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Die Erfindung betrifft ein aktives Fahrwerksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern aufweisenden Personenkraftwagens, wobei jedes Fahrzeug-Rad über ein Federelement und eine als Dämpfer und als hydraulischer Aktuator wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist. Die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit dient zur Einleitung einer zusätzlichen Kraft zwischen Rad und Aufbau, wobei den im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit beidseitig des Kolbens vorgesehenen Arbeitskammern des Aktuators, deren Querschnittsflächen sich voneinander unterscheiden, jeweils eine Hydraulik-Versorgungsleitung zugeordnet ist, über die die jeweilige Arbeitskammer mit von einer Förderpumpe bereitgestelltem Hydraulikdruck versorgt wird. Dabei sind die Arbeitskammern zweier Aktuatoren einer Fahrzeugachse, mit der jeweils kleineren Querschnittsfläche, hydraulisch direkt miteinander verbunden und für die Betriebsart Wankregelung kommt ein Richtungsventil zum Einsatz.
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Ein aktives Fahrwerksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeichnet sich grundsätzlich durch viele Freiheiten aus, was die Regelbarkeit, insbesondere aber auch die Positionierung des Fzg.-Aufbaus gegenüber den Fahrzeug-Rädern betrifft. Wie in der genannten, deutschen Patentanmeldung
DE 101 11 551 A1 angegeben ist, kann dabei sowohl eine an sich bekannte sog. Wankstabilisierung als auch eine Niveauregulierung des Fzg.-Aufbaus umgesetzt werden. Dabei ist es energetisch vorteilhaft, wenn jedem Aktuator ein Federelement parallel geschaltet ist.
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Den nächstliegenden Stand der Technik bildet die
DE 102 16 132 A1 . Sie offenbart ein aktives Fahrwerksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern aufweisenden Personenkraftwagens, wobei jedes Fahrzeug-Rad über ein Federelement und eine als Dämpfer und als hydraulischer Aktuator wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist und den im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit beidseitig des Kolbens vorgesehenen Arbeitskammern jedes Aktuators, deren Querschnittsflächen sich voneinander unterscheiden, jeweils eine Hydraulik-Versorgungsleitung zugeordnet ist, über die die jeweilige Arbeitskammer mit von einer Förderpumpe bereitgestelltem Hydraulikdruck versorgt wird, wobei die Arbeitskammern zweier Aktuatoren einer Fahrzeugachse, mit der jeweils kleineren Querschnittsfläche, hydraulisch direkt miteinander verbunden sind und für die Betriebsart Wankregelung ein Richtungsventil zum Einsatz kommt.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2004 037 975 A1 ein Regelventil, das mit einer Druckrückführung zur Betätigung des Ventilkolbens ausgestattet ist und dadurch für die Druckregelung eines hydraulischen Aktuators zur Wankstabilisierung einsetzbar ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein aktives Fahrwerksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, das bei verbesserter Funktion einfacher aufgebaut und preiswerter herzustellen ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nach der Erfindung ist ein aktives Fahrwerksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern aufweisenden Personenkraftwagens, wobei jedes Fahrzeug-Rad über ein Federelement und eine als Dämpfer und als hydraulischer Aktuator wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist und den im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit beidseitig des Kolbens vorgesehenen Arbeitskammern jedes Aktuators, deren Querschnittsflächen sich voneinander unterscheiden, jeweils eine Hydraulik-Versorgungsleitung zugeordnet ist, über die die jeweilige Arbeitskammer mit von einer Förderpumpe bereitgestelltem Hydraulikdruck versorgt wird, wobei die Arbeitskammern zweier Aktuatoren einer Fahrzeugachse, mit der jeweils kleineren Querschnittsfläche, hydraulisch direkt miteinander verbunden sind und für die Betriebsart Wankregelung ein Richtungsventil zum Einsatz kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Richtungsventil ein druckvorgesteuertes Wegeventil ist, dessen Steuerdruck parallel zu einer steuerbaren Drossel abgegriffen wird, die hydraulisch zwischen die beiden Arbeitskammern mit der größeren Querschnittsfläche der beiden Aktuatoren einer Fahrzeugachse geschaltet ist und mittels derer ein von der Drehrichtung und/oder von der Förderleistung der Förderpumpe abhängiger Druckabfall zwischen den Arbeitskammern einstellbar ist, wobei das aktive Fahrwerksystem für jede Achse jeweils einen ersten Ventilblock umfasst und ein einziger zweiter Ventilblock vorgesehen ist, der pro Achse je ein Umschaltventil und je eine Förderpumpe umfasst und dass der Antrieb aller Förderpumpen durch einen einzigen Antriebsmotor erfolgt.
