WO2000018597A1 - Hydropneumatisches federungssystem - Google Patents

Hydropneumatisches federungssystem Download PDF

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WO2000018597A1
WO2000018597A1 PCT/EP1999/007073 EP9907073W WO0018597A1 WO 2000018597 A1 WO2000018597 A1 WO 2000018597A1 EP 9907073 W EP9907073 W EP 9907073W WO 0018597 A1 WO0018597 A1 WO 0018597A1
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Dieter Elser
Andreas Braun
Manfred Heintschel
Wolfgang Zeitz
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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • B60G17/0416—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics regulated by varying the resiliency of hydropneumatic suspensions
    • B60G17/0432—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics regulated by varying the resiliency of hydropneumatic suspensions by varying the number of accumulators connected to the hydraulic cylinder
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    • B60G2202/15—Fluid spring
    • B60G2202/154—Fluid spring with an accumulator

Definitions

  • the invention relates to a hydropneumatic suspension system for motor vehicles according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • Hydropneumatic suspension systems offer decisive advantages in terms of robustness, suspension comfort and quick and easy controllability. However, the characteristics depend to a large extent on the loading condition.
  • a conventional hydropneumatic suspension system consists of the basic elements of gas pressure accumulator, hydraulic cylinders and the connecting old pressure lines. Instead of the normal leaf, air or coil springs, hydraulic cylinders are installed between the axle and frame. These are connected to gas pressure accumulators via lines. The gas in each pressure accumulator serves as a spring, the oil column in the line system serves as a transmission medium for the gas spring forces to the hydraulic cylinders. The damping takes place in the area of the oil column by appropriate devices in the direction of deflection and rebound.
  • DE 40 03 493 AI describes a hydropneumatic suspension system with the hydropneumatic support assemblies assigned to the vehicle wheels and a level control interacting therewith, which, depending on the stroke position of the wheels, introduces hydraulic medium from a reservoir into the support assemblies or hydraulic medium from the support assemblies into the reservoir.
  • an active bypass and delivery system is arranged between the support members, which, depending on the lift position and / or pitching or rolling moments acting on the vehicle, bypasses the reservoir with respect to the longitudinal axis of the vehicle and / or bypasses the reservoir. or the support units located opposite the transverse axis of the vehicle.
  • the hydraulic medium between the support units is different
  • the present invention is based on the object of presenting a hydropneumatic suspension system which can represent the functions of suspension, roll stabilization and level control without an additional control unit and actuators with a reduced number of parts.
  • the object on which the invention is based is achieved by a generic hydropneumatic suspension system which also has the characterizing features of the main claim.
  • Another advantage is that by lowering the inside of the vehicle for roll stabilization, the lateral acceleration is reduced, the center of gravity of the vehicle is lowered and the road holding of the vehicle is thus improved.
  • the solution according to the invention can be implemented in at least four constructive variants.
  • the pressure supplies are separated from the suspension and level control, while in a second exemplary embodiment they are supplied by a central pump.
  • the third and fourth embodiments show a separate system for the front and rear axles, in which the axles can be controlled independently of one another.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a hydropneumatic suspension system for a two-axle motor vehicle with separate pressure supply for suspension and level control;
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a hydropneumatic suspension system, in which the suspension and the level control are supplied by a central pump;
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a hydropneumatic suspension system in which the front axle can be regulated independently of the master axle and
  • the front axle 1 like the rear axle 2, has a hydropneumatic suspension system consisting of two piston-cylinder units, each with two chambers, hereinafter referred to as spring cylinders.
  • the spring cylinders 3 and 4 of the front axle 1 and the spring cylinders 5 and 6 of the rear axle 2 are identical in construction and dimensioned according to the respective axle load.
  • the function of the spring cylinders 3, 4, 5, 6 will be explained with reference to the spring cylinder 6 of the rear axle 2.
  • the piston rod 7 is connected to the rear axle 2 via a joint 8.
  • the control pressure of the roll stabilization system acts in the lower spring cylinder chamber 9.
  • the pressure of the suspension and level control system acts in the upper spring cylinder chamber 11 above the piston 10.
  • the upper spring cylinder chamber 11 is connected to the corresponding upper spring cylinder chamber 12 of the opposite spring cylinder 5 of the rear axle 2 via a pipe 13.
