt att kunna ändra tjäderkonstanten för att hålla egenfrekvensen konstant och bibehålla köregenskaperna.

Med hjälp av gasfjäderteknik kan fjäder och dämpare arrangeras så att hjulets rörelser överförs till gasfjädringsackumulatorn via hydraulvätska som strömmar genom två ventiler. Kraften i fjäderbenet kommer då att bestämmas dels av benets läge, som ger trycket i fjädringsackumulatorn och därmed fjäderkraften, och dels benets hastighet som ger strömningsmotståndet genom ventilerna och därmed dämpkraften.

Fjäderkonstanten kan nu ändras genom att reglera trycket i gas- fjädringsackumulatorn via en gasventil. Fordonets vikt ger gastrycket i gastjädringsackumulatorn och mängden gas ger gaskuddens volym, och därmed gasfjädringsackumulatorns tryckuppbyggnad och tjäderkonstant.

Gaskuddens volym ger även gasfjädringsackumulatorns neutralläge och därmed fordonets gånghöjd, vilken mäts med hjälp av en lägesgivare. Genom att fylla på och tappa ur gas ur gasfjädringsackumulatorn kan således även fordonets gånghöjd regleras beroende på terräng och last. Trycket i gas- tjädringsackumulatorn mäts via en tryckgivare. _ Med hjälp av kända samband (allmänna gaslagen) kan gasfjädrings- ackumulatorns tryckuppbyggnad (och därmed tjäderkonstant) för olika for- donsvikter erhållas. Man finner då att om gaskuddens volym, och därmed fordonets neutralläge, hålls konstant för olika fordonsvikter kommer fjäder- konstanten att ändras på sådant sätt att fordonets egenfrekvens hålls konstant. Genom att använda gastjädertekniken går det alltså att komma till rätta med de i bakgrunden beskrivna problemen.

Påfyllning och avtappning av gas till gastjädringsackumulatorn sker med hjälp av en s.k. systemackumulator som sitter placerad på lämpligt ställe 10 15 20 25 30 532 652 3 i fordonet. Gassidan på systemackumulatorn kan vara ansluten till gas- fjädringsackumulatorn på ett eller flera fiäderben. Systemackumulatorns oljesida kan anslutas till fordonets hydraulsystem. Genom att reglera trycket i fordonets hydraulsystem kan olika gastryck i systemackumulatorn erhållas.

Det erhållna gastrycket används sedan till att reglera gastrycket i gasfiädringsackumulatorn beroende på vilken last fordonet har. På så sätt regleras gasmängden i gasfiädringsackumulatorn, och därmed fordonets gånghöjd. Genom att låta gasen vara innesluten mellan gastjädrings- ackumulatorn och systemackumulatorn blir gassystemet slutet, vilket möjliggör arbete .vid höga gastryck (exempelvis 150-350 bar), vilket är en fördel vid tunga applikationer. Vid på- och avtappning av gas till fjäderbenet skall gasventilen vara öppen och vid körning av fordonet skall den vara stängd.

En styrd gasventil ställer dock krav på ett mer komplicerat styrsystem och utgör även ett riskstâlle för gaslåckage.

GB 1 602 291 visar ett hydropneumatiskt tjädringssystem som innefattar en kraftcylinder som medelst hydraulvätska, via en rörledning kommunicerar med en första kammare, i vilken hydraulvätska och gas åtskiljs av ett membran. Gassidan i den första kammaren kommunicerar, via en med en tvålägesventil försedd rörledning, med en andra kammare, i vilken hydraulvätska och gas skiljs åt av ett membran. Den andra kammaren är förbunden med en styrventil, vilken valbart kan ansluta vätskedelen av den andra kammaren med en pump, en reservoar eller ett viloläge. Höjdjustering av fordonet sker genom att styrventilen förbinds med reservoaren eller pumpen, varvid vätsketrycket, och således även gastrycket, iden andra kammaren ändras och via rörledningen och tvålägesventilen påverkar gastrycket i den första kammaren.