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Ein solches aktives Fahrwerksystem für beide Achsen, zum Beispiel eines Personenkraftwagens, ist bei verbesserter Funktion einfacher aufgebaut und preiswerter herzustellen. Es erlaubt vorteilhafterweise sowohl Wankregelung als auch Niveauregelung und Dämpfung von Hubschwingungen mit wenigen Bauelementen in einer einfach aufgebauten hydraulischen Verschaltung. Die steuerbare Drossel ist in zwei Richtungen durchströmbar, was gegenüber dem Stand der Technik bewirkt, dass die Förderpumpe, wenn keine Querbeschleunigungen vorliegen, zum Beispiel bei Geradeausfahrt, auch abgeschaltet werden kann. Die steuerbare Drossel besitzt bei degressiver Kennung ein gutes Störverhalten, weil Druckschwankungen gering gehalten werden. Außerdem kann bei guter Auslegung des Kennfeldes und Regelung der Drossel der Betriebspunkt der Förderpumpe immer bei Nennleistung gehalten werden. Im Fall eines Ausfalls des Systems, unbestromt, ist vorteilhafterweise die Vorderachse hart und die Hinterachse weich abgestimmt. Das druckvorgesteuerte Richtungsventil besitzt vorteilhafterweise ein gutes Ansprechverhalten. Durch Druckvorsteuerung wird bewirkt, dass kein regelungstechnischer Aufwand erforderlich ist, um das Richtungsventil zu schalten. Die Stellung des Richtungsventils wird bestimmt durch den Druckabfall an der steuerbaren Drossel. Dieser ist abhängig von von der Drehrichtung der und vom Volumenstrom durch die Förderpumpe. Außerdem vom Widerstand der steuerbaren Drossel und dem Volumenstrom, der durch Wanken induziert wird.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Richtungsventil zur Wankregelung in eine seiner beiden Endstellungen schaltet, während es in seiner Mittelstellung, durch eine zwischen den vier Arbeitskammern der Aktuatoren einer Fahrzeugachse druckausgleichende H-Schaltung, freies Ein- und Ausfedern der einzelnen Räder gewährleistet. Dabei ist von Vorteil, wenn das Richtungsventil ein, insbesondere endlagengedämpftes, 4/3-Wegeventil ist.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe das Hydraulikmedium für die Betriebsart Niveauregelung aus einem Tank entnimmt oder für die Betriebsarten Wankdämpfung und Dämpfung von Hubschwingungen im geschlossenen Kreislauf arbeitet, der über ein Ausgleichsvolumen verfügt, wobei ein 3/2-Wegeventil als Umschaltventil zwischen geschlossenem Kreislauf und Tankentnahme parallel zur steuerbaren Drossel und in Reihe zur Förderpumpe in den Hydraulikkreislauf geschaltet ist.
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Es wurde erkannt, dass das gesamte Hydrauliksystem für eine zusammenhängende Betriebsdauer sozusagen „vorgespannt” werden kann, indem eine Hydraulikleitung, die quasi als Rücklaufleitung bezüglich der mit einem niedrigeren Hydraulikdruck beaufschlagten Arbeitskammer eines Aktuators fungiert, mit der Saugseite der Förderpumpe verbunden wird. Damit wird der Förderpumpe saugseitig das Hydraulikmedium bereits mit einem gewissen Druckniveau (und nicht mehr drucklos wie aus einem Tank) zur Verfügung gestellt, so dass der Differenzdruck, den die Förderpumpe zur Bereitstellung eines gewünschten Maximaldrucks erzeugen muss, reduziert ist.
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Eine ausreichende Dichtheit des Hydrauliksystems vorausgesetzt erfolgt bei einer soweit beschriebenen hydraulischen Schaltung ein Rücklauf von Hydraulikmedium in einen Hydraulik-Tank praktisch nur dann, wenn der Fahrzeug-Aufbau abgesenkt, d. h. dessen Höhenstand oder Niveau erniedrigt werden soll, oder wenn die Beladung des Fzg.-Aufbaus reduziert wird. Von besonderen Rand- oder Betriebsbedingungen abgesehen, muss – eine ausreichende Dichtheit des gesamten Systems vorausgesetzt – die Förderpumpe lediglich bei einer Erhöhung der Beladung des Fahrzeugs soviel Hydraulikmedium (zusätzlich) aus einem bzw. dem genannten Tank in den Hydraulikkreis des aktiven Fahrwerksystems fördern, bis das gewünschte Höhenstands-Niveau des Fzg.-Aufbaus gegenüber den Fzg.-Rädern erreicht ist und dabei für einen ausreichend hohen Hydraulikdruck im System sorgen. Daraufhin kann das in Reihe mit der Förderpumpe vorgesehene 3/2-Wege-Umschaltventil umgeschaltet werden, wonach die Förderpumpe in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf arbeitet, abgekoppelt von Hydrauliktank.
