DE3414257A1 - Vorrichtung zum steuern der federhaerte eines fahrzeugs ii - Google Patents

Vorrichtung zum steuern der federhaerte eines fahrzeugs ii

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Description

34U257
R. 19307
12.it-. 1981t He/Wl
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1
Vorrichtung zum Steuern der Federhärte eines Fahrzeugs Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Steuern der Federhärte eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Strassenfahrzeugs. Eine solche Vorrichtung ist bekannt (DE-PS 16 30 058).
Bei dieser bekannten Vorrichtung sind zwei Arbeits-Kammern eines sogenannten "Stoßdämpfers" oder "Federbeins" über außenliegende Leitungen an eine Einrichtung ange- *"*"**· schlossen, die aus einer Pumpe und zwei Speichern besteht. In den Verbindungsleitungen zu dem Stoßdämpfer sind als Ventile nur einfach wirkende Rückschlagventile vorgesehen. Mit einer solchen Vorrichtung ist aber die Dämpferhärte nicht zu verändern. Zur Veränderung der Federhärte muß von außen - über die Pumpe - Energie zugeführt werden, was verhältnismäßig langsam nur erfolgt und Leistungsbedarf bedeutet.
Desweiteren ist es durch die DE-OS 33 O^ 815 bekannt, mit einer besonderen Steuerung die Dämpferhärte eines Stoßdämpfers zu verändern.
34U257
R. 19307
Das Federungssystem der heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbesondere der Personen-Fahrzeuge, ist bezüglich der Federhärte und der Dämpferhärte auf einen mittleren Betriebsfall optimiert. Die Parameter werden konstruktiv festgelegt und bleiben abgesehen von Alterungserscheinungen im Fahrbetrieb unverändert. Bei extremen Betriebsfällen, z.B. Fahrzeug leer oder Fahrzeug voll beladen, sind solche Fahrzeuge bei weitem nicht optimal gefedert bzw! ist die Federung nicht optimal gedämpft. Diese Betriebsfälle sind vom Optimalen um so weiter entfernt, je größer das Gewichts verhaltnis zwischen leerem und maximal beladenem Fahrzeug ist.
Dazu kommt, daß aus Gründen der Treibstoff-Ersparnis und der Rohstoff-Ökonomie beim Entwurf neuer Fahrzeuge verstärkt eine Leichtbauweise angestrebt wird. Die mögliche Zuladung soll aber darunter nicht leiden. Das heißt, daß in Zukunft das oben genannte Gewichtsverhältnis noch grosser und die Abstimmung von Federhärte und Dämpferhärte zunehmend schwieriger werden.
Vorteile der Erfindung
Die eingangs genannte Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Federhärte und die Dämpferhärte während des Fahrbetriebs kontinuierlich veränderbar sind und den Randbedingungen Beladung, Lastverteilung auf die Achsen, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen längs (Gasgeben oder Bremsen) und quer (Kurvenfahren) und Fahrbahnunebenheiten optimal und automatisch angepaßt werden können.
34U257 ο
- 19307
Desweiteren ist es von Vorteil, daß eine solche adaptive Federungs-Vorrichtung ohne nennenswerte Energiezufuhr von außen arbeiten kann, d.h. die Federungs-Vorrichtung arbeitet passiv und somit sehr schnell, was eine Vorausset- ■ zung ist, z.B. bei der Beeinflussung der Querneigung bei Kurvenfahrt.
