DE3800246C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Teleskopelement für ein aktives Federungssystem eines Fahrzeugs zur Verbindung der Fahrzeugräder mit dem Stützaufbau des Fahrzeugs.

Teleskopelemente werden bei aktiven Federungssystemen von Fahrzeugen eingesetzt, um die Bodenfreiheit des Fahrzeugs zu verändern, Schrägstellungen des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahnebene auszugleichen bzw. um vorbestimmte Schrägstellwinkel des Fahrzeugs zur Fahrbahnebene zu bewirken, so daß das Fahrverhalten des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Beladung und der Geschwindigkeit insbesondere in Kurven verbessert werden kann.

Aus der EP 01 90 944 ist ein Aufhängungssystem für Fahrzeugräder bekannt, das ein doppelt wirkendes hydraulisches Teleskopelement für ein aktives Federungssystem umfaßt. Bei diesem bekannten Teleskopelement ist der Kolben der aus- und einziehbaren Kolbenstange innerhalb eines äußeren Zylinderrohres verschiebbar, wobei oberhalb und unterhalb des Kolbens zwischen dem äußeren Zylinderrohr und der Kolbenstange jeweils eine Druckkammer ausgebildet ist, deren Volumina durch Zufuhr bzw. Abfuhr von Druckflüssigkeit veränderbar sind. Dieses bekannte Teleskopelement weist jedoch bei vorgegebener Hublänge eine große Gesamtlänge auf, so daß zum Einbau relativ viel Platz benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Teleskopelement für ein aktives Federungselement eines Fahrzeugs zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und eine geringe Baulänge bei vorgegebener Hublänge aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben des hydraulischen Teleskopelements innerhalb eines zwischen konzentrischen inneren und äußeren Zylinderrohren ausgebildeten zylindrischen Raums hin- und herbewegbar ist. Dieser Kolben ist mit einer Kolbenstange verbunden, die sich vom Kolben durch eine am oberen Ende des äußeren Zylinderrohres befestigte Kolbenstangenführung bis zur Verbindung mit dem Stützaufbau des Fahrzeugs erstreckt und relativ zum inneren Zylinderrohr teleskopartig verschiebbar ist. Eine innere Ringdichtung des Kolbens kommt dabei zur Dichtanlage an dem inneren Zylinderrohr und eine äußere Ringdichtung zur Dichtanlage an dem äußeren Zylinderrohr, so daß über dem Kolben eine erste Kammer mit variablem Volumen gebildet ist, mit der ein Hydraulikdurchlaß der Kolbenstange verbunden ist und die bei Zuführung von hydraulischem Druckfluid mittels eines Steuermittels unter Verkürzung des Teleskopelements ausdehnbar ist. Durch die Dichtanlage des Kolbens an dem inneren Zylinderrohr ist eine zweite Kammer mit variablem Volumen ausgebildet, die bei Zuführung von Druckfluid mittels des Steuermittels unter Verlängerung des Teleskopelements ausdehnbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Teleskopelements ist es nicht erforderlich, die Kolbenstange unterhalb des Kolbens fortzuführen, um dort eine Druckkammer auszubilden. Dies ermöglicht es, die Gesamtlänge des Teleskopelements zu verkürzen.

Die wirksame Druckfläche der zweiten Kammer zur Verlängerung des Teleskopelements kann bei geringem Außendurchmesser des Elements relativ groß bemessen werden, so daß nur ein geringer Fluiddruck notwendig ist, um die erforderliche Kraft zum Ausfahren der Kolbenstange zu erzeugen.

Darüber hinaus kann mittels des zugehörigen Steuermittels eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Teleskopelements erreicht werden, so daß die Federbelastung und die Neigung des Fahrzeugs sowie die Dämpfungseigenschaften jeweils den äußeren Bedingungen optimal angepaßt werden können.

