WO2007118731A1 - Temperaturgeregelte luftfeder- und dämpfereinheit - Google Patents

Temperaturgeregelte luftfeder- und dämpfereinheit Download PDF

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    • B60G2400/7162—Fluid damper

Definitions

  • the invention relates to air spring and damper unit for vehicles, wherein the air spring and damper unit has at least two compressed air filled working spaces, the work spaces are each bounded at least partially by rolling bellows and the rolling bellows at least partially predetermined on rolling contours to form a rolling fold trained as cylindrical surfaces Unroll housing parts and wherein the work spaces are interconnected via flow-through throttle valves.
  • the air spring and damper unit is usually arranged between the body and chassis.
  • Air spring and damper units serve z.
  • Air spring and damper units serve z.
  • Air spring and damper units are nowadays usually provided with electronic controls or integrated into an electronic vehicle control so that interactions with other vehicle systems, such as brakes or steering are transmitted via such a scheme.
  • almost exclusively hydraulic dampers have been used in air suspension systems for passenger cars, which are rather inconspicuous in corresponding temperature limits, even if damping properties change, a temperature dependency of damping systems with the use of air damping is quite noticeable.
  • the object of the invention was therefore to provide an air spring and damper unit in which a temperature increase or overheating in all operating conditions can be influenced / controlled.
  • the air spring and damper unit means for determining the temperature inside and outside of the air spring and damper unit and the flow-through throttle valves are designed so that their damping is adjustable depending on the specific temperatures. This makes it possible, for example, to influence and regulate heating of the entire air spring and damper unit as a "module", ie heating of components and / or pressure medium, early and reliably
  • the temperatures are determined via sensors at the vehicle depending on the vehicle and Installation position critical points of the air spring and damper unit.
  • the flow-through throttle valves are in an overheating of the air spring and damper unit in its flow cross sections are adjustable so that the damping is lowered.
  • Undercooling of the air spring and damper unit in their flow areas are adjustable so that the damping is increased. This makes it possible that at very cold ambient temperatures and in a starting phase of the vehicle by a higher damping and the resulting high friction within the flowing medium, a larger amount of heat is entered into the system.
  • the bellows material is spared by the associated reduction of the spring travel.
  • the air spring and damper unit has temperature sensors within the work spaces. This is a particularly direct measurement of temperature regardless of the installation situation of the Air spring and damper unit possible.
  • the air spring and damper unit has a control unit with a calculation unit, by which the temperature by determining the instantaneous driving condition parameters and their
  • a further advantageous development is that the work spaces are arranged one above the other and separated by a movable rotationally symmetrical piston, wherein the flow-through throttle valves are arranged within the piston.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of this invention an air spring
  • Damper unit 1 for a chassis of an air-suspension passenger car.
  • the air spring and damper unit has two working spaces 2 and 3 filled with compressed air.
  • the compressed air is conveyed via a compressor not shown here, via associated valves and lines in a known manner in the work spaces and can also be drained through this system.
  • a compressor not shown here
  • associated valves and lines in a known manner in the work spaces and can also be drained through this system.
  • Air spring or level control system from compressed air system / compressed air supply and four Air spring modules, namely for each wheel one, and is controlled in total via a control device.
  • the working spaces 2 and 3 are arranged in a common pot-shaped, here cylindrical housing 4 and separated by a head of a piston rod 5 located, rotationally symmetrical piston 6.
  • the piston 6 is axially movable within the cylindrical housing 4.
  • the controllable throttle valves shown in more detail below are arranged, via which the two working spaces 2 and 3 are connected.
  • the piston 6 and the piston rod 5 are each sealed and guided by rolling bellows 7, 8 and 9 within the cylindrical housing.
  • the outer surfaces 10 and 11 of the piston and the piston rod and the inner surface 12 of the cylinder are each formed over a required for the rolling of the rolling bellows area as rotationally symmetric rolling contours.
  • the air spring and damper unit further comprises resilient stops 14 and 15, which limit the piston travel / travel with a corresponding load in the pressure or in the Switzerlandmplenendlage, so that no metallic contact.
  • Body side, the air spring and damper unit via a shock absorber head bearing 16 is connected to the vehicle in a known manner.

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Abstract

Luftfeder- und Dämpfereinheit (1) für Fahrzeuge mit mindestens zwei Arbeitsräumen (2, 3), die durch Rollbälge (7, 8, 9) begrenzt werden und untereinander über durchströmbare Drosselventile (17, 18) verbunden sind, deren Dämpfung abhängig von über Sensoren (19, 20) bestimmte Temperaturen verstellbar ist.

