WO2000030879A1 - Vorrichtung zur federung und wankstabilisierung von kraftfahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur federung und wankstabilisierung von kraftfahrzeugen Download PDF

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    • B60G2800/16—Running
    • B60G2800/164—Heaving; Squatting

Definitions

  • the invention relates to a device for suspension and roll stabilization of motor vehicles according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • Active chassis systems which work in conjunction with a hydropneumatic suspension and which shift hydraulic medium from the hydropneumatic suspension struts on one side of the vehicle to the hydropneumatic suspension struts on the other side of the vehicle by means of one or more displacement units, so as to influence the roll angle of the body structure, are known from the prior art .
  • a hydropneumatic suspension either replaces a conventional suspension of the body structure or its stabilizers.
  • a system in which a hydropneumatic suspension replaces a conventional suspension of the body structure is known from DE 39 36 987 C2.
  • This system is characterized by an active counteraction against rolling and pitching movements of the vehicle by actively moving hydraulic medium directly between the support members of different vehicle sides or between the front and rear support units in order to raise or lower one side of the vehicle while lowering the other side of the vehicle to move the front part of the vehicle in a corresponding manner in the opposite direction to the rear of the vehicle.
  • this has the disadvantage that additional stabilizers are required in order to ensure the required passive roll rigidity of the vehicle and thus safe driving.
  • a device for stabilizing the vehicle superstructure against cornering in which the hydropneumatic suspension replaces the stabilizers and a pressure medium depending on the cornering directly to the pistons of cylinder-pistons interposed between the wheels and the vehicle superstructure Units, in particular hydropneumatic springs, are conveyed in such a way that the cylinder-piston unit assigned to the inside wheel is shortened in the sense of lowering the vehicle superstructure and the cylinder-piston unit assigned to the outside wheel is lengthened in the sense of lifting the vehicle body .
  • a disadvantage of the prior art, as described in DE-OS 20 48 323, is the fact that additional body springs are required which have a negative influence on the overall stiffness of the vehicle. In both devices known from the prior art it also has a negative effect that, in addition to the active hydropneumatics, there are further passive suspension elements in the vehicle which provide passive roll rigidity against which an active device has to work, which has an unfavorable effect from an energy point of view .
  • the present invention has for its object to present an active device for suspension and roll stabilization of motor vehicles, in which additional springs and stabilizers can be dispensed with.
  • the object on which the invention is based is achieved by a generic device for suspension and roll stabilization of motor vehicles, which also has the characterizing features of the main claim.
  • a generic device for suspension and roll stabilization of motor vehicles which also has the characterizing features of the main claim.
  • the hydropneumatic device for suspension and roll stabilization of motor vehicles can simultaneously provide the full required lifting and rolling rigidity.
  • the hydropneumatic device for suspension and roll stabilization of motor vehicles thus takes over the complete suspension of the motor vehicle, so that additional springs or stabilizers can be dispensed with, which offers advantages in terms of cost, weight and installation space in addition to the energy benefits.
  • Fig. 1 shows various embodiments of an inventive and 2 inventive device for suspension and roll stabilization of motor vehicles.
  • FIG. 1 shows, as a first advantageous embodiment of the invention, an active hydropneumatic suspension with a rigid axle 1 and vehicle wheels 2 and 3 attached to it.
  • a rigid axle 1 is connected to a body structure 4 by means of axle-side joints 5, 6 and body-side joints 7, 8 via two spring cylinders 9 and 10.
  • the spring cylinder 9 is articulated on the rigid axle 1 with a piston rod 11 in the joint 5.
  • a piston rod 12 of the spring cylinder 10 engages in the joint 6 of the rigid axle 1.
  • Each of the spring cylinders 9 and 10 has an upper spring cylinder chamber 13 and 15 and a lower spring cylinder chamber 14 and 16.
  • the spring cylinder spaces 13 and 14 are separated from each other by a separating piston 17, the spring cylinder spaces 15 and 16 by a separating piston 18.
