DE68903245T2

DE68903245T2 - Fahrzeugaufhaengungssystem.

Info

Publication number: DE68903245T2
Application number: DE8989304550T
Authority: DE
Inventors: David E Hanson
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1989-05-05
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2009-05-06
Also published as: EP0344923A1; ATE81620T1; ES2035559T3; GR3006486T3; DE68903245D1; JP3022913B2; EP0344923B1; JPH0237012A; CA1327215C

Description

Ein Fahrzeugaufhängungssystem besteht aus einem Fahrzeugkarosserieunterbau (37), einem Rad (11) mit einem Reifen, der auf einer Radnabenbaugruppe mit einem Radachszapfen (27) innerhalb des Radlagers (22D) montiert ist. Eine bogenförmige Raddämpfungsmasse (21) umgibt die Außenfläche des Radlagers und ist mit einem vertikalen Schlitz (21A) versehen, dessen Längsrichtung senkrecht zum größeren Durchmesser des konischen Querschnitts verläuft. Die Dämpfungsmasse ist auf jeder Seite des vertikalen Schlitzes mit einem Paar Öffnungen (47) ausgebildet, die jeweils eine Haltevorrichtung mit vertikaler Welle (45) aufnehmen, die von einem zwischen den Wellenenden angeordneten Wellenhalter (44) gehalten wird, sowie untere und obere Lager (43) und Zentrierfedern (42), die sich jeweils zwischen dein Wellenhalter und den o.g. Lagern befinden. Die Dämpfungsflüssigkeit (60) kann Schwingungsenergie abführen und kann ein bedeutender Bestandteil der Dämpfungsmasse (21) sein.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit Raddämpfung und betrifft insbesondere neue Vorrichtungen und Techniken, mit denen ein Rad hauptsächlich in seiner Ebene gedämpft werden kann, z. B. intern innerhalb des Rades, um Drehmomente um die Radkörpermitte herum zu verringern und die Dämpfungsmasse an einem passenden Platz unterzubringen.
Die Verwendung von Dämpfungsmassen ist bekannt. Zwecks Diskussion eines Fahrzeugaufhängungssystems mit Massedämpfung wird auf eine Arbeit von Ghoneim und Cheema mit dem Titel "On the Application of Optimum Damped Absorber to Vehicle Suspension" (Anwendung optimal gedämpfter Stoßdämpfer bei der Fahrzeugaufhängung), auf S. 108 in den Transactions of the ASME Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, Nr. 22 (März 1986), verwiesen.
Im Patent US-A-2955841 wird laut Einleitung zum Anspruch 1 ein dem Springen der Räder entgegenwirkender Dämpfer beschrieben, in dem sich bogenartig geformte Gußeisengewichte unter der Einwirkung von Federn bogenförmig innerhalb eines Rades bewegen können.
Ein wichtiges Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Fahrzeugaufhängungssystem mit verbesserter Dämpfung zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugaufhängungssystem zum Tragen einer aufgehängten Masse zur Verfügung gestellt, das folgendes umfaßt: Die Fahrzeugkarosserie, das Aufhängungssystem, das eine nicht aufgehängte Masse umfaßt, zu der ein Rad gehört, das in einer senkrecht zur Radachse angeordneten Drehebene um eine Radachse drehbar ist; eine Dämpfungsmasse, die so angeordnet ist, daß sie die Drehebene umgibt, und zum Dämpfen der Schwingungen des Rades um die Radachse herum angeordnet ist. Dieses Fahrzeugaufhängungssystem ist durch folgendes gekennzeichnet: Die Dämpfungsmasse ist relativ zum Rad übermittelbar, parallel zu einer nicht rotierenden Dämpfungsmassenachse, die durch die Radachse und in der Drehebene verläuft.
Die Erfindung wird vorzugsweise in einem Fahrzeugaufhängungssystem benutzt, das ein Betätigungsglied besitzt, das die aufgehängte Masse, z. B. den Karosserieunterbau, und die nicht aufgehängte Masse, z. B. das Rad, miteinander verbindet.