DE 39 34 385 A1 visar ett hydropneumatiskt fjädringssystem som innefattar ett par fasta, koncentriskt anordnade, inre respektive yttre cylindrar, mellan vilka en ringformad kammare föreligger. I den ringformade kammaren är en ringformad kolv, förbunden med en tredje cylinder, förskjutbar. I den inre cylindern befinner sig en flytande kolv, vilken delar upp den inre cylindern i två inre utrymmen. Det ena av dessa inre utrymmen är gasfyllt och förbundet 10 15 20 25 30 532 852 4 med en extern ackumulator för nivåreglering. Den ringformade kolvens båda sidor är förbundna med varandra via en extern ledning för hydraulvätska med en justerbar dämparventil, med en extern ackumulator samt med det andra av de inre utrymmena. Höjdjustering åstadkoms således hydrauliskt. Tryckjuster- ing av gasfiäderdelen är möjlig.

EP 0 666 803 Bl visar ett system för varierbar fordonshöjd, där kamrar för hydraulisk och pneumatisk fluid är anordnade i en gemensam cylinder, vilken i sin tur är bildad av ett par teleskopiskt anordnade cylindrar med en däremellan anordnad flytande kolv. Kammaren för pneumatisk fluid är för- bunden med en ackumulatorkammare via ett styrbara avstängningsventller omfattande första och andra backventiler och första och andra styrbara ventiler. En mikroprocessor är anordnad att styra de styrbara avstängnings- ventilerna så att pneumatisk fluid valbart kan föras mellan ackumulator- kammaren och kammaren för pneumatisk fluid, för att möjliggöra höjd- justering av fordonet.

EP 1 577 580 A2 visar ett hydropneumatisk fjädringselement som har första och andra oljeinnehållande cylindrar, vilka är förbundna av ett kopplingselement, så att olja kan passera mellan cylindrarna. En tredje cylinder, vilken är försedd med en ventil för påfyllning/avtappning av olja, är teleskopiskt anordnad i den första cylindern, så att oljevolymen i systemet är varierbar genom en teleskoprörelse mellan de första och tredje cylindrarna.

Den andra cylindern innefattar en avskiljande kolv, vilken skiljer oljan från en gaskammare. Gaskammaren är försedd med en ventil för påfyllning/avtapp- ning av gas. Således fungerar gaskammaren som en gasfiäder med avseende på relativrörelser mellan den tredje cylindern och den första cylindern. En fast hydraulisk dämpardel är anordnad i den första cylindern.

GB 2 171 488 A visar en kombinerad fiädrings- och system- ackumulator, som är speciflk för varje fiäderben. En kraftöverförande del står i hydraulisk förbindelse med fluidkammare. Förbindelsen är försedd med en strypventil och en backventil och innefattar även två ackumulatorer vars vätsketryck är reglerbart via anslutningen till en fluidreservoar.

DE 34 42 497 A1 visar ett fjädringssystem för ett fordon innefattandes en kraftöverförande del, hydrauliskt förbunden med en 10 15 20 25 30 532 652 5 gastjädringsackumulator. Gastjädringsackumulatorn står i sin tur i pneumatisk förbindelse med en systemackumulator. Denna pneumatiska förbindelse är försedd med en strypventil. DE 34 42 497 A1 visar vidare att fjäderkonstanten huvudsakligen ändras genom att olja pumpas mellan två volymer. På så sätt ändras den fjädrande gasvolymen och därmed tjäderkarakteristikan.

Det finns ett behov av ett förbättrat och/eller förenklat fiädringssystem av ovan diskuterad typ.

Kort beskrivning av uppfinningen Ett ändamål är således att åstadkomma ett förbättrat eller alternativt fjädringssystem.

Specifika ändamål innefattar att åstadkomma ett fjädringssystem, vilket ger förutsättningar för nivåreglering av fordonet, att åstadkomma ett fjädringssystem, vilket möjliggör anpassning av fiädringssystemets tjäderkonstant, att åstadkomma ett fiädringssystem, vilket är enkelt att reglera, att åstadkomma ett tjädringssystem, vilket är tillämpbart på tunga fordon och att åstadkomma ett fiädringssystem, vilket ger möjlighet att kompensera för temperaturvariationer.

Uppfinningen definieras av bifogade självständiga patentkrav.

Utföringsformer framgår av bifogade osjälvständiga patentkrav samt av den följande beskrivningen och ritningarna.

