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DE102018206605A1 - Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder und einem mit dieser in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement - Google Patents

Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder und einem mit dieser in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement Download PDF

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DE102018206605A1
DE102018206605A1 DE102018206605.1A DE102018206605A DE102018206605A1 DE 102018206605 A1 DE102018206605 A1 DE 102018206605A1 DE 102018206605 A DE102018206605 A DE 102018206605A DE 102018206605 A1 DE102018206605 A1 DE 102018206605A1
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Germany
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suspension
spring
vehicle
hydraulic cylinder
check valve
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DE102018206605.1A
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English (en)
Inventor
Roland König
Alfred Pruckner
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Priority to US17/048,524 priority patent/US11465459B2/en
Priority to PCT/EP2019/057779 priority patent/WO2019206553A1/de
Priority to CN201980025760.9A priority patent/CN111971189B/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder und einem mit dieser in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement zur Veränderung der Federsteifigkeit der Radaufhängung und des Höhenstandes des Fahrzeug-Aufbaus über der Fahrbahn, welches nicht als Fluidfeder ausgebildet ist und in einem mittels eines Sperrventils hydraulisch vollständig absperrbaren Arbeitsraum eines Hydraulikzylinders) angeordnet ist, dessen Volumen bei geöffnetem Sperrventil unter Aktivierung eines Fahrzeug-Antriebsaggregats mit gebremsten Fahrzeug-Rädern durch den Bremsstützwinkel und/oder Antriebsstützwinkel veränderbar ist, indem Hydraulikmedium durch das geöffnete Sperrventil strömen kann. Ein Stützkolben des Hydraulikzylinders ist am Fahrzeug-Aufbau und die Tragfeder ist an einem den Stützkolben führenden Hohlzylinder des Hydraulikzylinders abgestützt. Vorzugsweise sind der Hydraulikzylinder und die Tragfeder solchermaßen dimensioniert und angeordnet, dass die Tragfeder bei minimalen Arbeitsraum-Volumen des Hydraulikzylinders unter funktionaler Umgehung des Zusatz-Federelements quasi direkt am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder und einem mit der Tragfeder in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement zur Veränderung der Federsteifigkeit der Radaufhängung und des Höhenstandes des Fahrzeug-Aufbaus über der Fahrbahn, welches nicht als Fluidfeder sondern in einem Werkstoff mit geringer innerer Reibung ausgebildet ist. Zum Stand der Technik wird neben den Schriften DE 10 2015 208 785 A1 und DE10 2009 047 144 A1 auf die Schriften DE 10 2015 008 622 B3 und DE 10 2013 211 660 A1 verwiesen.
  • Die letztgenannte Schrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Höhenverstellung des über eine Tragfeder anteilig auf einem radführenden Lenker einer Fahrzeug-Achse abgestützten Aufbaus eines von einem Antriebsaggregat angetriebenen zweiachsigen Kraftfahrzeugs, wobei der vertikale Abstand zwischen den beiden Abstützpunkten der Tragfeder durch örtliche Verlagerung des auf dem gegenüber dem Fzg.-Aufbau verschwenkbaren Lenker liegenden Abstützpunktes der Tragfeder veränderbar ist. Dabei ist anstelle eines (im Stand der Technik vorgesehenen) Aktuators zur Verlagerung des Tragfeder-Abstützpunktes eine ansteuerbare Feststelleinheit für den verlagerbaren Tragfeder-Abstützpunkt vorgesehen, mit welcher dieser verlagerbare Tragfeder-Abstützpunkt gegenüber dem Lenker angesteuert von einer elektronischen Steuereinheit fixierbar oder lösbar ist, und es ist die elektronische Steuereinheit weiterhin dazu vorgesehen, bei gelöster Feststelleinheit über das Antriebsaggregat ein Antriebsmoment auf das mittels des Fahrzeug-Bremssystems zumindest teilweise gebremste Fahrzeug wirken zu lassen, dessen Antriebsstützwinkel und/oder Bremsstützwinkel eine vertikale Relativbewegung zwischen dieser Achse und dem Fahrzeug-Aufbau hervorruft, welche eine Verlagerung des verlagerbaren Tragfeder-Abstützpunktes bewirkt oder verursacht. Ohne einen kraftaufwändigen Aktuator, wie er beispielsweise in einem System nach den beiden eingangs erstgenannten Schriften erforderlich ist, kann damit eine Höhenverstellung des Fahrzeug-Aufbaus vorgenommen werden. Auch die eingangs an dritter Stelle genannte DE 10 2015 008 622 B3 nutzt das Höhenverstell-Prinzip der DE 10 2013 211 660 A1 (mit dem Bremsstützwinkel), benötigt aber weiterhin zur Befüllung der als Luftfeder ausgebildeten Tragfeder einen Druckluftspeicher und somit neben der Energie des Fahrzeugs-Antriebsaggregats zusätzliche Energie zur Veränderung des Fahrzeug-Höhenstandes.