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung mit zweistufiger, variabler Steifigkeit, Figur 2 eine Weiterbildung der Bauart nach der Figur 1 mit zwei wählbaren Werten der Steifigkeit und jeweils zugeordneten Dämpfungswerten bei einem Stellwerk und Figur 3 eine Weiterbildung der Bauart nach der Figur 2 mit in den sogenannten Stoßdämpfer integrierten Speichern und zwei festen Dämpfungsdrosseln für den Vorlauf bzw. Rücklauf.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zwischen einer Fahrzeugachse 1 und einem Fahrzeugaufbau 2 ist ein Element 3 angeordnet. Das Element 3 wird in der weiteren Beschreibung "Stoßdämpfer" genannt; es hat jedoch neben der dämpfenden Funktion auch eine tragende Aufgabe. Der Stoßdämpfer 3 hat zwei Arbeits-Kammern 5 und 6, die durch einen Kolben 7 unterteilt sind. Der Kolben 7 wird von einer Kolbenstange 8 getragen, die von der Seite des Kolbens 7 her mit einer Sackbohrung- 9 versehen ist. In diese Sackbohrung 9 ragt ein Sensor 10 hinein, der ein Signal für den Einfederweg abgeben kann. Die Signalabgabe erfolgt über einen Anschluß 11 an eine elektronische Einrichtung 12, die außerdem Sensorsignale über Beschleunigung, Fahrgeschwindigkeit, Lenkeinschlag und dergleichen mehr erhält.
R. 1930'T
Über Leitungen 13, 1h und 13 * sind die beiden Arbeits-Kammern 5 und 6 mit einem hydropneumatisehen Speicher 15 und gegebenenfalls mit einer Pumpe 16 verbunden. Die Pumpe 16 kann entfallen, wenn auf eine Niveauregelung verzichtet wird. Durch eine solche Verbindung mit dem Speicher ist der Stoßdämpfer 3 zu einer hydropneumatischen Feder geworden. An eine mit den Leitungen 13> 1^ und 13' verbundene Leitung Ik1 ist ein zweiter Speicher 15' angeschlossen, der über ein Steuerventil 17 (ein 2/2-Wegeventil) zu- und abschaltbar ist. Über zwei entgegengerichtete Rückschlagventile 18 und 19 und zwei Drosseln 20 und 21 sind die beiden Arbeits-Kammern 5 und 6 des Stoßdämpfers 3 miteinander verbunden. Die Dämpferwirkung de-s Stoßdämpfers 3 ist konstruktiv wählbar, unabhängig von der Verstellung des Steuerventils 17· Schließ lich ist zwischen die beiden Speicher 15 und 15' noch ein Differenzdruck-Sensor 22 eingesetzt.
Wirkungsweise
Die Federhärte und die Dämpferhärte werden in Abhängigkeit von verschiedenen Einflüssen verändert. Diese Einflüsse werden von entsprechenden Sensoren erfaßt und über Sensorsignale an die elektronische Einrichtung 12 übermittelt, so wie auch das Signal von dem Stoßdämpfer-Sensor 10 an die Einrichtung 12 gegeben wird. Durch die Verwendung der Pumpe 16, die nur ein geringes Fördervolumen zu haben braucht, kann das Volumen in den Speichern 15 und 15' vergrößert oder verkleinert werden, um das Niveau des Wagenkastens gegenüber der Achse zu verändern. Durch die Wahl der Drosseln 20 und 21 kann eine gewünschte Unsymmetrie der Dämpfung in beliebiger Größe erzeugt werden. Auf diese Weise sind die Abstimmungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich.
R. 19307
Die Schaltarbeit wird aber mit dem Steuerventil 17 durchgeführt. Durch das Zu- oder Abschalten des zweiten Speichers 151 wird die Federhärte "verändert. Obgleich das Steuerventil 17 sehr schnell schalten kann, sind die Anforderungen an seine Mechanik sehr gering.
Es ist noch zu bemerken, daß die Drosseln 20 und 21 bei Bedarf auch als veränderbare. Drosseln ausgebildet werden können.
Für die Niveauregelung wird die Ruhelage bei jedem beliebigen Beladungszustand ermittelt und in die Elektronik eingegeben. Dies erfolgt durch Integration vom Weg S über einen längeren Zeitraum T. Dabei muß die Zeit T erheblich langer sein als die Periode einer langsamen Achsschwingung, weil sich sonst die hochfrequenten Regelvorgänge und die überlagerte Mxttelwertfindung stören. Sollte dies zu einem Abdriften der Mittellage führen, so ist es auch denkbar, den Weg S bei einer bestimmten Belastung G jeweils vor dem Start des Fahrzeugs bei ruhender Last zu ermitteln und bis zum nächsten Anhalten des Fahrzeugs zu speichern.