Zahlreiche weitere Besonderheiten, Ziele und Vorteile der Erfindung werden deutlich, wenn man die nachfolgende technische Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest.
Abb. 1A, 1B und 1C sind Prinzipschaltbilder von Aufhängungssystemen, bei denen sich die Dämpfungsmassen außen, innen bzw. innerhalb des Rades befinden; Abb. 2 ist eine Teilquerschnittszeichnung einer Realisierung der Erfindung. Sie zeigt ein Rad mit einer Dämpfungsmasse innerhalb des Rades; Abb. 3 ist ein Aufriß durch die Schnittlinie 3-3 in Abb. 2; Abb. 4 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau der Zentrierfedern abbildet; und Abb. 5 ist eine schematische Darstellung im Teilaufriß einer alternativen Realisierungsmöglichkeit der Erfindung, bei der die Dämpfungsflüssigkeit außerdem als ein wichtiger Bestandteil der Dämpfungsmasse fungiert.
In den Abbildungen, und speziell in den Abbildungen 1A, 1B und 1C werden Prinzipzeichnungen von Aufhängungssystemen gezeigt, bei denen sich die Dämpfungsmasse außen, innen bzw. innerhalb des Rades befindet. Ein Rad mit Nabe 11 trägt einen Reifen 12 und dreht sich um eine Radachse 13.
Ein Regulierungsarm 14 ist an einem Ende 14A drehbar mit der Radhalterung, am anderen Ende 14B mit der Fahrzeugkarosserie, z. B. dem Ausgleichsgetriebegehäuse, und in der Mitte bei 14C mit dem Betätigungsorgan verbunden. Das Betätigungsorgan 15 besteht aus dem Körper 15A und einer Feder 15B zum Tragen der im Beharrungszustand befindlichen Last bzw. der aufgehängten Masse 17, in diesem Beispiel ist dies die Fahrzeugkarosserie, zwischen Regulierungsarm 14 und der aufgehängten Karosseriemasse 17 des Fahrzeugs. Eine Dämpfungsmasse 21 ist um die Radachse 13 herum zentriert dargestellt. Die vom Boden auf den Reifen 12 von der Dämpfungsmasse 21 aus ausgeübte Kraft F kann unterteilt werden in eine Komponente R1, die die Dämpfungsmasse durchläuft, und eine Kraft R2, die durch das Ende 14B verläuft, so daß die Summe der Momente dieser Kräfte um die Radmitte herum wirklich Null ist. Wenn sich, wie in Abb. 1A dargestellt, die Dämpfungsmasse außerhalb des Rades befindet, ist sowohl die Kraft R1 als auch R2 abwärts gerichtet. Befindet sich die Dämpfungsmasse 21 im Rad wie in Abb. 1B, ist die Reaktionskraft R2 aufwärts gerichtet. Wenn die Masse 21, gemäß der Erfindung und wie in Abb. 1C dargestellt, innerhalb des Rades zentriert ist, ist die Kraft F = R1, und es wird kein Dämpfungsmassemoment um die Radmitte auf die Karosserie 17 übertragen. Abgesehen davon, daß die von diesen Momenten verursachte Belastungen in den Teilen wegfallen, besteht ein Vorteil dieses Lösungsweges darin, daß die innerhalb des Rades befindliche Dämpfungsmasse 21 (s. Abb. 1C) zur Erzielung einer gegebenen effektiven Dämpfung kleiner sein kann, als wenn sie wie in Abb. 1B dargestellt plaziert ist. Außerdem wird mit der Anordnung gemäß Abb. 1C eine bessere mechanische Packungsdichte erreicht.
Abbildung 2 zeigt eine Ausschnittszeichnung einer Radaufbauansicht im Querschnitt gemäß einer Realisierung der Erfindung, wobei sich die Dämpfungsmasse 21 innerhalb des Rades und der Nabe 11 befindet. Das Rad und die Nabe 11 haben eine Radfelge 11A. Eine stationäre Masseträgerplattform 22 trägt die Dämpfungsmasse 21 und ist mit einem sich nach innen erstreckenden Arm 22A ausgebildet, der ein Gelenk 22B besitzt, über das die Plattform 22 gelenkig mit der Betätigungswelle 23 verbunden ist, sowie ein Gelenk 22C, über das der Plattformarm 22A gelenkig mit dem Regulierungsarm 24 verbunden ist. Die Nabe 11 hat einen Flansch 11C, der vom inneren Laufring 11D des Radlagers 26 ausgeht, dessen äußerer Laufring 22D den Masseträger 22 umgibt. Der Nabenflansch 