Description

Continental Aktiengesellschaft
Beschreibung
Temperatur geregelte Luftfeder- und Dämpfereinheit
Die Erfindung betrifft Luftfeder- und Dämpfereinheit für Fahrzeuge, wobei die Luftfeder- und Dämpfereinheit mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, wobei die Arbeitsräume jeweils mindestens teilweise durch Rollbälge begrenzt werden und die Rollbälge unter Bildung einer Rollfalte mindestens teilweise auf Abrollkonturen vorgegebener und als Zylinderflächen ausgebildeter Gehäuseteile abrollen und wobei die Arbeitsräume untereinander über durchströmbare Drosselventile verbunden sind. Dabei ist die Luftfeder- und Dämpfereinheit üblicherweise zwischen Karosserie und Fahrwerk angeordnet.
Solche Luftfeder- und Dämpfereinheit in Kraftfahrzeugen sind bekannt. Luftfeder- und Dämpfereinheiten dienen z. B. in Personenkraftwagen als besonders komfortable Federungselemente und sorgen für ein angenehmes Fahrgefühl bei einer Federung, die je nach Straßenverhältnissen zwischen einem „weichen" und „harten" Federungsverhalten angepasst werden kann. Dies geschieht in der Regel durch verstellbare / steuerbare Ventile im Strömungsweg zwischen den einzelnen Arbeitsräumen, wodurch die Dämpfung beeinflusst bzw. verändert wird, die durch die dissipative Strömungen zwischen den einzelnen Arbeitsräumen entsteht.
Luftfeder- und Dämpfereinheiten sind heutzutage üblicherweise mit elektronischen Regelungen versehen bzw. in eine elektronische Fahrzeugsteuerung eingebunden, sodaß über eine solche Regelung auch Wechselwirkungen mit anderen Fahrzeugsystemen, wie z.B. Bremsen oder Lenkung übertragen werden. Eine unkontrollierte Änderung des Betriebsverhaltens einer Luftfeder und Dämpfereinheit, beispielsweise erzeugt durch eine starke Temperaturänderung, ist daher unerwünscht. Nachdem in der Vergangenheit bei Luftfedersystemen für PKW fast ausschließlich hydraulische Dämpfer eingesetzt wurden, die, wenn auch bei sich ändernden Dämpfungseigenschaften, in entsprechenden Temperaturgrenzbereichen eher unauffällig sind, wird eine Temperaturabhängigkeit von Dämpfungssystemen mit Einsatz der Luftdämpfung durchaus bemerkbar.
Erklärbar wird dies z.B. bei der durch die OS DE 24 06 835 offenbarten Federungs- und Dämpfungsvorrichtung, bei der zwei Arbeitsräume, nämlich ein Dämpferraum und ein Federungsraum über Drosselventile miteinander verbunden sind. Beide Arbeitsräume sind mindestens teilweise durch bewegliche Wände in Form von Faltenbälgen oder Rollbälgen begrenzt und können daher unterschiedliche Volumina annehmen. Einem solchen System ist inhärent, dass sich die Dämpfungswirkung /Dämpfungsarbeit mit steigender Last erhöht. Im Gegensatz dazu verändert sich bei z.B. Erhöhung der Last eine normale auf nur eine Laststufe ausgelegte hydraulische Dämpfung gravierend, d.h. deren Dämpfung erniedrigt sich. Anders liegt der Fall bei der durch die OS DE 24 06 835 offenbarten Luftfederungs- und Dämpfungsvorrichtung. Erhöht sich deren Last, so steigt der Gasdruck im Federungsraum und im Dämpfungsraum und führt aufgrund der damit verbundenen Erhöhung der Gasdichte zur Vergrößerung des dynamischen Differenzdrucks an den Drosselventilen. Dies wiederum bewirkt vorteilhaft einen vergrößerten Energieumsatz, d.h. eine erhöhte Dissipation, und damit eine größere Dämpfung, nachteiligerweise allerdings auch eine erhöhte Wärmeentwicklung.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Luftfeder- und Dämpfereinheit bereitzustellen bei der eine Temperaturerhöhung oder Überhitzung in allen Betriebszuständen beeinflussbar / kontrollierbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Dabei weist die Luftfeder- und Dämpfereinheit Mittel zur Bestimmung der Temperatur innerhalb und außerhalb der Luftfeder- und Dämpfereinheit auf und die durchströmbaren Drosselventile sind so ausgebildet, dass ihre Dämpfung abhängig von den bestimmten Temperaturen verstellbar ist. Dadurch lässt sich etwa eine Erwärmung der gesamten Luftfeder- und Dämpfereinheit als „Modul", also eine Erwärmung von Bauteilen und/oder Druckmedium frühzeitig und sicher beeinflussen und regeln. Im einfachsten Fall erfolgt dabei die Ermittlung der Temperaturen über Sensoren an den je nach Fahrzeug und Einbaulage kritischen Stellen der Luftfeder- und Dämpfereinheit.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die durchströmbare Drosselventile bei einer Überhitzung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erniedrigt wird. Damit nutzt man bereits vorhandene Stellelemente und benötigt keine separaten oder zuschaltbaren Ventile oder Strömungsquerschnitte. Bei einem solchen Fall der Überhitzung wird dann die Dämpfung reduziert, also der Durchströmungsquerschnitt kontrolliert vergrößert und somit der Wärmeeintrag verringert. Natürlich ist es auch vorstellbar, dass statt der Vergrößerung des Durchströmungsquerschnittes der durchströmbare Drosselventile andere, separate Bypass-Kanäle zugeschaltet werden.
Ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn die durchströmbare Drosselventile bei einer
