METHOD OF AND DEVICE FOR CONTROLLING THE DAMPING FORCE OF A VEHICLE SHOCK ABSORBER

Abstract: 1. Device for controlling the damping stiffness of a shock absorber for vehicles, having a movable partition (7), which separates two operational chambers (5, 6) filled with fluid and on which acts an actuation rod (8) penetrating one of the operational chambers, and having a control means influencing the fluid flow in a connection between the two operational chambers, an electrorheological fluid being provided as the fluid and made controllable by a capacitive component designed as the control means (20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e), characterized in that the connection (10) between the two operational chambers (5, 6) is formed by an annular cross-section between a guide cylinder (37) accepting the movable partition (7) and an outer cylinder (38) surrounding this guide cylinder at a radial distance and that the guide cylinder (37) acts as one electrode and an intermediate tube (42) located in the annular cross-section (10) between the guide cylinder (37) and the outer cylinder (38) acts as the other electrode of the capacitive component (20e).

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines StossdämPfers für Fahrzeuge Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. von einer Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines StoBa mprers nach der Gattung des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2. Es ist schon eine derartige Vorrichtung (DE-OS 33 04 815) bekannt, bei der sich mit einer besonderen Steuerung die Dämpferhärte, also die Stärke der Schwingungsdämpfung eines Stossdämpfers verändern lässt. Bei Federungssystemen der heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbesondere der Personen-Fahrzeuge, ist das Verhältnis von Federhärte zu Dämpferhärte auf einen mittleren Betriebsfall optimiert. Die Parameter werden konstruktiv festgelegt und bleiben, abgesehen von Alterungserscheinungen, im Fatr- betrieb unverändert. Bei extremen Betriebsfällen, z.B. Fahrzeug leer oder Fahrzeug voll beladen, sind solche pFr- zeuge bei weiten nicht optimal gefedert bzw. ist die Fede- rung nicht optimal gedämpft. Diese Betriebsfälle sind ro Optimalen um so weiter entfernt, je grösser das GewichtsTer- hältnis zwischen leerem und maximal beladenen Fahrzeug is. 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 grösser und die Abstimmung von Federhärte/Dämpferhärte zunehmend schwieriger werden. Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemässe Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemässe Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 2 haben demgegenüber den Vorteil, dass die Dämpferhärte während des Fahrbetriebs kontinuierlich veränderbar ist und den Randbedingungen Beladung, Lastverteilung auf die Achsen, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen längs (Gasgeben oder Bremsen) und quer (Kurvenfahren) und Fahrbahnunebenheiten optimal und automatisch auf einfache Art und Weise schnell angepasst werden kann, mit geringstem Energieaufwand und ohne den Einsatz von bewegten Teilen zur Drosselung des Flüssigkeitsstromes. Durch die in den Ansprüche 3 bis 12 aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 2 angegebenen Vorrichtung möglich. Vorteilhaft ist es, bei rechteckiger Bauweise das kapazitive Bauteil mit als ebene Platten ausgebildeten Elektroden zu versehen. Weiterhin vorteilhaft ist es, für eine rotationssymmetrische Bauweise das kapazitive Bauteile mit rohrförmigen oder spiralförmigen Elektroden auszugestalten und das kapazitive Bauteil in weiterhin vorteilhafter Weise in mindestens eine der Arbeitskammern anzuordnen. Weiterhin vor teilhaft ist es, das kapazitive Bauteil derart auszugesta ten, dass es durch einen die bewegliche Wand aufnehmenden Führungszylinder als eine Elektrode und ein den Führungszylinder umgebendes Zwischenrohr als andere Elektrode ausgebildet ist, die von einem Aussenzylinder umgeben wird, zwischen welchem und dem Führungszylinder ein Ringquerschnitt eingeschlossen wird, der als Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern dient. Zur guten Durchmischung der elektrorheologischen Flüssigkeit ist in der beweglichen Wand ein Einwegventil angeordnet. Zusätzlich vorteilhaft ist es, zur Niveauregelung die Vorrichtung mit einer Pumpe zu verbinden. Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung, Figur 2 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele kapazitiver Bauteile in Teilansicht, Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist zwischen einer Fahrzeugachse 1 und einem Fahrzeugaufbau 2 ein sogenannter Stossdämpfer 3 angeordnet, der neben seiner schwingungsdämpfenden Funktion auch eine Tragfunktion hat. Der Stossdämp- fer 3 hat eine untere Arbeitskammer 5 und eine obere Arbeitskammer 6, die durch eine als Kolben 7 ausgebildete bewegliche Wand von der unteren Arbeitskammer 5 getrennt ist. Mit dem Kolben 7 ist eine als Betätigungsstange dienende Kolben stange 8 verbunden, die die untere Arbeitskammer 5 durchragt und abgedichtet aus dem Stossdämpfer 3 herausgeführt sich an der Fahrzeugachse 1 abstützt. Die Tragkraft der Anordnung er gibt sich aus dem statischen Druck in den Arbeitskammern 5 und 6 und der Fläche der Kolbenstange 8. Eine Ausgleichsleitung 10 liegt mit ihrem einen Anschluss 11 an der unteren Arbeitskammer 5 und mit ihrem anderen Anschluss 12 an der oberen Arbeitskammer 6, so dass über sie eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5, 6 herstellbar ist. Eine weitere Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5; 6 kann über ein Einwegventil 13 erfolgen, das beispielsweise durch ein Plattenventil mit einer federnden Ventilplatte 14 gebildet wird, die einerseits an der der unteren Arbeitskammer 5 zugewandten Kolbenseite befestigt ist und mit ihrem losen Ende eine den Kolben 7 durchdringende Strömungsöffnung 15 überdeckt, so dass bei einer Kolbenbewegung in Richtung zur oberen Arbeitskammer 6 hin die Ventilplatte 14 vom Kolben 7 abheben und Flüssigkeit über die Strömungsöffnung 15 von der oberen in die untere Arbeitskammer 5 strömen kann, wodurch jeweils eine gute Durchmischung der Flüssigkeit gewährleistet ist. Der Querschnitt der Strömungsöffnung 15 ist so bemessen, dass sich bei maximaler Drosselung im kapazitiven Bauteil 20 eine konstruktiv wählbare Mindestdämpfung ergibt. Zur Aufnahme des veränderlichen Flüssigkeitsvolumens durch die Bewegung des Kolbens 7, bei Temperaturschwankungen und zur Niveauregelung ist beispielsweise ein hydropneumatischer Speicher 17 vorgesehen, der mit der oberen Arbeitskammer 6 beispielsweise über die Ausgleichsleitung 10 zwischen dem Anschluss 12 und dem kapazitiven Bauteil 20 in Verbindung steht. Zur Durchführung der an sich bekannten Hiveauregelung liegt die Druckseite einer Förderpumpe 18 an der oberen Arbeitskammer 6, beispielsweise über die Ausgleichsleitung 10 zwischen dem Anschluss 12 und dem kapazitiven Bauteil 20. Als Flüssigkeit in den Arbeitskammern 5, 6, der Ausgleichsleitung 10 und dem hydraulischen Teil des Speichers 17 dient erfindungsgemäss eine elektro-rheologische Flüssigkeit, die die Eigenschaft besitzt, dass sich ihre Viskosität durch das Anlegen elektrostatischer Felder verändern lässt. Bei derartigen elektro-rheologischen Flüssigkeiten handelt es sich in der Regel um Suspensionen kleiner Partikel in Öl. Die Feldstärken der erforderlichen elektrostatischen Felder liegen bei wenigen kV/mm, beispielsweise 2 bis 4 kV/mm. Um den Flüssigkeitsstrom zwischen den Arbeitskammern 5 und 6 mehr oder weniger zu drosseln und damit eine Dämpfung zu erzielen, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 in der Ausgleichsleitung 10 zwischen den Anschlüssen 11, 12 für den Speicher 17 und die Pumpe 18 als Steuermittel ein kapazitives Bauteil 20 angeordnet, an dem, wie ein bekannter elektrischer Kondensator wirkend, ein elektrostatisches Feld anlegbar ist, dessen Feldstärke durch Anlegen einer von einer elektronischen Steuereinrichtung 21 gelieferten Spannung änderbar ist, wodurch sich in entsprechender Weise die Viskosität der elektro-rheologischen Flüssigkeit und damit die über das kapazitive Bauteil 20 strömende Flüssigkeitsmenge ändert und die Dämpfungshärte beeinflusst wird. Der elektronischen Steuereinrichtung 21 werden Sensorsignale über Beschleunigung 22, Fahrgeschwindigkeit 23, Lenkeinschlag 24, Belade zustand 25 u.a. eingegeben, die in der elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet werden und zur Ansteuerung des kapa zitiven Bauteiles 20 dienen. In gleicher Weise erfolgt durch die elektronische Steuereinrichtung 21 eine Ansteuerung der Förderpumpe 18 zur Niveauregelung. So kann durch eine ent sprechende Ansteuerung der Förderpumpe 18 das Volumen in der oberen Arbeitskammer 6 vergrössert bzw. in der unteren Arbeitskammer 5 verkleinert werden, um das Niveau des Fahrzeugaufbaues 2 gegenüber der Fahrzeugachse 1 zu verändern. Die Dämpferhärte der Vorrichtung wird durch die elektronische Steuereinrichtung 21 aufgrund der Sensorsignale an die Gegebenheiten angepasst. Mittels des Ansteuersignales am kapazitiven Bauteil 20 kann so die Vorrichtung auf verschiedene Weise genutzt werden: 1. Senkung der Dämpferhärte bei niedriger Fahrgeschwindig keit. 2. Seitensymmetrische Beeinflussung der Dämpferhärte in Ab hängigkeit von der gemessenen Fahrzeug-Querbeschleuni gung oder -Querneigung (Wank-Regelung). 