  • a switching valve 14 is arranged in the pipeline 13 and is open when roll stabilization is active.
  • the switching valve 14 is controlled without current for safety reasons and the closed position is thus reached.
  • the control valve 15 is also de-energized and brought to a neutral open position via an integrated, mechanical centering.
  • the upper spring cylinder chambers 11 and 12 are separated from one another and thus act as a stabilizer.
  • a damping valve 17 is arranged, which regulates the damping of the spring process by the two throttle devices 18 and 19 acting in different directions in each case in an adapted intensity.
  • the level is regulated by changing the oil volume in the suspension hydraulics.
  • a pump 20 which via a flow valve 21 and a control valve 22 01 in the suspension system, ie in the upper spring cylinder rooms 11, 12, 23, 24, pumped via the switching valves 25 and 26.
  • the damping valves 17, 27, 28, 29 are designed to be controllable.
  • the damping characteristics of the spring cylinders 3, 4, 5 and 6 can also be varied as a function of the axle load, for example by influencing the electromagnetic force of the throttle devices 18, 19, 30 and 31 and 32, 33, 34 and 35.
  • a valve 36 which supplies the roll stabilization in the open position and controls the level control in the closed position by activating the switching valves 25 and 26.
  • the flow dividing valve 21, the control valve 22 and the pump 20, which are shown in the hydropneumatic suspension system according to FIG. 1, are not required in this arrangement.
  • the high-performance pump 37 offers the additional advantage that the level control can be carried out in a very short time when the vehicle is at a standstill. When using a Central pump 37 for all functions, this must be dimensioned somewhat larger, but you can therefore do without a pump and an oil container.
  • each axle can be regulated independently and, despite the same size of the spring cylinder, different pressure ratios in accordance with the front and rear Set the axle loads or the load status.
  • the vehicle can be tilted on both sides around the longitudinal axis of the vehicle to make it easier to get in especially interesting for city buses
  • FIG. 4 shows a simplified variant of the hydropneumatic suspension system shown in FIG. 3, in which only one-sided kneeling can be represented by using the switching valves 14, 25, 26 and 42.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Hydropneumatisches Federungssystem für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem hydropneumatischen Abstützaggregat und einer damit zusammenwirkenden Niveauregulierung, welche in Abhängigkeit von der Hubstellung der Räder Hydraulikmedium aus dem hydropneumatischen Druckspeicher (16, 43, 44, 45) in die hydropneumatischen Federzylinder (3, 4, 5, 6) einleitet bzw. Hydraulikmedium aus den hydropneumatischen Federzylindern (3, 4, 5, 6) in die Druckspeicher (16, 43, 44, 45) abführt und durch die hydropneumatischen Federzylinder (3, 4, 5, 6) die Funktionen Federung, Wankstabilisierung und Niveauregulierung darstellen können.

Description

Hydropneumatisches Federungssystem
Die Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Fede- rungssystem für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 naher definierten Art.
Hydropneumatische Federungssysteme bieten entscheidende Vorteile in Hinblick auf Robustheit, Federungskomfort sowie schnelle und einfache Regelbarkeit . Die Charakteristik ist allerdings in hohem Maße vom Beladungszustand abhangig. Ein herkömmliches hydropneumatisches Federungssystem besteht aus den Grundelementen Gasdruckspeicher, hydraulische Zylinder und den verbindenden Oldruckleitungen. Anstelle der normalen Blatt-, Luft- oder Schraubenfedern sind Hydraulikzylinder zwischen Achse und Rahmen eingebaut. Diese sind über Leitungen mit Gasdruckspeichern verbunden. Das Gas in jedem Druckspeicher dient als Feder, die Olsaule im Leitungssystem dient als Ubertragungsmedium der Gasfe- derkrafte auf die Hydraulikzylinder. Die Dampfung erfolgt im Bereich der Olsaule durch entsprechende Einrichtungen in Ein- und Ausfederungsrichtung.