  • Vorliegend soll eine Fahrzeug-Radaufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, bei welcher alleine die Energie des Antriebsaggregats zur Höhenverstellung des Fahrzeug-Aufbaus ausreicht, ohne dass eine relativ aufwändige Verlagerung des Tragfeder-Abstützpunktes dargestellt werden muss (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und ist für eine Fahrzeug-Radaufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Federelement in einem mittels eines Sperrventils hydraulisch vollständig absperrbaren Arbeitsraum eines Hydraulikzylinders angeordnet ist, dessen Volumen bei geöffnetem Sperrventil unter Aktivierung eines Fahrzeug-Antriebsaggregats mit gebremsten Fahrzeug-Rädern durch den Bremsstützwinkel und/oder Antriebsstützwinkel veränderbar ist und wobei für eine solche Volumenänderung des Arbeitsraumes Hydraulikmedium durch das geöffnete Sperrventil strömen kann. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist neben einem Zusatz-Federelement ein hydraulischer Stützzylinder (vorliegend nur Hydraulikzylinder genannt) zur Abstützung des Zusatz-Federelementes vorgesehen, wobei das Zusatz-Federelement in einem Arbeitsraum des Stützzylinders eingespannt ist. In Abhängigkeit davon, ob das Volumen des hydraulischen Arbeitsraums durch einen zuschaltbaren oder abschaltbaren Austausch von Hydraulikmedium mit einem sog. Hydraulik-Ausgleichsraum veränderbar ist oder nicht, kann das Zusatz-Federelement aktiv oder passiv geschaltet werden. Vorzugsweise steht der Fahrzeug-Aufbau mit vergrößertem Arbeitsraum des Stütz- oder Hydraulikzylinders höher über der Fahrbahn als bei verkleinertem Arbeitsraum. Im letztgenannten Fall ist das Zusatz-Federelement deaktiviert, sodass bei geringerem Fahrzeug-Höhenstand nur die Tragfeder wirkt. Bei vergrößertem Fahrzeug-Höhenstand und vergrößertem Arbeitsraum des Stütz- oder Hydraulikzylinders hingegen kommt zusätzlich zur Tragfeder das dann mit dieser funktional in Reihe geschaltete Zusatz-Federelement zur Wirkung, so dass dann die Gesamtfederrate von Tragfeder und Zusatz-Federelement und somit die der Federsteifigkeit der Radaufhängung geringer ist als bei ausschließlicher Wirkung nur der Tragfeder. Vorteilhafterweise ist damit (insbesondere an einem zweispurigen Kraftfahrzeug oder Personenkraftwagen) ein tiefergelegtes Fahrwerk mit härter Federung realisierbar, während bei größerem Fahrzeug-Höhenstand komfortorientiert eine weichere Federung dargestellt ist. Ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass dieser erfindungsgemäß vorgesehene Hydraulikzylinder (oder Stützzylinder) nicht als Schwingungsdämpfer wirkt oder wirken kann, da entweder ein Austausch von Hydraulikmedium zwischen dem Arbeitsraum und einem Ausgleichsraum verhindert ist oder indem im Falle eines ermöglichten Austauschs von Hydraulikmedium dieser Austausch im Wesentlichen oder nahezu ungedrosselt erfolgen kann. Dabei ist bei der Auslegung der vorstehenden Begriffe „im Wesenltichen“ oder „nahezu“ die relativ geringe Hubgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug-Aufbau und dem Fahrzeug-Rad zu berücksichtigen. Auch ist das genannte Hydraulikmedium zwar im Wesentlichen, aber auch nur im Wesentlichen inkompressibel.
  • Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung eines lediglich in einer Prinzipskizze dargestellten Ausführungsbeispiels hervor, wobei 1 die Verhältnisse bei größerem Fahrzeug-Höhenstand zeigt, während in 2 der tiefergelegte Zustand dargestellt ist. Gezeigt ist dabei jeweils eine Ansicht von hinten (in Fahrzeug-Fahrtrichtung betrachtet) auf das linke Hinterrad eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise Personenkraftwagens.