11C ist (über einen Keil) an den Radachszapfen 27 angepaßt und umschließt diesen, der seinerseits über das Kreuzgelenk 31 mit der Achse 32 verbunden ist, deren anderes Ende über Kreuzgelenk 33 mit dem Bremsträgerteil 34 in Verbindung steht, das die Bremsscheibe 35 trägt und mit dem Ausgleichsgetriebgehäuse 36 verbunden ist. Das andere Ende des Regulierungsarms 24 ist bei 37A gelenkig mit dem Karosserierahmen 37 verbunden. Der Körper des Betätigungsorgans 41 ist bei 37B gelenkig mit dem Karosserieunterbau 37 verbunden, um den Betätigungsarm 23 zu betätigen und den von der Straße auf den Reifen 12 ausgeübten Kräften entgegenzuwirken.
Abb. 3 zeigt eine Querschnittszeichnung entlang des Schnitts 3-3 in Abb. 2 und bildet strukturelle Einzelheiten einer bevorzugten Form der Dämpfungsmasse 21 und der sie tragenden Struktur ab. Die Dämpfungsmasse 21 ist generell bogenförmig und mit einem Schlitz 21A ausgebildet, der in seiner Längsrichtung senkrecht zur langen horizontalen Achse des bogenförmigen Querschnitts der Dämpfungsmasse 21 verläuft. Die Dämpfungsmasse 21 ruht auf Zentrierfedern 42, die sich zwischen den Lagern 43 und den feststehenden Achshaltern 44 befinden, durch die hohlen Wellen 45 geführt sind, die mit den oberen und unteren, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten und mit Endstopfen 46 abgedichteten Kammern 47 verbunden sind. Die Dämpfungsmasse 21 kann sich somit frei in vertikaler Richtung bewegen, wird jedoch durch das Lager 26 daran gehindert, sich in horizontaler Richtung zu bewegen. Durch die vertikale Bewegung der Dämpfungsmasse 21 wird eine Verdrängung der Flüssigkeit über die Dämpfungsöffnung 48 bewirkt und somit Vibrationsenergie von der Dämpfungsmasse 21 in Reibungshitze umgewandelt, die an der Öffnung 48 abgeführt wird.
Abb. 4 zeigt eine Perspektivzeichnung des Dämpfungsmasseregelsystems, wobei die Ränder der Dämpfungsmasse mit strichpunktierten Linien gezeichnet sind, um den soeben beschriebenen Aufbau bei weggelassenen Endstopfen zu verdeutlichen.
Abb. 5 zeigt eine Grundrißansicht mit Teilquerschnitt noch einer weiteren Form der Erfindung, bei der die Dämpfungsflüssigkeit außerdem eine Dämpfungsmasse enthält. Die konzentrische Tragewelle 51 ist über die Halterung 53 an der Achsnabe 52 befestigt. Der Dämpfungszylinder 54 ist über die konzentrische Welle 51 und die einführenden Wellenlager 55 eingepaßt. Zusätzlich wird sie durch die Öffnungsplatte 56 getragen. Unter statischen Bedingungen wird der Dämpfungszylinder 54 durch die Federn 57 in der Mitte gehalten. Die Dämpferkappe 58 ist in den Dämpfungszylinder 54 eingepaßt und durch Verschweißen oder sonstige geeignete Maßnahmen abgedichtet.
Durch die Einfüllöffnung 59 kann Dämpfungsflüssigkeit 60 durch Rückfluß in dem Maße zufließen, in dem Luft durch sie entweicht. Wenn sich das Rad 61 auf- und abbewegt, wird die Dämpfungsflüssigkeit 60 über die Dämpfungsöffnung 62A von einer Stoßdämpferkammer 62 in die andere gepumpt. Die Wellendichtungen 63 verhindern, daß die Dämpfungsflüssigkeit 60 über das Wellenlager 55 hinaus austreten kann. Eine Zylinderdichtung 64 stellt sicher, daß die Dämpfungsflüssigkeit 60 durch die Dämpfungsöffnung 62 hindurchfließt.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Dämpfungsflüssigkeit 60 sowohl als viskose Dämpfungsflüssigkeit als auch als Hauptbestandteil der Dämpfungsmasse fungiert. Flüssigkeiten, die sich für die Verwendung in der Erfindung eignen, können Silikone, Quecksilber oder andere geeignete Flüssigkeitszusätze enthalten, die vorzugsweise über ausreichende Dichte zur Sicherstellung einer angemessenen Dämpfung verfügen.