Enligt en första aspekt åstadkoms ett fjådringssystem för ett fordon, innefattande en gasfiädringsackumulator, som står i pneumatisk förbindelse med en systemackumulator. Fjädringssystemet innefattar en gasstrypventil, anordnad för strypning av den pneumatiska förbindelsen mellan gastjäd- ringsackumulatorn och systemackumulatorn, så att endast ett begränsat massflöde, vilket är större än noll, tillåts i den pneumatiska förbindelsen.

Ett sådant fjädringssystem innefattar vidare en kraftöverförande del, utfom1ad att verka mellan en fiädrad del och en ofiädrad del av fordonet, varvid gastjädringsackumulatorn är förbunden med den kraftöverförande delen och den kraftöverförande delen innefattar en med en hydraulvätska samverkande kolv. 10 15 20 25 30 532 582 6 Gasfiädringsackumulatorn är hydrauliskt förbunden med den kraftöverförande delen via minst två hydraulkanaler.

Med "gasfiädringsackumulator” avses den del som vid respektive verkningsställe (exempelvis varje individuellt hjul) åstadkommer fiädringsverkan.

Med ”gasstrypventil” avses en ventil som är utformad att endast delvis strypa ett gasflöde i en gasledning.

Med ett sådant ijädringssystem, kommer vid hastiga hjulrörelser tryckskillnaden mellan fiäderben och systemackumulator att variera från + till - och endast en liten mängd gas hinner strömma över mellan pulsationerna.

Medeltrycket kommer att vara det samma i både fiäderben och systemack- umulator. Vid injustering av fordonets höjd erhålls en mer långvarig tryck- skillnad och en större mängd gas strömmar över, tills medeltrycket i gasfiädringsackumulatorn är detsamma som trycket i systemackumulatorn.

En förutsättning för funktionen är att trycket i systemackumulatorn hålls konstant. Gasstrypningen innebär även att man på ett enkelt sätt kan kompensera för eventuella temperaturvariationer under sommar och vinter.

Gastjädringsackumulatorn kan vara hydrauliskt förbunden med den kraftöverförande delen via minst en hydraulkanal. Enligt en utföringsform, kan hydraulkanalen vara försedd med en strypventil. Enligt en utföringsform, kan hydraulkanalen vara försedd med en backventil.

Enligt en utföringsform, kan nämnda minst två hydraulkanaler vara försedda med en respektive strypventil. Enligt en utföringsform, kan nämnda minst två hydraulkanaler vara försedda med en respektive backventil. Även fler än två hydraulkanaler kan förekomma, och då, valbart förses med strypventiler och/eller backventiler.

Gasstrypventilen kan vara en fast ventil, vilken kan vara anordnad att tillåta ett förutbestämt flöde, vilket är större än noll. Därmed åstadkoms ett mycket enkelt system.

Alternativt kan gasstrypventilen vara en ställbar ventil, vilken kan vara anordnad att tillåta minst två olika flöden, vilka båda är större än noll. Därmed åstadkoms ett flexibelt system. 10 15 20 25 30 532 652 7 Gasstrypventilen kan ha en effektiv ventilarea som är mindre än den pneumatiska förbindelsens area.

Systemackumulatorn kan vara utformad för samverkan med ett hydraulsystem hos fordonet, så att ett tryck i systemackumulatorn är åtminstone delvis styrbart med hjälp av hydraulsystemet.

Alternativt, eller som ett komplement, kan systemackumulatorn vara förbunden med en kompressor, så att ett tryck i systemackumulatorn kan vara åtminstone delvis styrbart med hjälp av kompressorn.

Enligt en andra aspekt åstadkoms ett fordon innefattande ett fiädringssystem enligt ovan.

Kortfattad beskrivning av ritningama F ig 1 visar en schematisk principskiss av ett fjädringssystem.

Fig 2 visar ett första provningsresultat av flädringssystemet i Fig 1.

Fig 3 visar ett andra provningsresultat av Fjädringssystemet i Fig 1.