  • Der nur bruchstückhaft dargestellte Aufbau des Fahrzeugs ist mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet und anteilig auf dem gezeigten linken Hinterrad 2 des Fahrzeugs abgestützt, und zwar - wie grundsätzlich üblich - über eine als Wendelfeder ausgebildete Tragfeder 5, welche einerseits auf einem radführenden Lenker 3 abgestützt ist, der (wie üblich) in einem Gelenk 4 am Fahrzeug-Aufbau gelagert bzw. abgestützt ist. Mit ihrem dem Lenker 3 abgewandten Ende jedoch ist die Tragfeder 5 (abweichend vom üblichen Stand der Technik) an einem Hohlzylinder 6a eines Hydraulikzylinders 6 abgestützt, innerhalb dessen ein Stützkolben 6b vorgesehen bzw. geführt ist. Der Stützkolben 6b des Hydraulikzylinders 6 ist vorliegend direkt am Fahrzeug-Aufbau 1 abgestützt oder befestigt, so dass der Hohlzylinder 6a des Hydraulikzylinders 6 gegenüber dem Stützkolben 6b und somit gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau 1 verlagerbar ist, und zwar im Wesentlichen in Vertikalrichtung (senkrecht zur Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug steht) und somit in Wirkrichtung der Tragfeder 5.
  • Innerhalb des Hohlzylinders 6a des Hydraulikzylinders 6 ist zwischen dem Boden des Hohlzylinders 6a und der dem Fahrzeug-Aufbau 1 abgewandten Stirnseite des Stützkolbens 6b ein Arbeitsraum 7 gebildet. Dieser Arbeitsraum 7 ist mit einem Hydraulikmedium befüllt und es ist in diesem Arbeitsraum 7 ein Zusatz-Federelement 11 zwischen der Stirnseite des Stützkolbens 6b und dem dieser Stirnseite zugewandten Boden des Hohlzylinders 6a eingespannt. Dieses Zusatz-Federelement 11 ist - ebenso wie vorliegend die Tragfeder 3 - nicht als Fluidfeder (oder Gasfeder) sondern als Wendelfeder oder - wie es in der internationalen Patentklassifikation heißt - in einem Werkstoff mit geringer innerer Reibung ausgebildet.
  • Der Stützkolben 6b des Hydraulikzylinders 6, welcher auch als hydraulischer Stützzylinder bezeichnet werden kann, ist zumindest partiell hohl ausgebildet und es ist in dessen dem Arbeitsraum 7 zugewandter Stirnseite bzw. in dieser Stirnwand ein Sperrventil 9 vorgesehen, welches eine (zeichnerisch nicht dargestellte und die besagte Stirnwand durchdringende) Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 7 und dem hohlen Innenraum 8 des Stützkolbens 6b freigeben oder absperren kann. Dabei befindet sich auch im hohlen Innenraum 8 des Stützkolbens 6b eine gewisse Menge von Hydraulikmedium (wie im Arbeitsraum 7), jedoch ist der Innenraum 8 nicht vollständig mit Hydraulikmedium befüllt sondern es steht dieses Hydraulikmedium im Innenraum 8 unter einem geringen Druck durch ein Gasvolumen 10, welches zwischen dem Oberflächenspiegel des durch Punkte figürlich dargestellten Hydraulikmediums im Innenraum 8 und (hier in der vereinfachten Prinzipskizze dem Boden des Fahrzeug-Aufbaus 1 vorgesehen ist. Ausdrücklich sei erwähnt, dass dieses Gasvolumen 10 keine direkte oder signifikante Auswirkung auf die im weiteren erläuterte Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung hat, sondern im Wesentlichen dazu dient, ein Schäumen oder extremes Schwappen oder dgl. des Hydraulikmediums im Innenraum 8, welcher auch als Hydraulik-Ausgleichsraum 8 bezeichnet wird, zu verhindern. Zwar sind dabei - wie ersichtlich - das Zusatz-Federelement 11 und die durch das Gasvolumen 10 gebildete Gasfeder, für welche ebenfalls die Bezugsziffer 10 verwendet wird, einander parallel geschaltet, d.h. sie wirken mit gleichem Federweg, jedoch kann, da das Zusatz-Federelement 11 eine wesentlich größere Federsteifigkeit als die Gasfeder 10 besitzt, letztere hinsichtlich ihrer Wirkung vernachlässigt werden.