  • a line 19 connects the upper spring cylinder space 13 of the spring cylinder 9 to the lower spring cylinder space 16 of the spring cylinder 10.
  • a line 20 connects the upper spring cylinder space 15 of the spring cylinder 10 to the lower spring cylinder space 14 of the spring cylinder 9.
  • a memory 23 and 24 is connected to each of the lines 19 and 20 via lines 21 and 22. Damping elements 25 and 26 are attached in the lines 21 and 22, which additionally weaken roll movements.
  • An actuator 27 is connected to lines 19 and 20 via lines 28 and 29. This actuator 27 is an actuating or shifting device that makes it possible to generate active rolling moments. The actuator moves the medium from one side of the vehicle to the other, which means that the roll stabilization is achieved.
  • tion elements 30 and 31 and memory 32 and 33 integrated in the cross-connected lines 19 and 20.
  • the overall rigidity of the device for the suspension and roll stabilization of motor vehicles is composed of the stroke and roll rigidity of the rigid axle 1.
  • n is the polytropic exponent
  • AK is a piston surface 34
  • AR is a piston ring surface 35
  • 37 is the pressure in a reservoir 23
  • V is the gas volume of the reservoir 23
  • 24 is the track width of axis 1.
  • the required roll and stroke rigidity of the entire device for suspension and roll stabilization of motor vehicles can be achieved in that the dimensioning of piston surfaces 34, 36 and piston ring surfaces 35, 37 in a ratio

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen, bei der durch die Abstimmung des Verhältnisses von Kolbenflächen (34, 36) zu Kolbenringflächen (35, 37) der Federzylinder (9, 10) bei gleichzeitigem aktiven Eingriff durch einen, zwischen den über Kreuz verschalteten Leitungen integrierten Aktuator (27), sowohl die erforderliche Wank- als auch die erforderliche Hubsteifigkeit ohne zusätzliche Federn erreicht werden kann.

Description

Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aktive Fahrwerksysteme, die in Verbindung mit einer hydropneumatischen Federung arbeiten und durch eine oder mehrere Verschiebeeinheiten Hydraulikmedium von den hydropneumatischen Federbeinen der einen Fahrzeugseite zu den hydropneumatischen Federbeinen der anderen Fahrzeugseite verschieben, um so den Wankwinkel des Karosserieaufbaus zu beeinflussen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine hydropneumatische Federung ersetzt bei diesen Systemen entweder eine konventionelle Federung des Karosserieaufbaus oder dessen Stabilisatoren. Ein System, bei dem eine hydropneumatische eine konventio- nelle Federung des Karosserieaufbaus ersetzt, ist aus der DE 39 36 987 C2 bekannt.
Dieses System zeichnet sich durch ein aktives Entgegenwirken gegenüber Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeuges aus, indem unmittelbar zwischen den Abstützorganen verschiedener Fahrzeugseiten bzw. zwischen den vorderen und hinteren Ab- sützaggregaten Hydraulikmedium aktiv verschoben wird, um eine Fahrzeugseite bei gleichzeitiger Absenkung der anderen Fahrzeugseite anzuheben bzw. das Fahrzeugvorderteil in entsprechender Weise gegenläufig zum Fahrzeugheck zu bewegen. Hierbei ist jedoch von Nachteil, daß zusätzliche Stabilisatoren erforderlich sind, um die erforderliche passive Wank- steifigkeit des Fahrzeuges und damit einen sicheren Fahrbetrieb zu gewährleisten. Aus der DE-OS 20 48 323 ist eine Vorrichtung zur Stabilisierung des Fahrzeugoberbaus gegen Kurvenneigung bekanntgeworden, bei der die hydropneumatische Federung die Stabilisatoren ersetzt und ein Druckmedium in Abhängigkeit von der Kurvenfahrt unmittelbar zu den Kolben von zwischen den Rädern und dem Fahrzeugoberbau zwischengeschalteten Zylinder- Kolben-Aggregaten, insbesondere hydropneumatische Federn, so gefördert wird, daß das dem kurveninneren Rad zugeordnete Zylinder-Kolben-Aggregat im Sinne eines Senkens des Fahrzeugoberbaus verkürzt und das dem kurvenäußeren Rad zugeordnete Zylinder-Kolben-Aggregat im Sinne eines Anhe- bens des Fahrzeugoberbaus verlängert wird.