Beskrivning av utförinqsformer Med hänvisning till fig 1, visas ett fiädringssystem, vilket är anordnat att verka mellan ett mot ett underlag 1, exempelvis en vägbana, anliggande hjul 2 eller liknande, och ett fordon 3. Fjädringssystemet omfattar en kraftöver- förande del 4, vilken verkar mellan hjulet 2 och fordonet 3. Den kraftöver- förande delen 4 är via en dämparenhet 5 förbunden med en gasfjädrings- ackumulator 6. Gasfiädringsackumulatorn är i sin tur förbunden med en systemackumulator 8 via en pneumatisk förbindelse 7. Systemackumulatorn kan stå i förbindelse med ett hydraulsystem 100 hos fordonet, eller med en kompressor 110.

Den kraftöverförande delen 4 kan omfatta en kolv 41, vilken verkar i ett utrymme 42 som innehåller hydraulvätska. Utrymmet 42 kan stå i förbindelse med en hydraulkammare 61 hos gasfiädringsackumulatorn 6 via en eller flera hydrauliska förbindelser 51, 52.

De hydrauliska förbindelserna 51, 52 kan utgöra del av en dämparenhet 5, och vara försedda med respektive hydraulstrypventiler 55, 56 i syfte att åstadkomma en önskad grad av dämpning av hydraulvätskans 10 15 20 25 30 532 EEE 8 rörelse genom förbindelserna 51, 52. Vidare kan förbindelserna vara försedda med respektive backventiler 53, 54, vilka kan vara anordnade eller inställda så att olika dämpningsgrad åstadkoms i respektive rörelseriktning.

Gasfjädringsackumulatorn 6 kan omfatta en hydraulkammare 61, vilken inrymmer en mängd av den hydraulvätska som kan förflytta sig via hydraulförbindelsen 51, 52 mellan utrymmet 42 och hydraulkammaren 61.

Vidare kan gasfiädringsackumulatorn omfatta en gaskammare 63, vilken bildar den gaskudde som fungerar som själva fjädern i tjädringssystemet.

Hydraulkammaren 61 och gaskammaren 63 kan vara åtskiljda av en kolv 62, ett membran eller liknande.

Systemackumulatorn kan omfatta en systemgaskammare 81 och en systemhydraulkammare 83. Systemhydraulkammaren 83 och systemgaskammaren 81 kan vara åtskiljda av en kolv 82, ett membran eller liknande. Systemackumulatorn 8 kan vara ansluten till en, två eller flera flädringssystem.

Systemhydraulkammaren 83 kan vara ansluten till ett med fordonet associerat hydraulsystem 100.

Enligt en alternativ utföringsform, kan systemgaskammaren 81 vara anstuten till en med fordonet associerad kompressor 110. l denna utföringsform behöver systemackumulatorn 8 inte innefatta någon systemhydraulkammare 83 eller kolv 82.

En gasstrypventil 9 har vanligen en effektiv ventilarea som är mindre än den pneumatiska förbindelsens 7 area.

Enligt en utföringsform kan gasstrypventilen 9 vara en fast ventil, vilken är anordnad att tillåta ett förutbestämt flöde, vilket är större än noll. Enligt en utföringsform, väljs gasstrypventilen 9. så att denna tillåter så litet flöde som möjligt, givet en viss önskad nivåregleringshastighet. Vid användning av en fast gasstrypventil, kan denna väljas för varje given applikation, exempelvis fordonstyp.

Enligt en alternativ utföringsform kan gasstrypventilen 9 vara en ställbar ventil, vilken är anordnad att tillåta minst två olika flöden, vilka båda är större än noll. En sådan ställbar ventil kan vara justerbar, såtillvida att den ställs in i ett läge och sedan förblir i detta läge under systemets användning. 10 15 20 25 532 B52 9 Alternativt kan en sådan ställbar ventil vara justerbar även under systemets användning, exempelvis som svar på någon yttre faktor, eller önskemål på fordonets beteende. För att strypventilen skall vara justerbar på detta sätt, krävs emellertid både en mer avancerad strypventll och ett styrsystem, vilket ökar hela systemets komplexitet.

Det i fig 1 visade systemet fungerar så att att en rörelse hos hjulet 2, till följd av exempelvis en ojämnhet i underlaget 1, medför en relativrörelse mellan kolven 41 och den kraftöverförande delen 4, varvid den i utrymmet 42 inneslutna hydraulvätskan förflyttas via hydraulförbindelsen 51, 52 mellan utrymmet 42 och hydraulkammaren 61. Genom hydrauldämpningsventilerna 55, 56 åstadkoms härvid en dämpning av rörelsen.