  • Wenn das Sperrventil 9 in der Stirnseite des Stützkolbens 6b geöffnet ist, so ist ein Übertritt von Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 7 in den Hydraulik-Ausgleichsraum 8 und umgekehrt möglich. Damit ist eine Verlagerung des Hohlzylinders 6a des Hydraulikzylinder 6 gegenüber dessen Stützkolben 6b möglich. Damit ist der am Hohlzylinder an einem Steg S desselben abgestützten Tragfeder 5 das im Hydraulikzylinder 6 vorgesehene Zusatz-Federelement 11 in Reihe (= Serie) geschaltet, d.h. hintereinander wirkend, wobei die Federkräfte in diesen beiden Federelementen (Tragfeder 5 und Zusatz-Federelement 11) dann gleich sind. Die Summen-Federsteifigkeit dieser beiden in Serie geschalteten Federelemente ergibt sich aus dem Reziprokwert der Summen der einzelnen Reziprokwerte der Federsteifigkeiten. Somit ist die Summensteifigkeit der beiden besagten Federelemente (Tragfeder 5 und Zusatz-Federelement 11) stets geringer als eine der beiden Federsteifigkeiten dieser beiden Federelemente, und insbesondere geringer als jene der Tragfeder 3 für sich alleine.
  • Wenn das Sperrventil 9 geschlossenem ist, so kann kein Austausch von Hydraulikmedium zwischen dem Arbeitsraum 7 und dem Hydraulik-Ausgleichsraum 8 (= Innenraum 8 des Stützkolbens 6c) erfolgen, so dass der Hohlzylinder 6a keine nennenswerte (Relativ)-Bewegung gegenüber dem Stützkolben 6b ausführen kann. Es sind allenfalls sehr geringe Relativbewegungen im Rahmen der Kompressibilität des Hydraulikmediums beim „Einfedern“ möglich, während sich beim Ausfedern, d.h. einer Bewegung des Fahrzeug-Aufbaus 1 vom Rad 2 weg ein geringer Unterdruck im Arbeitsraum 7 bilden kann. Bei einer solchen Ausfederbewegung sind die maximal wirkenden Kräfte üblicherweise geringer als beim Einfedern, wobei ein solcher Unterdruck auch nur zeitlich sehr kurzfristig auftreten wird. Es kann daher gesagt werden, dass bei geschlossenem Sperrventil 9 das Zusatz-Federelement 11 praktisch wirkungslos bleibt, so dass dann alleine die Tragfeder 5 die Federsteifigkeit der jeweiligen Fahrzeug-Achse abbildet.
  • Somit ermöglicht eine Umschaltung zwischen geöffnetem Sperrventil 9 und geschlossenem Sperrventil 9 eine Darstellung von zwei unterschiedlichen Federsteifigkeiten, nämlich entweder mit Wirkung alleine der Tragfeder 5, oder mit Wirkung des Zusatz-Federelementes 11 in Reihe geschaltet mit der Tragfeder 5. Vorteilhafterweise kann hierfür der Fahrzeug-Höhenstand, d.h. der vertikale Abstand des Fahrzeug-Aufbaus 1 von der Fahrbahn einfach in geeigneter Weise eingestellt werden, wie im Weiteren erläutert wird.