Die im wesentlichen konzentrischen Zylinderrohre des Teleskopelements können einen Leistungszylinder bilden, in dem der Kolben mit gleich großen wirksamen Druckflächen zum Aus- und Einfahren der Kolbenstange bewegbar ausgebildet ist, so daß beim Aus- und Einfahren die gleiche Druckkraft wirksam ist. Mit dem erfindungsgemäßen Teleskopelement ist ein weiter Stellbereich und eine unbegrenzte Anzahl von Einstellagen von der vollständig eingefahrenen bis zu der vollständig ausgefahrenen Lage erreichbar.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Teleskopelement mit einem äußeren Stützrohr versehen, das das äußere Zylinderrohr abdichtend umgibt, so daß zwischen dem äußeren Stützrohr und dem äußeren Zylinderrohr eine Luftkammer ausgebildet ist, der über Leitungen Druckluft mit einem vorbestimmten Druck zugeführt werden kann, und wobei ein Mittel zur Veränderung des Luftdrucks vorgesehen ist. Die Luftkammer kann dadurch als Luftfeder wirken, die die statische Last aufnimmt, so daß das hydraulische System des Teleskopelements entsprechend entlastet wird. Es sind damit keine Wendelfedern oder andere mechanische Federmittel erforderlich, um die statische Last aufzunehmen und eine ausreichende Federwirkung auch dann zu ergeben, wenn das Hydrauliksystem derart versagen sollte, daß keine ausreichende aktiv gesteuerte Hebekraft mehr vorhanden ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Ausbildungsvarianten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführung eines hydraulischen Betätigers erfindungsgemäßer Art in durch Antrieb einge­ fahrener Stellung,

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, bei der der hydraulische Betätiger durch Antrieb ausge­ fahren ist, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teiles eines Steuersystems für ein aktives Feder­ system mit erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigern.

In Fig. 1 und 2 ist eine doppelt wirkende aktive Federungseinheit 10 für ein Fahrzeug dargestellt, die als Ersatz für passive übliche Federelemente (beispielsweise die bekannten MacPherson-Federbeine) ausgelegt ist. Die Federungseinheit 10 ist durch die Verwendung einer eingezogenen Zylinderrohranordnung wirksam verkürzt, die aus einem Außenzylinderrohr 12 und einem Innenzylinderrohr 14 besteht, die an ihren unteren Enden durch einen schüsselförmigen Deckel 16 verbunden sind. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, ist an jeder Ecke eines Fahrzeuges eine derartige Federungseinheit 10 angeordnet in Verbindung mit einer zugehörigen Radanordnung 17. Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau ergibt ein wichtiges Merkmal zum Verkürzen der Federungseinheiten 10 zur optimalen Raumausnützung, so daß diese Einheiten ohne weiteres z. B. statt üblicher Federbeine eingesetzt werden können und wahlweise unter Antriebsleistung ausgefahren werden können, um eine koordinierte Fahrzeugbewegung zu erreichen.

Jede Federungseinheit 10 besitzt eine Kolbenanordnung 18, die bezüglich der Zylinderrohre 12 und 14 hin- und herbewegbar angeordnet ist und konzentrische innere und äußere ringförmige Kolbenstangen 22 bzw. 24 besitzt, die an ihren unteren Enden mit einem zylindrischen Kolben 26 verbunden sind. Die konzen­ trischen Kolbenstangen 22 und 24 bestimmen zwischen­ einander einen Öldurchlaß 27 und reichen nach oben durch eine zylindrische Stangenführung 28 zu einem oberen Anschlußblock 30. Die Stangenführung 28 besitzt eine Ringdichtung 31, die gleitend mit der äußeren Kolbenstange 24 abdichtet, wenn diese ein- bzw. ausfährt. Eine auf das obere Ende der Kolbenstange 24 aufgeschraubte Mutter 32 befestigt die Kolbenstangen 22 und 24 am Anschlußblock 30 und an der Fahrzeugkaros­ serie, die hier durch einen Abschnitt eines üblichen Befestigungsarmes 34 dargestellt ist, der zwischen der unteren Fläche 35 des Verbindungsblockes 30 und einer oberen Schulter 36 der äußeren Kolbenstange 24 eingeschlossen ist. Die Fahrzeugkarosserie ist so starr mit dem Kolben der Federungseinheit 10 verbunden und bewegt sich mit diesem.