Nachteilig wirkt sich bei dem Stand der Technik, wie er in der DE-OS 20 48 323 beschrieben ist, die Tatsache aus, daß zusätzliche Aufbaufedern erforderlich sind, die die Gesamt- wanksteifigkeit des Fahrzeugs negativ beeinflussen. Bei beiden aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen wirkt sich außerdem negativ aus, daß zusätzlich zu der aktiven Hydropneumatik weitere passive Federungselemente im Fahrzeug vorhanden sind, die eine passive Wanksteifigkeit erbringen, gegen die eine aktive Vorrichtung arbeiten muß, was sich aus energetischer Sicht ungünstig auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine aktive Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen darzustellen, bei dem auf zusätzliche Federn und Stabilisatoren verzichtet werden kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen gelöst. Durch eine gezielte Abstimmung von Kolben- und Kolbenringflächen in Verbindung mit einer aktiven Verschiebeeinheit kann die hydropneumatische Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen gleichzeitig die volle erforderliche Hub- und Wanksteifigkeit erbringen. Die hydropneumatische Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen übernimmt somit die vollständige Federung des Kraftfahrzeuges, sodaß auf zusätzliche Federn oder Stabilisatoren verzichtet werden kann, was außer dem energetischen Nutzen Vorteile hinsichtlich Kosten, Gewicht und Einbauraum bietet.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin- düng ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 verschiedene Ausführungsformen einer er- und 2 findungsgemäßen Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen.
In der Fig. 1 ist als eine erste vorteilhafte Ausfüh- rungsform der Erfindung eine aktive hydropneumatische Federung mit einer Starrachse 1 und daran befestigten Fahrzeugrädern 2 und 3 dargestellt. Anstelle der Fahrzeugräder 2 und 3 kann auch eine Zwillingsbereifung und anstelle der Starrachse 1 jede weitere Radaufhängung vorgesehen werden. Die Verbindung der Starrachse 1 mit einem Karosserieaufbau 4 erfolgt mittels achsseitiger Gelenke 5, 6 und auf- bauseitiger Gelenke 7, 8 über zwei Federzylinder 9 und 10. Der Federzylinder 9 ist mit einer Kolbenstange 11 in dem Gelenk 5 an der Starrachse 1 angelenkt. Analog hierzu greift eine Kolbenstange 12 des Federzylinders 10 in dem Gelenk 6 der Starrachse 1 an. Jeder der Federzylinder 9 und 10 weist jeweils einen oberen Federzylinderraum 13 und 15 sowie einen unteren Federzylinderraum 14 und 16 auf. Die Federzylinderräume 13 und 14 sind durch einen Trennkolben 17, die Federzylinderräume 15 und 16 durch einen Trennkolben 18 voneinander getrennt. Eine Leitung 19 verbindet den oberen Federzylinderraum 13 des Federzylinders 9 mit dem unteren Federzylinderraum 16 des Federzylinders 10. In gleicher Weise verbindet eine Leitung 20 den oberen Federzylinderraum 15 des Federzylinders 10 mit dem unteren Federzylinderraum 14 des Federzylinders 9. Durch die Leitungen 19 und 20 sind die Doppelkammerzylinder über Kreuz mit- einander verschaltet.