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Weiterhin kann im aktiven Fahrwerksystem ein Ausgleichsvolumen auch als Druckspeicher vorgesehen sein, und zwar unter anderem zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen im hydraulischen System. Wenn dann, je nach Stellung des Richtungsventils bei der Wankregelung, zumindest jeweils eine der die größere Querschnittsfläche aufweisenden Arbeitskammern der Aktuatoren mit dem mit einem gewissen Minimaldruck beaufschlagten Druckspeicher verbunden sind, so können Kavitationserscheinungen in den Aktuator-Arbeitskammern für alle relevanten Anregungsformen verhindert werden. Bevorzugt bezieht der Druckspeicher dabei das Hydraulikmedium vom (Verstell)Drossel-Ausgang der Niederdruckseite, da das hier vorliegende Druckniveau bei einem erfindungsgemäß vorgespanntem Hydrauliksystem, d. h. wenn der (Verstell)Drossel-Ausgang der Niederdruckseite mit der Saugseite der Förderpumpe (und nicht mit dem Tank für das Hydraulikmedium) verbunden ist, von ausreichender Höhe ist.
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Ein derartiges Ausgleichsvolumen hat jedoch noch weitere Vorteile, für bspw. einen Personenkraftwagen mit zwei, jeweils zwei Räder aufweisenden Achsen. Zum einen lässt sich damit das gesamte Hydrauliksystem deutlich verbessert „vorspannen”, so dass die Förderpumpe danach lediglich zur Durchführung einer Wankstabilisierung einen ausreichenden hydraulischen Druck bereitstellen muss. Ferner kann das Ausgleichsvolumen bei beidseitigem Einfedern des Fzg.-Aufbaus als Zwischenpuffer fungieren, so dass durchaus – falls gewünscht – eine relativ weiche Hubfederrate erzielt werden kann. Schließlich ist ein solches Ausgleichsvolumen auch zur Erzielung einer im Wesentlichen konstanten Schwingungs-Eigenfrequenz des Fzg.-Aufbaus – und zwar unabhängig von unterschiedlicher Beladung und somit variierendem Aufbau-Gewicht – hilfreich. Es kann insbesondere unter Zuhilfenahme eines Druckspeichers ein sog. Minimaldruck im Hydrauliksystem und somit auch im Druckspeicher derart eingestellt werden, dass die Schwingungs-Eigenfrequenz des Fahrzeug-Aufbaus im Wesentlichen unabhängig vom jeweiligen Aufbau-Gewicht ist.
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Deshalb sieht eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung vor, dass das Ausgleichsvolumen als Druckspeicher ausgebildet ist und der Minimaldruck im Druckspeicher derart eingestellt wird, dass die Schwingungs-Eigenfrequenz des Fahrzeug-Aufbaus bei unterschiedlichem Aufbau-Gewicht, insbesondere aus einer unterschiedlichen Beladung des Aufbaus resultierend, im wesentlichen unverändert ist.
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Für beidseitiges Einfedern ist eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Richtungsventil und Hydraulik-Versorgungsleitung der Arbeitskammern der Aktuatoren mit der jeweils kleineren Querschnittsfläche beziehungsweise Ausgleichsvolumen ein 4/2-Wegeventil als Hubventil in Reihe geschaltet ist, das die Dämpfung von Hubschwingungen unterstützt und zu dessen Durchgang zur Hydraulik-Versorgungsleitung der Arbeitskammern ein zum Richtungsventil sperrendes Rückschlagventil parallel geschaltet ist, und zu dessen Durchgang zum Ausgleichsvolumen ein zu diesem hin sperrendes weiteres Rückschlagventil parallel geschaltet ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass jede Arbeitskammer jedes Aktuators an ihre jeweilige Hydraulik-Versorgungsleitung in Reihe über eine Drossel oder Verstelldrossel angeschlossen ist, wobei diese parallel durch ein in Richtung Versorgungsleitung sperrendes Rückschlagventil überbrückt ist.