3. Vorder- und Hinterachsenbeeinflussung in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Verzögerung bzw. -Beschleunigung (Nick-Regelung). 4. Beeinflussung der Federhärte in Abhängigkeit vom Bela dungszustand (Niveauregelung). 5. Beeinflussung in Abhangigkeit vom Strassenzustand oder von der subjektiv gewünschten Abstimmung der (Federung/Dämpfung), z.B. komfortabel oder sportlich. Die gewünschte Beeinflussung der Dämpferhärte kann im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen mittels der elektro-rheologischen Flüssigkeit und des kapazitiven Bauteils 20 sehr schnell erfolgen, da die Steuerung keiner bewegten Teile bedarf. Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 kann das in der Ausgleichsleitung 10 angeordnete kapazitive Bauteil 20 eine Gehäusewandung 27 aufweisen, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 21 verbundene und gegeneinander isolierte Elektroden unterschiedlicher Ladungsrichtung umschliesst. Die elektro-rheologische Flüssigkeit wird zur Beeinflussung ihrer Viskosität durch das zwischen den Elektroden aufgebaute elek trostatische Feld geleitet. Das kapazitive Bauteil 20 kann beispielsweise als Elektroden ebene Platten 280 29 aufweisen, die bei einer rechteckigen Gehäusewandung 27 wie sie beispielsweise auch das Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Bauteiles 20b nach Figur 2 zeigt, ebenfalls rechteckig gestaltet sein können. In vorteilhafter Weise könnte, wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist, anstelle des kapazitiven Bauteiles 20 in der Ausgleichsleitung 10 ein kapazitives Bauteil 20a in der oberen Arbeitskammer 6 oberhalb der obersten Stellung des Kolbens 7 angeordnet sein. Im Gegensatz zu dem kapazitiven Bauteil 20 nach Figur 1, wo eine an Masse liegende Platte 28 zwischen zwei auf positivem Potential liegenden Platten 29 liegt, ist bei dem Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Bauteils 20b nach Figur 2 eine Anordnung derart vorgesehen, dass in einer abwechselnden Reihenfolge zwischen vier mit Abstand zueinander angeordneten Platten 29 mit positivem Potential je eine der drei an Masse liegenden Platten 28 angeordnet ist. Die innerhalb der Gehäusewandung 27 strömende elektro-rheologische Flüssigkeit ist dabei dem zwischen den Platten 28, 29 aufgebauten elektrostatischen Feld ausgesetzt. In Figur 3 ist ein weiteres kapazitives Bauteil 20c dargestellt, bei dem innerhalb der zylindrischen Gehäusewandung 27 konzentrisch zueinander angeordnete Elektroden 31 und 32 unterschiedlichen Potentials vorgesehen sind, zwischen denen die elektro-rheologische Flüssigkeit strömt. Die Gehäusewandung 27 kann dabei zugleich auch als Elektrode 32 dienen. Das kapazitive Bauteil 20d nach Figur 4 weist spiralförmig ausgebildete Elektroden 34 und 35 auf, die umeinander verlaufend angeordnet sind, wobei die Elektrode 34 beispielsweise mit der Gehäusewandung 27 verbunden ist und an Masse liegt, während die Elektrode 35 an positivem Potential liegt. Die Elektroden 34, 35 verlaufen innerhalb der zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 27 mit räumlichem Abstand zueinander, so dass sie Strömungswege für die Flüssigkeit bilden Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Abweichend zu dem Stossdämpfer 3 nach Figur 1 ist der den Kolben 7 aufnehmende Führungszylinder 37 bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 innerhalb eines Aussenzylinders 38 mit radialem Abstand angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 stellt der Führungszylinder 37 die äussere Begrenzung des Stossdämpfers dar, aus dem die Kolbenstange 8 herausgeführt ist. Im Gegensatz hierzu stellt bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 der Aussenzylinder 38 die äussere Begrenzung des Stossdämpfers 3 dar. Zwischen dem Führungszylinder 37 und dem Aussenzylinder 38 wird ein die Ausgleichsleitung 10 ergebender ringförmiger Strömungsquerschnitt für die elektro-rheologische Flüssigkeit gebildet, die eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5 und 6 herstellt. Hierzu ist der Führungszylinder 37 beispielsweise