Die Funktion der elektronischen Einrichtung 12, d.h. des elektronischen Regelkreises ist im Hinblick auf die praktisch vorkommenden Achsschwingungen ausreichend schnell.
Die Steuerelektronik entscheidet anhand der ihr eingegebenen Sensorsignale, welche der beiden, wählbaren Federhärten (nur Speicher 15 bzw. beide Speicher 15 und 15') dem Betriebszustand besser entspricht und steuert dementsprechend das Steuerventil 17 an.
34U257
-Jf- 'R. 19307
Anwendungsbeispiele
Die Veränderbarkeit der aus Dämpferhärte und Federhärte bestehenden Gesamtcharakteristik der Vorrichtung kann auf verschiedene Weise genutzt werden:
1. Senkung der Federhärte bei niedriger Fahrgeschwindigkeit V (Führungsgröße ist die Geschwindigkeit V).
2. Seitensymmetrische Beeinflussung der Federhärte in Abhängigkeit von der gemessenen Fahrzeug-Querbeschleunigung oder -Querneigung (Wank-Regelung).
3. Vorder- und Hinterachsbeeinflussung in Abhängigkeit
von der Fahrzeug-Verzögerung bzw. -Beschleunigung (Nickregelung) .
h. Beeinflussung in Abhängigkeit vom Beladungszustand (Niveauregelung).
5· Beeinflussung in Abhängigkeit vom Straßenzustand oder von der subjektiv gewünschten Abstimmung der Federung/ Dämpfung, z.B. komfortabel oder sportlich.
Diese Punkte werden durch entsprechende Sensoren ermittelt und als Signale an die elektronische Einrichtung 12 gegeben, die diese Signale zu Stellbefehlen für das Steuerventil 17 umformt.
Die Figur 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie die Figur 1 ; entsprechende Teile tragen deshalb die gleichen Bezugszahlen. Der Kolben 7 des Dämpfers 3 ist so ausgebildet, daß eine Stirnfläche F "etwa" doppelt so groß ist wie eine Ringfläche F1
q 34U257
- # - . R. 19307
Die zwei Dämpfer-Arbeitskammern 5 und 6 sind über ein nur in Einfederungsrichtung wirkendes Rückschlagventil 23 und über eine Leitung 2k miteinander verbunden. Ein zweites Rückschlagventil 25 sitzt in ei-ner Leitung 13 zum ersten Speicher 15 und öffnet zur oberen Arbeitskammer 5 des Stoßdämpfers 3 hin. Das Steuerventil 17 überwacht hier eine Verbindung des ersten Speichers 15 und des zweiten Speichers 15' mit der unteren Arbeitskammer β des' Stoßdämpfers 3· Schließlich sind die beiden Speicher 15 und 15' noch über ein Differenzdrucksensor 22 miteinander verbunden.
An die Leitung 13 kann eine Niveauregeleinrichtung mit einer Pumpe 16 angeschlossen werden.
Wirkungsweise
Beim Einfedern des Stoßdämpfers 3 um den Hub H wird über das Rückschlagventil 23 die Flüssigkeitsmenge F . H in Richtung auf die Arbeitskammer 6 verschoben. Da diese aber nur die halbe Menge aufnehmen kann, muß die andere Hälfte
F . Ξ ■ ·
—r— über das Steuerventil 17 strömen. Beim Ausfedern saugt die Arbeitskammer 5 ihren Bedarf über das Rückschlagventil 25 an, und aus der Arbeitskammer 6 strömt wieder die Menge —I— über das Steuerventil 17 ab. D.h. in beiden Federrichtungen gelangt die gleiche Flüssigkeitsmenge über das Steuerventil 17·
Mit dem einzigen Steuerventil 17 wird sowohl die Federhärte als auch die Dämpferhärte verändert, letztere wird zwischen zwei vorjustierten Dämpfungswerten umgeschaltet und zwar derart, daß vorzugsweise der niedrigeren Federhärte die größere Dämpferhärte zugeordnet ist.