Der Kolben 26 ist zur Hin- und Herbewegung in einem Zylinderraum zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinderrohr 12 bzw. 14 angebracht und trägt innere und äußere O-Ringdichtungen 40 bzw. 42, um hydraulisch und pneumatisch diesen zylindrischen Raum abzudichten, so daß ausdehn- und zusammenziehbare obere und untere Kammern 44 bzw. 46 gebildet werden. Die obere Kammer 44 ist eine Ölkammer, die mit unter Druck gesetztem Öl von einem Steuersystem 48 aus versorgt wird, das grundsätzlich in Fig. 3 dargestellt ist, und ein eigenes Servoventil 50 für jede Federungseinheit 10 enthält. Drucköl für die Servoventile 50 wird von einer Pumpe 52 über Druckleitungen 56 und 58 zugeführt, wie schematisch in Fig. 3 dargestellt. Aus den Servoven­ tilen 50 abgelassenes Fluid wird über Leitungen 62 zu einem Behälter 64 übertragen. In einem parallelen Kühlkreis fördert die Pumpe 52 Öl aus dem Behälter 64 über Leitungen 66 und 68 über einen Ölkühler, wie schematisch dargestellt.

In einer nach unten verschobenen Lage des Schiebers des Servoventils 50 wird Drucköl von der Druckleitung 56 über einen Durchlaß 59 in eine Ringkammer 70 im Anschlußblock 30 geführt und von dort durch einen Radialdurchlaß 72 im oberen Ende der äußeren Kolben­ stange 24. Deshalb füllt Drucköl den Raum zwischen der äußeren und inneren Kolbenstange 22 bzw. 24 an und füllt durch Öffnungen 74 und 76 den Raum zwischen der äußeren Kolbenstange 24 und dem Zylinderrohr 12. Die obere Kammer 44 ist dementsprechend mit Drucköl gefüllt, das auf den Kolben 26 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Wenn diese Druckkraft eine ausreichende Größe besitzt, dehnt die obere Kammer 44 sich aus, und verkürzt dabei die Federungseinheit. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist die Kammer 44 voll ausgedehnt und die Federungseinheit ist in der teleskopisch zusammengefahrenen Stellung.

Zusätzlich zur Zuführung von Drucköl zu der oberen Kammer 44 kann das Servoventil 50 nach oben verschoben werden, um der inneren Kammer 80 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und der inneren Kolbenstange 22 Drucköl zuzuführen. Wie bei der oberen Kammer 44 wird dieses Drucköl durch das Servoventil 50 über eine Leitung 73 in die Öffnung 75 eingeleitet, die in dieser Form eine Ringkammer im Verbinderblock 30 umfaßt. Dieses Drucköl wird dann durch einen Radialdurchlaß 78 in dem Hals der äußeren Kolbenstange in die innere Kammer 80 eingeführt. Wenn der Druck in der Innenkammer 80 einen vorbestimmten Druckwert übersteigt, wirkt die sich ergebende Kraft in der Innenkammer 80 auf das Ende des inneren Zylinderrohres 14, um so die Innenkammer 80 auf eine vorbestimmte Länge linear zu vergrößern. Fig. 2 zeigt die Innenkammer 80 bei vollständig ausgefahrenem Zustand der Federungseinheit 10. Es ist eine unbestimmte Anzahl von Stellungen zwischen den in Fig. 1 und 2 gezeigten möglich, und diese können durch das Kräftegleichgewicht in der Ausfahr- und Einziehkammer 80 bzw. 44 erzielt werden.