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Damit können Kavitationserscheinungen, insbesondere in den stets mit höherem Hydraulikdruck beaufschlagten Arbeitskammern, die eine kleinere Querschnittsfläche als die anderen Aktuator-Arbeitskammern besitzen, auch bei extremen Kolbenbewegungen (d. h. bei hohen „Ein- bzw. Ausfedergeschwindigkeiten” des aktiven Fahrwerksystems) vermieden werden. Dies steigert die Funktionssicherheit bzw. Zuverlässigkeit sowie den spürbaren Fahrkomfort des aktiven hydraulischen Fahrwerk-Systems.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass mindestens das Richtungsventil und die steuerbare Drossel zu dem ersten gemeinsamen Ventilblock zusammengefasst sind. Außerdem kann dieser Ventilblock bei Bedarf noch das Hubventil mit seinen Rückschlagventilen enthalten. Der zweite Ventilblock kann dann vorteilhafterweise mindestens das Umschaltventil, die Förderpumpe und deren Antrieb zusammenfassen.
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Wenn dann Durchflusskanäle und Steuerkanten des Richtungsventils so gestaltet und zueinander positioniert sind, dass die geöffnete Durchflussfläche zumindest am Ventileingang konstant ist, hat das weiterhin den Vorteil, dass das Betätigen des Richtungsventils den Fahrkomfort nicht beeinflusst, da der Gesamtströmungsquerschnitt unabhängig von der Stellung konstant bleibt, während die Endlagendämpfung des Richtungsventils für bessere Akustik sorgt.
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Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dabei werden in den Figuren für gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet. Es zeigen:
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1: eine schematische Prinzipskizze mit Hydraulikschaltplan eines erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerksystems eines Fahrzeugs für eine Fahrzeugachse,
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2: eine schematische Prinzipskizze mit Hydraulikschaltplan eines weiteren erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerksystems eines Fahrzeugs für zwei Fahrzeugachsen und
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3: eine Prinzipskizze eines vereinfacht dargestellten Richtungsventils für ein aktives Fahrwerksystems eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung.
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Dem linken (nicht dargestellten) Rad einer (nicht dargestellten) Fahrzeugachse und dem rechten (ebenfalls nicht dargestellten) Rad dieser Fzg.-Achse ist jeweils ein Aktuator 1 bzw. 1' zugeordnet, der gleichzeitig als Dämpfer wirkt. Jedem Aktuator 1, 1' parallel geschaltet ist ein herkömmliches Federelement 2, 2', so dass sich jedes Fahrzeug-Rad über dieses Federelement sowie den zugehörigen Aktuator 1 bzw. 1' am (lediglich symbolisch dargestellten) Fahrzeug-Aufbau 16 abstützt.
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Im wesentlichen besteht jeder Aktuator 1, 1' aus einem Hydraulik-Zylinder 1a sowie einem darin im wesentlichen in Vertikalrichtung (bezogen auf den Einbauzustand im Fahrzeug) längsverschiebbar geführten Kolben 1b, dessen Kolbenstange 1c mit dem Fzg.-Rad bzw. einem Rad-Führungsglied verbunden ist, während der Fzg.-Aufbau 16 am Aktuator-Zylinder 1a befestigt ist. (Dabei ist auch ein umgekehrter Einbau des Aktuators möglich). Jeder Aktuator 1, 1' besitzt somit zwei Arbeitskammern 1d, 1e, wobei hier die oberhalb des Kolbens 1b liegende Arbeitskammer 1d dem jeweiligen Fzg.-Rad des Fahrzeugs, und die unterhalb des Kolbens 1b liegende Arbeitskammer 1e dem Aufbau 16 zugewandt ist. Aufgrund der Kolbenstange 1c besitzt die hier obere Aktuatorkammer 1d eine geringere Querschnittsfläche als die jeweils andere, hier untere Aktuatorkammer 1e. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Größenverhältnis der genannten Querschnittsflächen der Aktuatorkammern 1d und 1e in der Größenordnung von 1:2 liegt.