AO
- -rf - R. 19307
"Der Differenzdrucksensor 22 sorgt dafür, daß nur bei Druckgleichheit umgeschaltet wird. Der Umschaltpegel ist bei verschiedenen Betriebszuständen unterschiedlich.
Falls eine Koppelung zwischen mehreren Stoßdämpfern 3 bzw. Federbeinen eines Fahrzeuges zulässig ist, deren Federhärte gleichzeitig umgeschaltet werden darf, ist eine weitere Kostensenkung dadurch möglich, daß die beiden Speicher 15 und 15' das Steuerventil 17 und der Differenzdrucksensor 22 für die gesamte Vorrichtung nur einmal vorhanden sind. Die weiteren Stoßdämpfer bzw. Federbeine werden an die gleiche Stelle der Leitung 13 angeschlossen, wie die Pumpe 16. Dabei wären an jedem Stoßdämpfer bzw. Federbein fest eingestellte Dämpfungsdrosseln vorzusehen, und das Steuerventil 17 hätte dann nur noch eine Auf-Zu-Funktion für den Speicher 15'.
Die Figur 3 zeigt, daß es auch möglich ist, die beiden Speicher 15 und 15' der Ausführung nach der Figur 2 koaxial zu der Achse des Stoßdämpfers 3 vorzusehen. Dabei sind die Speicher-Trennmembranen als Rollmembranen ausgebildet, und die Lufträume liegen jeweils über den Flü'ssigkeitsräumen. Zusätzlich zu der Bauart nach der Figur 2 sind hier zwei fest eingestellte Dämpfungsdrosseln 26 und 27 verwendet - im übrigen tragen entsprechende Teile wieder die gleichen Bezugszahlen wie in der Figur 1.
Das Rückschlagventil 25 sitzt an der gleichen Stelle wie in der Figur 2, das Rückschlagventil 23 dagegen ist in den Dämpferkolben eingesetzt. Das Steuerventil 17 hat zusätzlich eine Stellschraube 28, mit der die Dämpfung bei offenem Steuerventil 17 veränderbar ist, beispielsweise um die Dämpfung bei niedriger Federhärte zu erhöhen.
34U257 M
-J? - R. 19307
Im ü/brigen entspricht die Wirkungsweise dieser Bauart weitgehend der nach der Figur 2.
- Leerseite -

Claims (11)

  1. R, 19307
    12.U.198U He/Wl
    ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    V 1.JVorrichtung zum Steuern der Federhärte eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Straßenfahrzeugs mit einem hydraulischen Steuerventil, das eine Verbindung zweier Arbeits-Kammern eines hydraulischen Tragelements überwacht, wobei das Tragelement durch Verbindung mit zwei hydropneumatischen Speichern und ggf. einer Pumpe zu einer hydro-pneumatischen Feder mit Niveauregelung ergänzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer (15') der beiden Speicher (15, 15') wahlweise zu- oder abschaltbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- oder Abschaltung mit einem 2/2-Wege-Steuerventil (17) durchgeführt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) ein Magnetventil ist.
  4. k. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) ein vorzugsweise mit Lagerückführung (27) arbeitendes Schieberventil ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) ein kontinuierlich arbeitendes Ventil ist.
    - 2 - R. 193OT
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale für das Steuerventil (17) durch eine elektronische Einrichtung (12) ermittelbar sind, deren Eingangssignale durch am Fahrzeug angebrachte Sensoren (10) für Federung, Beschleunigung, Fahrgeschwindigkeit oder dergleichen erzeugbar sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Steuerventil (17) ein Differenzdruck-Sensor (22) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Signal von dem Differenzdruck-Sensor (22) Eingangssignal für die elektronische Einrichtung (12) ist.
  9. 9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speicher (159 15') koaxial um das Tragelement herum angeordnet sind (Figur 3).
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17,) so ausgebildet ist, daß es im offenen Zustand einen Dämpfungsquerschnitt wählbarer Größe aufweist (Figur 3).
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) eine kontinuierläich arbeitende Drossel darstellt und daß der zweite Speicher (15') über diese Drossel an den ersten Speicher (15) ankoppelbar ist (Figur 2).
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