Via kolven 62 verkar hydraulvätskan på gaskammaren 63 så att dennas volym, och därmed tryck, ändras.

Av fig 2 framgår att trycket i fjäderbenet (dvs kolvens 41 läge i utrymmet 42) varierar kraftigt som svar på en lägesförändring hos fjäderbenet. Trots att förbindelsen mellan gaskammaren 63 och systemgaskammaren 81 är öppen, sker emellertid mycket litet massflöde mellan gaskammaren 63 och systemgaskammaren 81, varför trycket i systemgaskammaren 83 ändras mycket litet.

Av fig 3 framgår att om kolven stoppas i exempelvis utdraget läge, tar det ca 20 sekunder innan trycket utjämnats mellan gaskammaren 63 och systemgaskammaren 81.

Nivåreglering, dvs reglering av fordonets markfrigång, kan åstadkommas genom att trycket l systemgaskammaren 81 ökas, eller genom att hydraulvätska tillförs utrymmet 42 och/eller hydraulkammaren 61.

Justering av gastjäderns fiäderkonstant kan åstadkommas genom att trycket i systemgaskammaren 81 ökas.

Claims (11)

10 15 20 25 30 532 662 10 PATENTKRAV

1. Fjädringssystem för ett fordon (3), innefattande en gasfjädrings- ackumulator (6), som står i pneumatisk förbindelse (7) med en systemackumulator (8), varvid en gasstrypventil (9), anordnad för strypning av den pneumatiska förbindelsen (7) mellan gasfjädringsackumulatorn (6) och systemackumulatorn (8), så att endast ett begränsat massflöde, vilket är större än noll, tillåts i den pneumatiska förbindelsen (7), vidare innefattande en kraftöverförande del (4), utformad att verka mellan en fiädrad del (3) och en ofiädrad del (2) av fordonet, varvid gasfjädringsackumulatorn (6) är förbunden med den kraftöverförande delen (4), varvid den kraftöverförande delen (4) innefattar en med en hydraulvätska samverkande kolv (41), varvid gastiädringsackumulatorn (6) är hydrauliskt förbunden med den kraftöverförande delen (4) via minst en hydraulkanal (51, 52) kännetecknad avatt gastjädringsackumulatorn (6) är hydrauliskt förbunden med den kraftöverförande delen (4) via minst två hydraulkanaler (51, 52).

2. Fjädringssystem enligt krav 1, varvid nämnda minst en hydraulkanal (51, 52) är försedd med en strypventil (55, 56).

3. Fjädringssytem enligt krav 1 eller 2, varvid nämnda minst en hydraulkanal (51, 52) är försedd med en backventil (53, 54).

4. Fjädringssystem enligt krav 1, varvid nämnda minst två hydraul- kanaler (51, 52) är försedda med en respektive strypventil (55, 56).

5. Fjädringssystem enligt krav 1 eller 4, varvid nämnda minst två hydraulkanaler (51, 52) är försedda med en respektive backventil (53, 54). 10 15 20 25 532 652 11

6. Fjädringssystem enligt något av föregående krav, varvid gasstrypventilen (9) är en fast ventil, anordnad att tillåta ett förutbestämt flöde, vilket är större än noll.

7. Fjädringssystem enligt något krav 1-5, varvid gasstrypventilen (9) är en ställbar ventil, anordnad att tillåta minst två olika flöden, vilka båda är större än noll.

8. Fjädringssystem enligt något av föregående krav, varvid gasstrypventilen (9) har en effektiv ventilarea som är mindre än den pneumatiska förbindelsens (7) area.

9. Fjädringssystem enligt något av föregående krav, varvid systemackumulatorn (8) är utformad för samverkan med ett hydraulsystem (100) hos fordonet, så att ett tryck i systemackumulatorn (8) är åtminstone delvis styrbart med hjälp av hydraulsystemet (100).

10. Fjädringssystem enligt något av krav 1-9, varvid systemackumulatorn (8) är förbunden med en kompressor (110), så att ett tryck i systemackumulatorn (8) är åtminstone delvis styrbart med hjälp av kompressorn (110).

11. Fordon (3) innefattande ett fiädringssystem enligt något av föregående krav.