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Jeder Aktuator-Arbeitskammer 1d, 1e jedes Aktuators 1, 1 ist eine eigene Hydraulik-Versorgungsleitung zugeordnet, wobei diese Versorgungsleitungen, über die selbstverständlich nicht nur eine Zufuhr von Hydraulikmedium zu den Arbeitskammern, sondern auch eine Ableitung von Hydraulikmedium aus diesen erfolgen kann, grundsätzlich keine Bezugsziffern tragen, sondern im weiteren durch ihre endseitigen Anschluss-Stellen bezeichnet werden. Im übrigen kann es auch ausreichend sein, wenn über die Versorgungsleitungen ein gewisser zusätzlicher Druck in die betreffende Aktuator-Arbeitskammer eingeleitet wird, da bereits hierdurch der Aktuator eine zusätzliche Kraft zwischen den Aufbau 16 und das jeweilige Fzg.-Rad einleiten kann, so dass hiermit insbesondere ein Wankmoment in den Fzg.-Aufbau eingeleitet werden und somit einer Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus entgegengewirkt werden kann. Hierzu erfolgt über einen Aktuator 1 bzw. 1' geeignet gesteuert eine geeignete Krafteinleitung in das Fahrwerksystem, wobei sich der Fzg.-Aufbau 16 und somit auch der jeweilige Aktuator-Kolben 1b praktisch nicht bewegt, jedenfalls unter Voraussetzung einer ebenen Fahrbahn ohne Fahrbahn-Anregungen durch Unebenheiten.
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Vorhanden ist eine hydraulische Versorgungsanordnung 11 zur Versorgung der Akuator-Arbeitskammern 1d, 1e der Aktuatoren 1, 1' mit Hydraulikmedium in der jeweils gewünschten Weise, derart, dass eine Niveauregulierung und/oder eine Wankstabilisierung und/oder eine Hubregelung des Fahrzeug-Aufbaus 16 umgesetzt werden kann. Bestandteile dieser hydraulischen Versorgungsanordnung 11 sind neben Hydraulik-Versorgungsleitungen mehrere später noch erläuterte Ventile 6, 9, 10. Weiterhin ist der hydraulischen Versorgungsanordnung 11 ein Tank 4 für das Hydraulikmedium vorgelagert, aus welchem eine bspw. vom Fahrzeug-Antriebsmotor oder (bevorzugt) von einem regelbaren Elektromotor (hier mit dem Buchstaben E mit Regelpfeil bezeichnet) angetriebene Pumpe 5 Hydraulikmedium in das Hydrauliksystem fördert.
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Wie ersichtlich, werden alle Aktuator-Arbeitskammern 1d, 1e der beiden Aktuatoren 1, 1' praktisch direkt von der Pumpe 5 mit Hydraulikmedium versorgt, wenn sich ein in der hydraulischen Versorgungsanordnung 11 vorgesehenes Richtungsventil 9 in der figürlich dargestellten Mittelposition, einer H-Schaltung, befindet, die freies Ein- und Ausfedern der einzelnen Räder gewährleistet. Hingegen sind in jeder anderen Position des Richtungsventils 9 die hydraulischen Versorgungsleitungen zu den Aktuator-Arbeitskammern 1d, 1e so verschaltet, dass Wankdämpfung stattfindet. Das Richtungsventil 9 ist ein druckvorgesteuertes 4/3-Wegeventil und besitzt, wie bereits erwähnt, in seiner Mittelstellung, eine zwischen den vier Arbeitskammern 1d, 1e der Aktuatoren 1, 1' einer Fahrzeugachse druckausgleichende H-Schaltung, die freies Ein- und Ausfedern der einzelnen Räder gewährleistet. Zur Wankdämpfung schaltet das Richtungsventil 9 endlagengedämpft in eine seiner beiden Endstellungen, automatisch ausgelöst durch den Druckabfall des durch die Förderpumpe 5 bereitgestellten Volumenstroms an der steuerbaren Drossel 6, also aktiv über die Drehrichtung der Förderpumpe 5 geschaltet.
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Je nach Schaltposition des Richtungsventils 9 wird in der Betriebsart Wankregelung jeweils eine Aktuatorkammer 1e der Aktuatoren 1, 1' mit einem Ausgleichsvolumen 21 verbunden, während die andere Aktuatorkammer 1e dann mit den beiden anderen Aktuatorkammern 1d der Aktuatoren 1, 1' verbunden ist und umgekehrt. Dabei ist das Ausgleichsvolumen 21 als Druckspeicher ausgebildet und der Minimaldruck im Druckspeicher wird derart eingestellt, dass die Schwingungs-Eigenfrequenz des Fahrzeug-Aufbaus 16 bei unterschiedlichem Aufbau-Gewicht, insbesondere aus einer unterschiedlichen Beladung des Aufbaus 16 resultierend, im wesentlichen unverändert ist.