An jede der Leitungen 19 und 20 ist über Leitungen 21 und 22 ein Speicher 23 und 24 angeschlossen. In den Leitungen 21 und 22 sind Dämpfungselemente 25 und 26 angebracht, die zusätzlich Wankbewegungen abschwächen. Ein Aktuator 27 ist über Leitungen 28 und 29 mit den Leitungen 19 und 20 verbunden. Dieser Aktuator 27 ist eine Stell- oder Verschiebeeinrichtung, die es ermöglicht, aktive Wankmomente zu erzeugen. Der Aktuator verschiebt Medium von einer Fahrzeugseite zur anderen, wodurch die Wankstabi- lisierung realisiert wird.
In der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen sind Dämp- fungselemente 30 und 31 und Speicher 32 und 33 in den über Kreuz verschalteten Leitungen 19 und 20 integriert.
Die Gesamtsteifigkeit der Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen setzt sich aus der Hub- und der Wanksteifigkeit der Starrachse 1 zusammen. Für die Hubsteifigkeit k„ der Starrachse 1 gilt die Beziehung
Figure imgf000007_0001
und die Wanksteifigkeit kw der Starrachse 1 berechnet sich nach der Gleichung
kw = l.s2.n.(Aκ + AR) 2.— . Δ V
Hierbei ist n der Polytropenexponent , AK eine Kolbenfläche 34, 36, AR eine Kolbenringfläche 35, 37, p der Druck in einem Speicher 23, 24, V das Gasvolumen des Spei- chers 23, 24 und s die Spurweite der Achse 1.
Die erforderliche Wank- und Hubsteifigkeit der gesamten Vorrichtung zur Federung und Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen kann dadurch erreicht werden, daß die Di- mensionierung von Kolbenflächen 34, 36 und Kolbenringflächen 35, 37 im Verhältnis
Figure imgf000007_0002
erfolgt. Bezugszeichen
1 Starrachse 30 Dämpfungselement
2 Fahrzeugrad 31 Dämpfungselement
3 Fahrzeugrad 32 Speicher
4 Karosserieaufbau 33 Speicher
5 Gelenk 34 Kolbenfläche
6 Gelenk 35 Kolbenringfläche
7 Gelenk 36 Kolbenfläche
8 Gelenk 37 Kolbenringfläche
9 Federzylinder
10 FederZylinder
11 Kolbenstange
12 Kolbenstange
13 Oberer Federzylinderraum
14 Unterer Federzylinderraum
15 Oberer Federzylinderraum
16 Unterer Federzylinderraum
17 Trennkolben
18 Trennkolben
19 Leitung
20 Leitung
21 Leitung
22 Leitung
23 Speicher
24 Speicher
25 Dämpfungselement
26 Dämpfungselement
27 Aktuator
28 Leitung
29 Leitung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Wankstabilisierung und Federung von Kraftfahrzeugen, bei der jedes Fahrzeugrad (2, 3) über ein druckmittelbeaufschlagtes aktives Federungssystem mit einem Karosserieaufbau (4) verbunden ist, welches Federzylinder (9, 10) aufweist, die durch Leitungen (19, 20), an die jeweils ein Speicher (23, 24) mit einem Dämpfungselement (25, 26) angeschlossen ist, über Kreuz miteinander verbunden sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Kolbenflächen (34, 36) und Kolbenringflächen (35, 37) der Federzylinder (9, 10) gemäß der Formel
Figure imgf000009_0001
dimensioniert sind, wobei AK die Kolbenfläche (34, 36), AR die Kolbenringfläche (35, 37), kw die erforderliche Wank- steifigkeit, k_ die erforderliche Hubsteifigkeit und s die Spurweite der Starrachse (1) ist und ein Aktuator (27) die über Kreuz verschalteten Leitungen (19, 20) verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Dämpfungselemente (30, 31) in den Leitungen (19, 20) angeordnet sind, die die Federzylinder (9, 10) über Kreuz miteinander verbinden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Speicher (32, 33) in den Leitun- gen (19, 20) angeordnet sind, die die Federzylinder (9, 10) über Kreuz miteinander verbinden.
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