In der DE 40 03 493 AI ist ein hydropneumatisches Fe- derungssystem mit den Fahrzeugradern zugeordneten hydropneumatischen Abstutzaggregaten und einer damit zusammenwirkenden Niveauregulierung beschrieben, welches in Abhängigkeit von der Hubstellung der Rader Hydraulikmedium aus einem Reservoir in die Abstutzaggregate einleitet bzw. Hy- draulikmedium aus den Abstutzaggregaten in das Reservoir abfuhrt . Um den Leistungsbedarf des Systems gering zu halten, wird ein aktives Bypass- und Forderungssystem zwischen den Abstutzorganen angeordnet, welches in Abhängigkeit von der Hubstellung und/oder auf das Fahrzeug einwirkenden Nick- oder Wankmomenten Hydraulikmedium unter Umgehung des Reservoirs zwischen einander bezuglich der Fahrzeuglangsachse und/oder der Fahrzeugquerachse gegenüberliegenden Abstutzaggregaten zu verschieben gestattet. Bei diesem hydropneumatischen Federungssystem wird also das Hydraulikmedium unmittelbar zwischen den Abstutzaggregaten verschiedener
Fahrzeugseiten bzw. den vorderen und hinteren Abstutzaggregaten verschoben, um eine Fahrzeugseite bei gleichzeitiger Absenkung der anderen Fahrzeugseite anzuheben bzw. das Fahrzeugvorderteil in entsprechender Weise gegenläufig zum Fahrzeugheck zu bewegen.
Nachteilig wirkt sich bei dem Stand der Technik, wie er in der DE 40 03 493 AI beschrieben ist, vor allem die Tatsache aus, daß mit denselben Zylinderraumen sowohl die hydropneumatische Federung wie auch die Wankstabilisierung realisiert werden soll. Dadurch steht für die hydropneumatische Federung nicht die gesamte Kolbenflache, sondern nur die Flache auf der Kolbenstangenseite zur Verfugung. Zudem werden für die Realisierung des Wankausgleichs zusatzliche Aktuatoren benotigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein hydropneumatisches Federungssystem darzustellen, welches die Funktionen Federung, Wankstabilisierung und Ni- veauregulierung ohne zusatzliche Regelungseinheit und Ak- tuatorik bei gleichzeitig reduzierter Teilevielfalt darstellen kann. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemaßes hydropneumatisches Federungssystem gelost.
Durch die Trennung von Federungs- und Wankstabilisie- rungszylinderraumen und das gleichzeitige Integrieren der Wankstabilisierungsaktuatorik m den Federzylindern können die Bauteile in Anzahl und Gewicht deutlich reduziert wer- den. Zusatzlich kann auf aufwendige Regelungstechnik verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß durch das Absenken der Fahrzeuginnenseite zur Wankstabilisierung die Querbeschleunigung reduziert, der Schwerpunkt des Fahrzeugs abgesenkt und somit die Straßenlage des Fahrzeugs verbessert wird.
Die erfindungsgemaße Losung laßt sich in zumindest vier konstruktiven Varianten realisieren. Bei einer ersten Konstruktionsvariante sind die Druckversorgungen von Fede- rung und Niveauregulierung getrennt, wahrend sie bei einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel von einer zentralen Pumpe versorgt werden. Die dritte und die vierte Ausfuhrungsform zeigen ein getrenntes System für Vorder- und Hinterachse, bei denen die Achsen unabhängig voneinander geregelt werden können.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben. Die Erfindung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An- spruche beschrankt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmoglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung. Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedenen Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung pnnzipge- maß beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines hydropneumatischen Federungssystems für ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit getrennter Druckversorgung für Federung und Niveauregulie- rung;
Fig. 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel eines hydropneumatischen Federungssystems, bei dem die Federung und die Niveauregulierung von einer zentralen Pumpe versorgt werden;
Fig. 3 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines hydropneumatischen Federungssystems, bei dem die Vorderachse unabhängig von der Hmter- achse geregelt werden kann und
Fig. 4 eine vereinfachte Variante eines hydropneumatischen Federungssystems, bei dem durch Reduzierung der Teilevielfalt auch die Funk- tionsvielfalt verringert wird.