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Der Steuerdruck des Richtungsventils 9 wird parallel zur steuerbaren Drossel 6 abgegriffen, die hydraulisch zwischen die beiden Arbeitskammern 1e mit der größeren Querschnittsfläche der beiden Aktuatoren 1, 1' einer Fahrzeugachse geschaltet ist und mittels derer ein von der Drehrichtung der Förderpumpe 5 abhängiger Druckabfall zwischen den Arbeitskammern 1d, 1e einstellbar ist. Die steuerbare Drossel 6, die bspw. als Verstelldrosssel ausgebildet sein kann, ist gezielt ansteuerbar, wozu auch Drucksensoren 18 (2) an die hydraulische Versorgungsanordnung 11 angeschlossen sind. Deren Signale verarbeitend kann auch der die Pumpe 5 antreibende Elektro-Motor E geeignet angesteuert werden. Hierzu ist eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit vorgesehen. Grundsätzlich kann es sich bei der hier verwendeten, jedoch in dieser Art nicht zwingend erforderlichen hydraulischen Versorgungsanordnung 11 mit den soeben genannten Ventilen um einen sog. Ventilblock handeln.
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Mit den Buchstaben A, B, L, R sind Abgriffstellen der hydraulischen Versorgungsanordnung 11 bezeichnet, wobei an den Abgriffstellen L und R in der Betriebsart Wankregelung, je nach Stellung des Richtungsventils 9, abwechselnd entweder der Pumpen-Druck P oder der des Ausgleichsvolumens 21 anliegt, während die hydraulisch miteinander verbundenen Arbeitskammern 1d der beiden Aktuatoren 1, 1' von der Abgriffstelle A aus immer mit Pumpen-Druck P versorgt werden. An der Abgriffstelle L der Versorgungsanordnung 11 wird der an die untere Arbeitskammer 1e des linken Aktuators 1 angelegte Hydraulikdruck abgegriffen, während an der Abgriffsstelle R der hydraulischen Versorgungsanordnung 11 der an die untere Arbeitskammer 1e des rechten Aktuators 1' weitergegebene Hydraulikdruck anliegt. Beide Abgriffstellen R, L sind mit der Förderpumpe 5 so verbunden, dass sie, jeweils alternativ, je nach Drehrichtung der Förderpumpe 5, am Förderpumpeneingang oder am Förderpumpenausgang angeschlossen sind.
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Was die Versorgung der Pumpe 5 mit Hydraulikmedium betrifft, so ist in Reihe mit der Pumpe 5 ein Schaltventil 22 vorgesehen, mittels dessen die Pumpe 5 wahlweise entweder mit dem Tank 4 für das Hydraulikmedium verbunden werden kann oder der Hydraulikkreislauf geschlossen werden kann.
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Dadurch kann das Schaltventil 22 in Reihe mit der Pumpe 5 der gesamte hydraulische Druckkreis quasi „vorgespannt” werden. In der nicht gezeigten Stellung des Schaltventils 22 wird die Pumpe 5 durch die sog. Niveaufunktion (allein oder aber auch durch die Niveaufunktion in Verbindung mit einer Wankstabilisierungsfunktion) beansprucht, wobei die Pumpe 5, zum Ausgleich der herauszuschiebenden Stangenvolumina der Kolbenstangen 1c, solange eine diesen Stangenvolumina entsprechende Menge Hydraulikmedium in die unteren Arbeitskammern 1e der Aktuatoren 1, 1' fördert, bis der Fzg.-Aufbau 16 gegenüber den zugeordneten Fzg.-Rädern einen gewünschten Höhenstand (bzw. zusätzlich ein gewünschtes Wankstabilisierungsmoment) erreicht hat. Nimmt hingegen das Schaltventil 22 die figürlich dargestellte Position ein, so wird die Pumpe 5 lediglich durch eine Wankstabilisierung belastet und muss folglich nur einen erforderlichen Wankstabilisierungsdruck aufbringen. Zur Wankstablilisierungsfunktion muss nämlich – wie weiter oben bereits erläutert wurde – praktisch kein zusätzliches Hydraulikmedium in die Arbeitskammern der Aktuatoren geleitet werden, sondern es wird (bevorzugt) nur der Druck in den oberen Arbeitskammern 1d der beiden Aktuatoren 1, 1' geeignet erhöht und fallweise, je nach gewünschter Wankmomentenrichtung, der Druck in der unteren Arbeitskammer 1e eines der beiden Aktuatoren 1 oder 1' geeignet erhöht. Zur Ausführung dieser Funktion muss jedoch kein zusätzliches Hydraulikmedium aus dem Tank 4 in den Hydraulik-Schaltkreis gefördert werden, sondern dann kann das Ausgleichsvolumen 21 mit dem Ausgang der steuerbaren Drossel 6 verbunden werden, wo ein gewisser Niveaudruck oder sog. Minimaldruck vorliegt. Wenn sich das Schaltventil 22 in der dargestellten Position befindet, liegt – wie bereits erläutert wurde – nämlich quasi ein vorgespannter hydraulischer Druckkreis vor, der sich – wie ebenfalls bereits erläutert wurde – u. a. durch energetische Vorteile auszeichnet.