nahe an seinen am Bodenende 39 und am Dekkelende 40 des Aussenzylinders 38 liegenden Enden mit Durchbrüchen 41 versehen, die die Verbindung zwischen den Arbeitskammern 5, 6 und der ringförmigen Ausgleichsleitung 10 herstellen. Das kapazitive Bauteil 20e ist bei dieser kompakten Bauweise der erfindungsgemässen Vorrichtung derart gestaltet, dass der Führungszylinder 37 beispielsweise als an Masse liegende Elektrode dient und in den die Ausgleichsleitung 10 bildenden Ringquerschnitt zwischen Führungszylinder 37 und Aussenzylinder 38 mit radialem Abstand zu diesen Zylindern 37, 38 ein Zwischenrohr 42 eingesetzt ist, das gegenüber dem Führungszylinder 37 isoliert an positivem Potential liegt. Anstelle eines hydropneumatischen Speichers 17 entsprechend Figur 1 kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 in der oberen Arbeitskammer 6 eine Luftblase 44 eingeschlossen sein. Die Ansteuerung des kapazitiven Bauteils 20e erfolgt, wie bereits zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben, durch die elektronische Steuereinrichtung 21.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren zum Steuern der Dämpferhärte eines Stossdämpfers für Fahrzeuge mit einer zwei mit Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammern trennenden beweglichen Wand und einem den Flüssigkeitsstrom in einer Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern beeinflussenden Steuermittel, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit verwendet wird, deren Viskosität durch Veränderung eines vom Steuermittel (20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e) erzeugten elektrostatischen Feldes änderbar ist. 2. Vorrichtung zum Steuern der Dämpferhärte eines Stossdämpfers für Fahrzeuge mit einer zwei mit Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammern trennenden beweglichen Wand. an der eine eine der Arbeitskammern durchragende Betätigangsstange angreift, und einem den Flüssigkeitsstrom in einer Verbindung zwischen den zwei Arbeitskammern beeinflussenden Steuermittel, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit vorgesehen und durch ein als Steuermittel ausgebildetes kapazitives Bauteil (20 > 20a, 20b, 20c, 20d, 20e) leitbar ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Bauteil (20, 20b) als ebene Platten (28, 29) ausgebildete Elektroden aufweist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Bauteil (20c) konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige Elektroden (31, 32) aufweist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Bauteil (20d) spiralförmig ausgebildete Elektroden (34, 35) aufweist, die mit Abstand umeinander verlaufen. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Bauteil (20, 20a, 20b, 20c, 20d) in mindestens einer der Arbeitskammern (6) angeordnet ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (10) zwischen den zwei Arbeitskammern (5, 6) durch einen Ringquerschnitt zwischen einem die bewegliche Wand (7) aufnehmenden Führungszylinder (37) und einem diesen mit radialem Abstand umgebenden Aussenzylinder (38) gebildet wird und der Führungszylinder (37) als eine Elektrode und ein im Ringquerschnitt (10) zwischen Führungszyinder (37) und Aussenzylinder (38) angeordnetes Zwischenrohr (42) als andere Elektrode des kapazitiven Bauteiles (20e) dient. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der Betätigungsstange (8) abgewandte Arbeitskammer (6) mit einem hydropneumatischen Speicher (17) in Verbindung steht. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydropneumatische Speicher (44) innerhalb einer Arbeitskammer (6) gebildet wird. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem kapazitiven Bauteil (20, 20a > 20b, 20c, 20d, 20e) Steuersignale durch eine elektronische Steuereinrichtung (21) zuführbar sind, deren Eingangssignale (22, 23, 24 25) von am Fahrzeug angebrachten Sensoren für Federung, Beschleungigung, Fahrgeschwindigkeit, Lenkeinschlag, Beladung und dergleichen erzeugbar sind. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die der Betätigungsstange (8) abgewandte Arbeitskammer (6) mit einer Pumpe (18) zur Niveauregelung verbunden ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der beweglichen Wand (7) ein zur die Betätigungs- stange (8) aufnehmenden Arbeitskammer (5) hin öffnendes Einwegventil (13) angeordnet ist.,

Inventors: DOMANN, HELMUT, HOLZINGER, OTTO, DR. DIPL.-PHYS.
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1985
Main classification: B60G17
IPC codes: B60G17, F16F9