Ein an der Oberseite der äußeren Kolbenstange 24 befestigter länglicher zylindrischer Eisenstab 81 reicht in eine Spule 82, die innerhalb der inneren Kolbenstange 22 befestigt ist und durch eine Wendelfeder 85 in ihrer Stellung gehalten wird. Ein Lastsensor ist wirksam am oberen Ende jeder Kolbenstan­ genanordnung angebracht und mit einer Schaltung 86 verbunden. Der Stab 81 bildet zusammen mit der Spule 82 einen linear veränderbaren Differentialtransformator 83, der ein Verschiebungssignal erzeugt, das über die Schaltung 86 einem Computer 84 zugeleitet wird. Der Computer 84 empfängt, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, fortlaufend Signale, die bezeichnend sind z. B. für die Fahrzeuglast, die Geschwindigkeit, den Querneigungs­ winkel der Straße, die Straßenkrümmung, die Seitenbeschleunigung und Straßenunebenheiten. Diese Signale werden durch den Computer verarbeitet und es wird ein Steuersignal für die Servoventile 50 geschaffen. Die Servoventile 50 werden durch Schrittmotore 90 betätigt. Signale von dem Computer 84 werden über Signalkreise 92, 94, 96, 98 den Schrittmotoren 90 für die jeweiligen Servoventile 50 zugeführt. In Abhängigkeit von den in den Computer eingehenden Eingangssignalen der Schaltungen 86 stellen die Schritt­ motoren dadurch die Servoventile 50 so, daß die doppelt wirkenden Servoventile gestellt werden, um aktiv das Fahrzeug in Kurvenneigungen zu bringen, um eine koordinierte Gleichgewichts-Kurvenlage für einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen zu schaffen, und das Fahrzeug wieder aufzurichten, wenn geradeaus gefahren wird oder wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt.

Eine Dämpfung wird dadurch geschaffen, daß im Servoventil durch die Schiebereinstellung Verengungen vorhanden sind. Unterschiedliche Sensoren und unterschiedliche Steueralgorithmen in der Steuerung können dies bewirken, oder es kann irgendeine theoretisch bestehende andere Steuerart so ausgelegt sein. Damit wird die Steuerung für Quer- und Längsneigung, die Dämpfung und die Federwirksamkeit durch das System synthetisiert.

Die beschriebene bevorzugte Ausführung eines hydrau­ lischen Betätigers erfindungsgemäßer Art ergibt auch eine Luftfederung des Fahrzeuges unter Benutzung eines äußeren Stützrohres 100, das mit dem Deckel 16 verschraubt oder sonst an ihm befestigt ist. Dieses äußere Stützrohr 100 reicht von dem Deckel 16 nach oben bis zu einer nach innen gewendeten luftdich­ ten Verbindung 102 mit der Stangenführung 28. Das Stützrohr 100 hält Abstand von dem äußeren Zylinderrohr 12 zur Bildung eines zylindrischen Raumes 104 zwischen diesen beiden, der mit der unteren Kammer 46 durch einen Radialdurchlaß 106 im unteren Ende des Zylinder­ rohres 14 verbunden ist. Unter Druck stehende Federungsluft wird von einem Steuersystem 108 dem zylindrischen Raum 104 und der unteren Kammer 46 über eine Leitung 110 zugeführt. Der in der unteren Kammer 46 wirkende Druckluft schafft eine Luft-Federkraft für die Federungseinheit. Dieses eingeschlossene Luftvolumen ist getrennt von den Ölvolumina und in seiner Größe so ausgelegt, daß eine Luftfeder durch den sich bewegenden Kolben geschaffen wird, deren Größe etwa der richtigen Belastung und Federrate für das Fahrzeug angemesen ist.