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Vorteilhaft ist ein solcher vorgespannter hydraulischer Druckkreis aber auch im Hinblick auf das Verhindern von Kavitationserscheinungen, was insbesondere durch das Ausgleichsvolumen 21 als zusätzlichen Druckspeicher noch weiter verbessert wird. Ein solcher mit einem gewissen Minimaldruck belasteter Druckspeicher ist an die Abgriffstelle B der hydraulischen Versorgungseinrichtung 11 angeschlossen.
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Im weiteren wird auf die an den bzw. nahe der Aktuatoren 1, 1' vorgesehenen Ventile eingegangen. So ist in jeder Hydraulik-Versorgungsleitung nahe der jeweiligen Aktuator-Arbeitskammer 1d, 1e (vorzugsweise an der Wand des Aktuator-Zylinders 1a angebracht) ein passives oder alternativ ein regelbares als Drossel bzw. Verstelldrossel gezeichnetes Dämpferventil 2a bzw. 2b in Reihe zur Aktuator-Arbeitskammer 1d, 1e angeordnet, wodurch der Aktuator 1 äußerst wirkungsvoll gleichzeitig als Dämpfer wirken kann. Die gewünschte Dämpferwirkung wird dann insbesondere durch das Durchströmen von Hydraulikmedium durch diese Dämpferventile 2a, 2b erzeugt. Dabei können die Dämpferventile 2a, 2b durchaus unterschiedliche Dämpfungseigenschaften in Abhängigkeit von der Durchströmrichtung des Hydraulikmediums aufweisen. Mit passiven Dämpferventilen ist im übrigen eine im wesentlichen konstante Dämpferrate erzielbar, während mit (elektronisch) regelbaren Dämpferventilen gezielt eine jeweils gewünschte Dämpferrate einstellbar ist. Dann liegen praktisch keine Restriktionen vor, so dass jede gewünschte Dämpfungscharakteristik eingeregelt werden kann.
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An dieser Stelle sei bereits auf die besondere Verschaltung dieser Dämpferventile 2a, 2b auch in Verbindung mit den Rückschlagventilen 3a sowie den diese Rückschlagventile 3a enthaltenden Leitungen verwiesen. Mit dieser vorgeschlagenen Verschaltung, wodurch die Dämpferventile 2a, 2b jeweils parallel durch ein in Richtung Versorgungsleitung sperrendes Rückschlagventil 3a überbrückt sind, sind nämlich hinsichtlich der Dämpfer-Funktion der Aktuatoren 1, 1' die sog. Zugstufe und die Druckstufe des Dämpfers unabhängig voneinander auslegbar und regelbar.
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Es hat sich gezeigt, dass dann, wenn die aktive Zufuhr von Hydraulikmedium in eine Aktuator-Arbeitskammer 1d bzw. 1e stark gedrosselt wird und wenn gleichzeitig der in dieser Arbeitskammer herrschende Hydraulikdruck relativ niedrig ist, das sich in der jeweiligen Arbeitskammer befindende Hydraulikmedium unter Einwirkung der schnell fluktuierenden Anregungen aus den Fahrbahn-Unebenheiten leicht zur verschäumen und kavitieren beginnt. Die Folge hiervon könnte ein unsolides Hydraulikmedium in der (den) Arbeitskammer(n) sein, so dass sich der Aktuator 1 bzw. 1' wie eine weiche Feder verhalten würde. Dies kann zu einer reduzierten Dämpferfunktion des Aktuators führen, so dass dann ein sicherer Kontakt zwischen den Rädern und der Fahrbahn nicht mehr gewährleistet wäre.
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Dies verhindert das Richtungsventil 9, indem es bei einer schnell fluktuierenden Anregung derart schaltet, dass die kavitationsgefährdete Aktuator-Arbeitskammer mit dem Druckspeicher 21 als sog. Minimaldruck-Versorgungsquelle verbunden wird.