  • Wird das Fahrzeug beispielsweise an der Hinterachse gebremst und gleichzeitig über die Antriebseinheit des Fahrzeuges ein in übliche Fahrtrichtung (d.h. vorwärts) gerichtetes Antriebsmoment auf die Räder aufgebracht, so verursacht der Bremsstützwinkel ein Einfedern des Fahrzeugs insbesondere bei Fahrzeug-Stillstand. Dabei kann die Auslegung des beschriebenen Systems derart getroffen sein bzw. es sind im Ausführungsbeispiel der Hydraulikzylinder 6 und die Tragfeder 5 solchermaßen dimensioniert und angeordnet, dass die Tragfeder 5 bei minimalem Volumen des Arbeitsraumes 7 des Hydraulikzylinders 6 unter funktionaler Umgehung des Zusatz-Federelements 11 direkt (oder quasi direkt) am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist. Dieser Zustand ist in 2 dargestellt. Indem dabei der Steg S des Hohlzylinders 6a, an welchem die Tragfeder 5 abgestützt ist, an der dem Fahrzeug-Aufbau 1 zugewandten Stirnseite des Hohlzylinders 6a vorgesehen ist, kann dieser Steg T mit seiner der Tragfeder 5 abgewandten Seite unter Nutzung des Bremsstützwinkels (vgl. oben) bei geöffnetem Sperrventil 9 zur Anlage am Unterboden des Fahrzeug-Aufbaus 1 gebracht werden. Wird mit Erreichen dieses Zustands das Sperrventil 9 geschlossen, so behält der Fahrzeug-Aufbau 1 auch nach Rücknahme des Antriebsmomentes, d.h. wenn kein Bremsstützwinkel mehr vorliegt, diese tiefergelegte Position Und da bei geschlossenem Sperrventil 9 das Zusatz-Federelement 11 nicht wirksam wird, ist in dieser tiefergelegten und üblicherweise einen Sport-Zustand abbildenden Position gleichzeitig eine erhöhte Federsteifigkeit aufgrund der der jetzt alleinig wirkenden Tragfeder 5 dargestellt. Wird dann zu einem späteren Zeitpunkt das Sperrventil 9 geöffnet, was ebenso wie dessen Schließen vom Fahrer des Fahrzeugs oder einer elektronischen Steuereinheit vorgegeben und durch einen geeigneten Aktuator realisiert werden kann, so wird unter (nun möglichem) Wirken des Zusatz-Federelements 11 der Hohlzylinder 6a des Hydraulikzylinders 6 (mit dem Steg T) in Richtung zur Fahrbahn hin verschoben, so dass sich der Zustand nach 1 ergibt. Hier ist ein komfortabler größer Fahrzeug-Höhenstand dargestellt mit vorteilhafterweise komfortablerer da weicherer Federsteifigkeit (des Gesamtsystems, d.h. von Tragfeder 5 und Zusatz-Federelement 11). Somit ist mit vorliegendem System eine Federratenschaltung in Kombination mit einer Tieferlegung des Fahrzeug-Aufbaus unter Nutzung der Fahrzeug-Antriebseinheit und der Bremsen des Fahrzeugs gegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015208785 A1 [0001]
    • DE 102009047144 A1 [0001]
    • DE 102015008622 B3 [0001, 0002]
    • DE 102013211660 A1 [0001, 0002]

Claims (4)

  1. Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder (5) und einem mit der Tragfeder (5) in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement (11) zur Veränderung der Federsteifigkeit der Radaufhängung und des Höhenstandes des Fahrzeug-Aufbaus (1) über der Fahrbahn, welches nicht als Fluidfeder sondern in einem Werkstoff mit geringer innerer Reibung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Federelement (11) in einem mittels eines Sperrventils (9) hydraulisch vollständig absperrbaren Arbeitsraum (7) eines Hydraulikzylinders (6) angeordnet ist, dessen Volumen bei geöffnetem Sperrventil (9) unter Aktivierung eines Fahrzeug-Antriebsaggregats mit gebremsten Fahrzeug-Rädern durch den Bremsstützwinkel und/oder Antriebsstützwinkel veränderbar ist und wobei für eine solche Volumenänderung des Arbeitsraumes (7) Hydraulikmedium durch das geöffnete Sperrventil (9) strömen kann.
  2. Fahrzeug-Radaufhängung nach Anspruch 1, wobei ein Stützkolben (6b) des Hydraulikzylinders (6) am Fahrzeug-Aufbau (1) abgestützt ist und die Tragfeder (5) an einem den Stützkolben (6b) führenden Hohlzylinder (6a) des Hydraulikzylinders (6) abgestützt ist.
  3. Fahrzeug-Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hydraulikzylinder (6) und die Tragfeder (5) solchermaßen dimensioniert und angeordnet sind, dass die Tragfeder (5) bei minimalen Arbeitsraum-Volumen des Hydraulikzylinders (6) unter funktionaler Umgehung des Zusatz-Federelements (11) quasi direkt am Fahrzeug-Aufbau (1) abgestützt ist.
  4. Fahrzeug-Radaufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Hydraulikzylinder (6) auf der dem Arbeitsraum (7) gegenüber liegenden Seite des Sperrventils (9) ein Hydraulik-Ausgleichsraum (8) vorgesehen ist, der ein auf das Hydraulikmedium wirkendes Gaspolster (10) enthält.
DE102018206605.1A 2018-04-27 2018-04-27 Fahrzeug-Radaufhängung mit einer Tragfeder und einem mit dieser in Reihe schaltbaren Zusatz-Federelement Pending DE102018206605A1 (de)

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CN201980025760.9A CN111971189B (zh) 2018-04-27 2019-03-27 具有悬架弹簧和能与该悬架弹簧串联连接的附加弹簧元件的车辆车轮悬挂系统

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