Claims

1. Ein Fahrzeugaufhängungssystem zum Tragen einer aufgehängten Masse, die folgendes umfaßt: eine Fahrzeugkarosserie, das Aufhängungssystem, das aus folgenden Teilen besteht:

eine nicht aufgehängte Masse, die aus einem Rad (11) besteht, das in einer senkrecht zur Radachse (13) angeordneten Drehebene um die Radachse drehbar ist; eine Dämpfungsmasse (21, 60), die so angeordnet ist, daß sie die Drehebene umgibt, und sich zur Vibrationsdämpfung des Rades um die Radachse herum befindet;

Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (21, 60) bezogen auf das Rad und parallel zu einer sich nicht drehenden Dämpfungsmassenachse übertragbar ist, die durch die Radachse (13) und in der Drehebene verläuft.

2. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 1,

das ein Lager (26) enthält und bei dem die Dämpfungsmasse mit einer zentralen Öffnung (21A) ausgebildet ist, in der sich das Lager befindet.

3. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 2,

bei dem die Dämpfungsmasse (21) mit einem senkrechten Spalt (21A) mit einer Breite, die im wesentlichen dem Durchmesser des Lagers (26) entspricht, ausgebildet ist, um der horizontalen Bewegung der Dämpfungsmasse zu widerstehen, aber gleichzeitig ihre vertikale Bewegung zuzulassen.

4. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 3,

bei dem die Dämpfungsmasse (21) einen generell spitzbogigen Querschnitt aufweist, wobei dessen Hauptdurchmesser im wesentlichen senkrecht zur Länge des Schlitzes (21A) verläuft.

5. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 4,

bei dem die Dämpfungsmasse (2l) beidseitig des Schlitzes (21A) mit einer vertikalen Öffnung ausgebildet ist und darüberhinaus folgendes umfaßt:

Eine Tragevorrichtung zum Tragen der Dämpfungsmasse, wobei die Tragevorrichtung in jeder der Öffnungen (47) eine Tragebaugruppe (42 - 46) besitzt, und jede Tragebaugruppe folgendes enthält:

eine vertikale Welle (45);

einen zwischen den Enden der Welle angeordneten und die Welle tragenden Wellenhalter (44);

untere und obere Lager (43); und

Zentrierfedern (42) zwischen dem Wellenhalter und jedem der Lager.

6. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 5,

bei dem die Zentrierfedern (42) mit einer Vorspannung versehen (zusammengedrückt) sind.

7. Ein Aufhängungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,

das darüberhinaus folgendes umfaßt:

eine mit der Radwelle (27) verbundene Achse (32);

ein Regulierungsarm (14), der gelenkig zwischen dem Dämpfungsmasseträger und der verwendeten Fahrzeugkarosserie (37) angebracht ist; und

ein Betätigungsorgan (41), das der vertikalen Bewegung des Rades entgegenwirkt und gelenkig zwischen der Fahrzeugkarosserie und dem verwendeten Dämpfungsmasseträger angebracht ist.

8. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 1,

das außerdem ein Mittel zur Energiespeicherung (57) enthält, das zwecks Engergieaustausch mit der Dämpfungsmasse (60) mit dieser verbunden ist, und ein Mittel zum Ableiten der Energie (54), das zwecks Ableitung der Schwingungsenergie mit der Dämpfungsmasse (60) verbunden ist.

9. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 8,

bei dem das Energiespeichermittel eine Feder (57) und das Energieableitungsmittel einen Stoßdämpfer (54) enthält.

10. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem das Energieableitungsmittel eine Dämpfungsflüssigkeit (60) enthält, die außerdem ein wichtiger Bestandteil der Dämpfungsmasse ist.

11. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 8,

das darüberhinaus folgendes enthält:

eine Tragebaugruppe beiderseits der Radachse, wobei jede Tragebaugruppe aus folgendem besteht:

eine vertikale Welle (51);

ein Wellenhalter (56), der sich zwischen den Wellenenden befindet und die Welle trägt;

untere und obere Lager (55); und

Zentrierfedern (57) jeweils zwischen dem Wellenhalter und den Lagern;

Jede Tragebaugruppe enthält darüberhinaus Endkammern (62) mit Dämpfungsflüssigkeit (60) und die betreffende vertikale Welle (51) sitzt in den Endkammern und verdrängt Dämpfungsflüssigkeit, wenn sich die Dämpfungsmasse bewegt.

12. Ein Aufhängungssystem entsprechend Anspruch 11, bei dem die vertikale Welle hohl ist und die Dämpfungsmasse enthält und bei dem die Tragebaugruppe außerdem ein Mittel (62A) enthält, das den übertritt von Dämpfungsflüssigkeit von einer ersten in eine zweite Kammer gestattet.

13. Ein Aufhängungssystem gemäß Anspruch 12,

bei dem das Mittel, das den Übertritt der Dämpfungsflüssigkeit gestattet, eine Öffnung (62A) mit begrenzender Wirkung zur Erzeugung eines vorher festgelegten Dämpfungsfaktors hat.

14. Ein Fahrzeug, das ein Aufhängungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hat.

15. Ein Fahrzeug gemäß Anspruch 14,

das außerdem eine Rad (11) enthält, wobei das Rad einen ringförmigen Bereich um die Radachse (13) hat und die Dämpfungsmasse (21, 60) sich in dem ringförmigen Bereich befindet.

16. Ein Fahrzeug gemäß Anspruch 7,

bei Abhängigkeit von Anspruch 8, bei dem sich das Mittel zur Energiespeicherung und das Mittel zum Ableiten der Energie in dem ringförmigen Bereich befinden.