In der Fig. 1 ist als eine erste vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung das Gesamtsystem eines zweiachsigen Fahrzeuges dargestellt. Die Vorderachse 1 weist wie die Hinterachse 2 ein hydropneumatisches Federungssystem, bestehend aus zwei Kolben-Zylinder-Emheiten mit jeweils zwei Kammern, nachfolgend Federzylinder genannt, auf. Die Feder- zylmder 3 und 4 der Vorderachse 1 und die Federzylinder 5 und 6 der Hinterachse 2 sind baugleich und entsprechend der jeweiligen Achslast dimensioniert. Die Funktion der Federzylinder 3, 4, 5, 6 wird anhand des Federzylinders 6 der Hinterachse 2 erläutert. Die Kolbenstange 7 ist über ein Gelenk 8 mit der Hinterachse 2 verbunden. Im unteren Federzylinderraum 9 wirkt der Steuerdruck des Wankstabilisie- rungssystems . Über dem Kolben 10 wirkt im oberen Federzylinderraum 11 der Druck des Federungs- und Niveauregulierungssystems. Der obere Federzylinderraum 11 ist mit dem korrespondierenden oberen Federzylinderraum 12 des gegenüberliegenden Federzylinders 5 der Hinterachse 2 über eine Rohrleitung 13 verbunden. In der Rohrleitung 13 ist ein Schaltventil 14 angeordnet, welches bei aktiver Wankstabilisierung geöffnet ist.
Beim Auftritt eines Fehlers im Wankstabilisierungssy- stem wird aus Sicherheitsgründen das Schaltventil 14 stromlos gesteuert und damit die Schließstellung erreicht. In diesem Falle wird auch das Steuerventil 15 stromlos ge- schaltet und über eine integrierte, mechanische Zentrierung auf neutrale Offenstellung gebracht. In dieser Situation sind die oberen Federzylinderaume 11 und 12 voneinander getrennt und wirken dadurch wie ein Stabilisator. Zwischen dem oberen Federzylinderraum 11 und einem Druck- Speicher 16 ist ein Dampfungsventil 17 angeordnet, welches durch die beiden in unterschiedlicher Richtung wirkenden Drosseleinrichtungen 18 und 19 in jeweils angepaßter Intensität die Dampfung des Federvorganges regelt. Die Niveauregulierung erfolgt durch Veränderung des Olvolumens in der Federungshydraulik. Hierfür wird durch eine Pumpe 20, welche über ein Stromteilventil 21 und ein Steuerventil 22 01 in das Federungssystem, d. h. in die oberen Federzylinder- räume 11, 12, 23, 24, über die Schaltventile 25 und 26 gepumpt .
Je nach Achslast können unterschiedliche Drucke über das Schaltventil 25 den oberen Federzylinderraumen 23 und 24 der Vorderachse 1 und über das Schaltventil 26 den oberen Federzylinderraumen 11 und 12 der Hinterachse 2 zugeführt werden. Die Schaltventile 25 und 26 werden für die Beful- lung und Entleerung der Federzylinderraume 11, 12, 23 und 24 im Wechsel geschaltet.
In einer erweiterten Funktionsvariante sind die Dampfungsventile 17, 27, 28, 29 steuerbar ausgeführt. So kann auch, beispielsweise durch elektromagnetische Kraftbeeinflussung der Drosseleinrichtungen 18, 19, 30 und 31 sowie 32, 33, 34 und 35, die Dampfungscharakteristik der Federzylinder 3, 4, 5, und 6 achslastabhangig variiert werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten hydropneumatischen Federungssystem wird die Ölversorgung des Gesamtsystems, bestehend aus Federung, Niveauregulierung und Wankstabilisierung, ausschließlich von einer Pumpe 37 bewerkstelligt.
Zusatzlich wird ein Ventil 36 benotigt, welches bei offener Stellung die Wankstabilisierung versorgt und bei geschlossener Stellung die Niveauregulierung steuert, indem die Schaltventile 25 und 26 aktiviert werden. Das Stromteilventil 21, das Steuerventil 22 und die Pumpe 20, die in dem hydropneumatischen Federungssystem nach Fig. 1 dargestellt sind, werden bei dieser Anordnung nicht benotigt. Die leistungsmaßig große Pumpe 37, wie sie für die Wankstabilisierung erforderlich ist, bietet den zusatzlichen Vorteil, daß bei Fahrzeugstillstand die Niveauregulierung in kürzester Zeit vollzogen werden kann. Bei Verwendung einer zentralen Pumpe 37 für alle Funktionen muß diese zwar etwas großer dimensioniert sein, aber man kann somit auf eine Pumpe und einen Ölbehälter verzichten.