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Zur beidseitigen Hubregelung ist zwischen das Richtungsventil 9 und die Hydraulik-Versorgungsleitungen der Arbeitskammern 1d mit der jeweils kleineren Querschnittsfläche beziehungsweise das Ausgleichsvolumen 21 ein 4/2-Wegeventil als Hubventil 10 in Reihe geschaltet, das Hubschwingungen dämpft. Es kann passiv oder geregelt arbeiten. Parallel zu jedem Durchgang dieses Hubventils 10 sind Rückschlagventile 10a, 10b geschaltet und zwar zu dessen Durchgang zur Hydraulik-Versorgungsleitung der Arbeitskammern 1d ein zum Richtungsventil 9 sperrendes Rückschlagventil 10a, und zu dessen Durchgang zum Ausgleichsvolumen 21 ein zu diesem hin sperrendes weiteres Rückschlagventil 10b. Die hydraulische Versorgungsanordnung 11 mit Hubventil 10 und seinen Rückschlagventilen 10a, 10b, mit Richtungsventil 9 und mit der steuerbaren Drossel 6 ist in einem ersten gemeinsamen Ventilblock zusammengefasst, mit den Abgriffstellen A, B, L und R.
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In 2 ist ein Hydraulikschaltplan eines aktiven Fahrwerksystems für zwei Fahrzeugachsen dargestellt. Die einzelnen Baugruppen, die denen in 1 entsprechen, sind mit den selben Bezugsziffern bezeichnet und bei gleicher Funktion nicht mehr separat erläutert. Dazu ist die Beschreibung zu 1 heranzuziehen. Außerdem ist in 2 kein Hubventil 10 gezeigt. Die Funktion des Hubventils 10 wird hier durch eine entsprechende Auslegung der Dämpferventile 2a, 2b und der Hydraulikleitungen übernommen.
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Das aktive Fahrwerksystem von 2 besitzt jeweils zwei Aktuatoren 1, 1' für die Räder der Vorderachse 30 und die der Hinterachse 40. Die der 1 entsprechenden Aktuatoren 1, 1' werden für jede Achse 30, 40 durch jeweils einen ersten Ventilblock 31, 41 zur Wankdämpfung angesteuert, wozu jeder erste Ventilblock 31, 41 ein Richtungsventil 9 und eine steuerbare Drossel 6 entsprechend den Erläuterungen zu 1 enthält. Zur Versorgung der beiden ersten Ventilblöcke 31, 41 mit Druckmedium ist zweiter Ventilblock 51 (strichpunktiert umrandet gezeichnet) vorgesehen, der pro Achse 30, 40 je ein Umschaltventil 22, 22a und je eine Förderpumpe 5, 5a umfasst, wobei der Antrieb beider Förderpumpen 5, 5a durch einen einzigen regelbaren Antriebsmotor E erfolgt. Beide Förderpumpen 5, 5a sind in der Lage, Hydraulikmedium in beide Richtungen zu fördern und sind dazu über die Umschaltventile 22, 22a mit einem gemeinsamen Tank 4 verbindbar. Zwischen die ersten Ventilblöcke 31, 41 und den zweiten Ventilblock 51 ist ein Kühler 52 für das Druckmedium geschaltet. Gestrichelt umrandet gezeichnet ist eine einzige Baueinheit, ein Motor-Pumpen-Aggregat 53, das den zweiten Ventilblock 51, den Tank 4 und den Kühler 52 umfasst.
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Die 3 zeigt eine Prinzipskizze eines vereinfacht dargestellten Richtungsventils 9 für das aktive Fahrwerksystem. In einem Ventilgehäuse 60 ist ein Zentralschieber 61 mit Steuerkanten gegen die Rückstellkraft von Zentrierfedern 62 verschiebbar gelagert. Das Richtungsventil 9 ist ein 4/3-Wegeventil mit fester Endlagedämpfung 63, dessen Steuerdruck parallel zur steuerbaren Drossel 6 (1, 2) abgegriffen wird. Der Zentralschieber 61 ist gegenüber den Durchflusskanälen so dimensioniert und positioniert, dass die Steuerkanten des Zentralschiebers 61 bei dessen Verschiebung die geöffnete Durchflussfläche am Ventileingang, den Abgriffstellen L und R, konstant halten. Wie hier ausschnittsweise im gestrichelt gezeichneten Kreis dargestellt, bleibt an der Abgriffstelle R immer ein voller Durchflusskanal-Kreisquerschnitt offen, egal wie der Zentralschieber 61 verschoben wird.