Unterkühlung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erhöht wird. Dadurch wird es möglich, dass bei sehr kalten Umgebungstemperaturen und in einer Startphase des Fahrzeuges durch eine erhöhte Dämpfung und die dadurch erzeugte hohe Reibung innerhalb des strömenden Mediums eine größere Wärmemenge in das System eingetragen wird. Zusätzlich wird durch die einhergehende Reduzierung auch der Federwege das Balgmaterial geschont.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit Temperatursensoren innerhalb der Arbeitsräume aufweist. Hierdurch ist eine besonders direkte Messung der Temperatur unabhängig von der Einbausituation der Luftfeder- und Dämpfereinheit möglich.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit ein Steuergerät mit einer Berechnungseinheit aufweist, durch welche die Temperatur durch Ermittlung der augenblicklichen Fahrzustandsparameter und deren
Vergleich innerhalb eines elektronisch gespeicherten Zustandsmodells bestimmt wird. Bei der heute üblichen Verbindung mehrerer Fahrzeugregelsysteme über einen CAN-BUS / CAN-Netzwerk (CAN = Controller Area Network) und der Vielzahl von verfügbaren Fahrzeugparametern sind „vorausschauende" Berechnungen möglich, die frühzeitig und abhängig von der Fahrweise, von den Umgebungsbedingungen, vom Gelände oder von Straßenverhältnissen etc. ein Schätzung der entstehenden Temperaturen im System ermöglichen. Hierbei wird ein so genanntes „Fahrzeugmodell" zugrunde gelegt, also eine „gerechnete" und in Algorithmen fixierte und simulierte Verhaltensweise eines Fahrzeuges oder seiner Baugruppen, die in Form eines Programmes in einem Steuergerät abgelegt ist. Diese Schätzung kann dann durch Messung der Temperatur immer wieder verifiziert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Arbeitsräume übereinander angeordnet und durch einen beweglichen rotationssymmetrischen Kolben getrennt sind, wobei die durchströmbare Drosselventile innerhalb des Kolbens angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders raumsparende Anordnung und Bauweise der erfindungsgemäßen Luftfeder- und Dämpfereinheit
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt als prinzipielle Darstellung hierzu eine erfindungsgemäße Luftfeder- und
Dämpfereinheit 1 für ein Fahrwerk eines luftgefederten Personenkraftwagens. Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume 2 und 3 auf. Die Druckluft wird über einen hier nicht näher dargestellten Kompressor, über zugehörige Ventile und Leitungen in bekannter Weise in die Arbeitsräume gefördert und kann ebenfalls über dieses System abgelassen werden. Üblicherweise besteht ein
Luftfeder- oder Niveauregelsystem aus Druckluftanlage / Druckluftversorgung und vier Luftfedermodulen, nämlich für jedes Rad eines, und wird insgesamt über eine Steuerungseinrichtung geregelt.
Die Arbeitsräume 2 und 3 sind in einem gemeinsamen topfförmigen, hier zylindrische ausgebildeten Gehäuse 4 angeordnet und durch einen am Kopfende einer Kolbenstange 5 befindlichen, rotationssymmetrisch ausgebildeten Kolben 6 getrennt. Der Kolben 6 ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 4 axial beweglich. Innerhalb des Kolbens 6 sind hier die nachfolgend näher dargestellten steuerbaren Drosselventile angeordnet, über die die beiden Arbeitsräume 2 und 3 verbunden sind. Der Kolben 6 und die Kolbenstange 5 werden jeweils durch Rollbälge 7, 8 und 9 innerhalb des zylindrischen Gehäuses abgedichtet und geführt. Die Außenflächen 10 und 11 des Kolbens und der Kolbenstange sowie die Innenfläche 12 des Zylinders sind jeweils über einen für das Abrollen der Rollbälge erforderlichen Bereich als rotationssymmetrische Abrollkonturen ausgebildet.
Ein zwischen dem Ende des zylindrischen Gehäuses und dem unteren Anschlußpunkt 13 zum Fahrwerk befindlicher Faltenbalg zum Schutz gegen Verschmutzungen ist hier nicht näher dargestellt.
Die Luftfeder- und Dämpfereinheit weist weiterhin federnd ausgebildete Anschläge 14 und 15 auf, die bei entsprechender Belastung in der Druck- oder in der Zugstufenendlage den Kolbenweg / Federweg begrenzen, damit kein metallischer Kontakt entsteht. Karosserieseitig ist die Luftfeder- und Dämpfereinheit über ein Federbein- Kopflager 16 mit dem Fahrzeug in bekannter Weise verbunden.
Innerhalb des Kolbens 6 sind für jede Strömungsrichtung die in ihrem
Durchströmungsquerschnitt steuerbaren Drosselventile 17 und 18 angeordnet. Bei einer Überhitzung der Luftfeder- und Dämpfereinheit, die durch die Temperatursensoren 19 und 20 detektiert wird und verglichen wird mit der Umgebungstemperatur, die durch einen weiteren im Fahrzueg üblicherweise vorhandenen Temperaturfühler ermittelt wird, werden die Drosselventile 17 und 18 so verstellt, dass deren Durchströmungsquerschnitte vergrößert und somit der Wärmeeintrag und die Dämpfung verringert wird. Der Temperatursensor 20 ist dabei innerhalb des oberen Arbeitsraumes 2 angeordnet.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
1 Luftfeder- und Dämpfereinheit
2 Arbeitsraum (Dämpferraum)
3 Arbeitsraum (Federraum)
4 Zylindrisches Gehäuse
5 Kolbenstange
6 Kolben
7 - 9 Rollbalg
10 - 12 Fläche mit Abrollkontur
13 Anschlußpunkt
14 Federnder Anschlag
15 Federnder Anschlag
16 Federbein-Kopflager
17 steuerbares Drosselventil
18 steuerbares Drosselventil
19 Temperatursensor
20 Temperatursensor