Bei der m Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsform der
Erfindung besteht der wesentliche Unterschied zu Fig. 2 in der Auftrennung des Gesamtsystems m zwei voneinander unabhängige Systeme für die Vorderachse 1 und die Hinterachse 2. Somit kann ede Achse unabhängig geregelt wer- den und man kann trotz gleicher Federzylmdergroße vorn und hinten unterschiedliche Druckverhaltnisse entsprechend den Achslasten bzw. den Beladungszustanden einstellen. Über die Schaltventile 14, 26 und 38 bzw. 25, 38 und 39 besteht neben der Niveauregulierung noch die Möglichkeit für das so- genannte „Kneeling". Dabei kann das Fahrzeug zur Erleichterung des Einstiegs beidseitig um die Fahrzeuglangsachse gekippt werden, was z. B. für Stadtbusse besonders interes¬
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Variante des in Fig. 3 dargestellten hydropneumatischen Federungssystems, bei dem durch die Verwendung der Schaltventile 14, 25, 26 und 42 nur ein einseitiges Kneeling dargestellt werden kann.
Bezugszeichen
1 Vorderachse 26 Schaltventil
2 Hinterachse 27 Dämpfungsventil
3 Federzylinder 28 Dämpfungsventil
4 Federzylinder 29 Dämpfungsventil
5 Federzylinder 30 Drosseleinrichtung
6 Federzylinder 31 Drosseleinrichtung
7 Kolbenstange 32 Drosseleinrichtung
8 Gelenk 33 Drosseleinrichtung
9 unterer Federzylinderraum 34 Drosseleinrichtung
10 Kolben 35 Drosseleinrichtung
11 oberer Federzylinderraum 36 Ventil
12 oberer Federzylinderraum 37 Pumpe
13 Rohrleitung 38 Schaltventil
14 Schaltventil 39 Schaltventil
15 Steuerventil 40 Schaltventil
16 Druckspeicher 41 Schaltventil
17 Dämpfungsventil 42 Schaltventil
18 Drosseleinrichtung 43 Druckspeicher
19 Drosseleinrichtung 44 Druckspeicher
20 Pumpe 45 Druckspeicher
21 Stromteilventil 46 unterer Federzylin¬
22 Steuerventil derraum
23 oberer Federzylinderraum 47 unterer Federzylin¬
24 oberer Federzylinderraum derraum
25 Schaltventil 48 unterer Federzylinderraum

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Hydropneumatisches Federungssystem für Kraftfahr- zeuge, mit mindestens einem im wesentlichen aus mindestens einem, obere (11, 12, 23, 24) und untere Federzylinderrau- me (9, 46, 47, 48) aufweisenden hydropneumatischen Federzylinder (3, 4, 5, 6), mindestens einem hydropneumatischen Druckspeicher (16, 43, 44, 45) und mindestens aus einem Dampfungsventil (17, 27, 28, 29) bestehenden hydropneumatischen Abstutzaggregat und einer damit zusammenwirkenden Niveauregulierung, welche in Abhängigkeit von der Hubstellung der Rader Hydraulikmedium aus dem hydropneumatischen Druckspeicher (16, 43, 44, 45) in die hydropneumatischen Federzylinder (3, 4, 5, 6) einleitet bzw. Hydraulikmedium aus den hydropneumatischen Federzylindern (3, 4, 5, 6) in die Druckspeicher (16, 43, 44, 45) abfuhrt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die hydropneumatischen Federzylinder (3, 4, 5, 6) die Funktionen Federung, Niveaure- gulierung und Wankstabilisierung realisieren können.
2. Hydropneumatisches Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die oberen Federzylinderraume (11, 12, 23, 24) zur hydropneumatischen Federung und Niveauregulierung und die unteren Federzylinderraume (9, 46, 47, 48) für die Wankstabilisierung verwendet werden.
3. Hydropneumatisches Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wankstabilisierung durch Absenken der kurveninneren Fahrzeugseite erfolgt .
4. Hydropneumatisches Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dämpfungsventile ( 17, 27, 28, 29 ) steuerbar ausgeführt sind.
5. Hydropneumatisches Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dämpfungscharakteristik der Federzylinder ( 3, 4, 5 ,6 ) achslastabhängig eingestellt werden kann.
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