Dadurch wird die Notwendigkeit ausgeschlossen, daß die statische Fahrzeuglast durch den hydraulischen Anteil des Gerätes aufgenommen werden muß, und es wird der Leistungsverbrauch entsprechend reduziert. Es wird auch die Notwendigkeit beseitigt, daß eine die Federungseinheit umgebende Wendelfeder oder ein anderes Federungsglied angebracht werden muß, um diese statischen Lasten aufzunehmen, und es ergibt sich weiter eine Notfederung, falls das Hydrauliksystem beschädigt und außer Betrieb ist.

Claims (4)

1. Hydraulisches Teleskopelement für ein aktives Federungssystem eines Fahrzeugs zur Verbindung eines Fahrzeugrades (17) mit dem Stützaufbau (Befestigungsarm 34) des Fahrzeugs, mit einem Kolben (26), der innerhalb eines zwischen konzentrischen inneren und äußeren Zylinderrohren (14; 12) ausgebildeten zylindrischen Ringraums hin- und herbewegbar und mit einer Kolbenstange (22, 24) verbunden ist, die sich vom Kolben (26) durch eine am oberen Ende des äußeren Zylinderrohres (12) befestigte Kolbenstangenführung (28) bis zur Verbindung mit dem Stützaufbau (34) des Fahrzeugs erstreckt und relativ zum inneren Zylinderrohr (14) teleskopartig verschiebbar ist, wobei der Kolben (26) eine innere Ringdichtung (40) zur Dichtanlage an dem inneren Zylinderrohr (14) und eine äußere Ringdichtung (42) zur Dichtanlage an dem äußeren Zylinderrohr (12) besitzt, so daß über dem Kolben (26) zwischen Kolbenstange (22, 24) und äußeren Zylinderrohr (12) eine erste Kammer (44) mit hubabhängig variablem Volumen gebildet ist, mit der ein Hydraulikdurchlaß (27) in der Kolbenstange (22, 24) verbunden ist und die bei Zuführung von hydraulischem Druckfluid über den Hydraulikdurchlaß (27) mittels eines Steuermittels (Servoventil 50) unter Verkürzung des Teleskopelements ausdehnbar ist, während durch die Dichtanlage des Kolbens (26) an dem inneren Zylinderrohr (14) oberhalb des inneren Zylinderrohres (14) eine zweite Kammer (80) mit hubabhängig variablem Volumen ausgebildet ist, die bei Zuführung von Druckfluid mittels des Steuermittels (Servoventil 50) unter Verlängerung des Teleskopelements ausdehnbar ist.

2. Hydraulisches Teleskopelement nach Anspruch 1 mit einem äußeren Stützrohr (100), das das äußere Zylinderrohr (12) abgedichtet umgibt, so daß zwischen dem äußeren Stützrohr (100) und dem äußeren Zylinderrohr (12) eine Luftkammer (104) ausgebildet ist, der über Leitungen (110) Druckluft mit einem vorbestimmten Druck zum Abstützen des Fahrzeuggewichtes zugeführt werden kann und wobei ein Mittel (Steuersystem 108) zur Veränderung des Luftdrucks vorgesehen ist.

3. Hydraulisches Teleskopelement nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Kolbenstange (22, 24), die radial beabstandete innere (22) und äußere Kolbenstangen (24) umfaßt, die mit dem Kolben (26) verbunden sind, wobei der Hydraulikdurchlaß (27) zwischen der inneren (22) und äußeren Kolbenstange (24) vorgesehen ist, die teleskopartig bewegbar um das innere Zylinderrohr (14) herum angeordnet sind.

4. Hydraulisches Teleskopelement nach Anspruch 3 mit einem Differentialtransformator (83) zur Erzeugung eines Verschiebungssignals, der eine innerhalb des inneren Zylinderrohrs (14) befestigte Spule (82) und einen Stab (81) insbesondere aus Eisen umfaßt, der an der äußeren Kolbenstange (24) befestigt und innerhalb der Spule (82) verschiebbar ist.