Claims

Patentansprüche
1. Luftfeder- und Dämpfereinheit für Fahrzeuge, wobei die Luftfeder- und Dämpfereinheit mindestens zwei mit Druckluft gefüllte Arbeitsräume aufweist, die jeweils mindestens teilweise durch Rollbälge begrenzt werden und die Rollbälge unter Bildung einer Rollfalte mindestens teilweise auf Abrollkonturen vorgegebener und als Zylinderflächen ausgebildeter Gehäuseteile abrollen, wobei die Arbeitsräume untereinander über durchströmbare Drosselventile verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit Mittel zur Bestimmung der
Temperatur innerhalb und außerhalb der Luftfeder- und Dämpfereinheit aufweist und dass die durchströmbaren Drosselventile so ausgebildet sind, dass ihre Dämpfung abhängig von den bestimmten Temperaturen verstellbar ist.
2. Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durchströmbaren Drosselventile bei einer Überhitzung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erniedrigt wird.
3. Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchströmbaren Drosselventile bei einer Unterkühlung der Luftfeder- und Dämpfereinheit in ihren Durchströmungsquerschnitten so verstellbar sind, dass die Dämpfung erhöht wird.
4. Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit Temperatursensoren innerhalb der Arbeitsräume aufweist.
5. Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder- und Dämpfereinheit ein Steuergerät mit einer Berechnungseinheit aufweist, durch welche die Temperatur durch Ermittlung der augenblicklichen Fahrzustandsparameter und deren Vergleich innerhalb eines elektronisch gespeicherten Zustandsmodells bestimmt wird.
6. Luftfeder- und Dämpfereinheit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsräume übereinander angeordnet und durch einen beweglichen rotationssymmetrischen Kolben getrennt sind, wobei die durchströmbare Drosselventile innerhalb des Kolbens angeordnet sind.
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