DE10047889B4 - Roll damper with additional function - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen und zum Verringern der Gefahr des Einknickens und/oder Ausbrechens beim Abbremsen für mindestens ein von einem Zugfahrzeug gezogenes Anhängersegment, bei welcher Relativbewegungen, um einen Momentanpol in Gierrichtung erfasst und daraus ein Signal für ein auf beiden Seiten unterschiedliches, zeitlich veränderliches Ansteuern der Radbremsen des Anhängers und der des Zugfahrzeuges so abgeleitet wird, dass der Relativbewegung um den Momentanpol entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit des Anhängersegmentes und die des Zugfahrzeuges um den Momentanpol oder eine Geschwindigkeit quer zur Fahrrichtung, erfasst wird, oder der Knickwinkel um dem Momentanpol erfasst und differenziert wird, oder die Winkelbeschleunigung um den Momentanpol erfasst und integriert wird und zur Regelung des auf beiden Seiten unterschiedlichen, zeitlich veränderlichen Ansteuerns der Radbremsen des Anhängers herangezogen wird, wobei die Phase der Bremsbetätigung an mindestens einem Anhängerrad, der Phase des Relativwinkels um den Momentanpol vorauseilt, und zur Regelung des auf beiden Seiten unterschiedlichen, zeitlich veränderlichen Ansteuerns der Radbremsen des Zugfahrzeuges verwandt wird, indem die Stärke des zurückdrehenden Momentes am Zugfahrzeug vom Integral der Winkelgeschwindigkeit um den Schwerpunkt des Zugfahrzeuges und der Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges abhängt.Device to dampen rolling movements and to reduce the risk of buckling and / or breaking out when braking for at least one trailer segment pulled by a towing vehicle, in which relative movements around a momentary center of gravity in the yaw direction are detected and a signal for a time-variable signal that is different on both sides Control of the wheel brakes of the trailer and that of the towing vehicle is derived in such a way that the relative movement around the instantaneous pole is counteracted, characterized in that the angular speed of the trailer segment and that of the towing vehicle around the instantaneous pole or a speed transverse to the direction of travel, or the articulation angle, is recorded is detected and differentiated around the instantaneous pole, or the angular acceleration around the instantaneous pole is detected and integrated and used to control the different, time-variable control of the trailer's wheel brakes on both sides, with the Brake actuation phase on at least one trailer wheel, the phase of the relative angle leading by the instantaneous pole, and used to regulate the different, time-variable control of the wheel brakes of the towing vehicle on both sides by determining the strength of the turning back moment on the towing vehicle from the integral of the angular speed around the The center of gravity of the towing vehicle and the angular speed of the towing vehicle depends.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen für mindestens ein von einem Zugfahrzeug gezogenes Anhängerfahrzeug und die Verbesserung der Bremsstabilität bei Zugfahrzeugen mit Anhänger oder Auflieger entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for damping rolling movements for at least one trailer vehicle pulled by a towing vehicle and improving the braking stability of towing vehicles with a trailer or semitrailer according to the preamble of claim 1.
Durch die
Bei diesem Schlingerdämpfer erfolgt die Dämpfung der Pendelbewegungen im Prinzip, durch Einbau eines Reglers, der die Anhängerbremsen betätigt und der, dem der Pendelschwingung zugrundeliegenden Drehmoment, ein Zusatzdrehmoment entgegenwirken lässt und so dieses vermeidet oder doch zumindest vermindert. Dabei wird eine seitlich auf den Kupplungspunkt ausgeübte Kraft gemessen, die je nach ihrer Größe und Richtung, einzugeordnetes Rad so abbremst, dass dieser seitlichen Kraft entgegengewirkt wird. Aus der Figur und Beschreibung folgt, dass bei maximaler Auslenkung des schlingernden Anhängers um den Momentanpol der Bremseneingriff an dem Rad, das der Neutralstellung am nächsten ist (innen), maximal wird. Das heißt, wenn das Anhängersegment um den Momentanpol im Uhrzeigersinn, in Fahrtrichtung gesehen nach links, ausgelenkt ist, bremst das rechte Rad des Anhängersegmentes und erzeugt dadurch ein Drehmoment, das dem rückstellende Moment entgegenwirkt und eine Zusatzkraft, die der Querkraft an der Anhängerkupplung entgegengerichtet ist. Die Erfassung der Querkraft kann durch Kraftmeßdosen, Wegmessung oder Winkelmessung an der Deichsel, Abweichung der Drehgeschwindigkeit der Deichselräder untereinander, Ableitung der Kraft aus der Winkelgeschwindigkeit des Drehwinkels der Deichsel, Wegaufnehmer bzw. Geschwindigkeitsaufnehmer erfolgen. Die Aktorik wird durch eine ABS-Pumpe, die durch den Regler eingeschaltet wird oder pneumatische oder hydraulische Speichereinrichtungen versorgt. Dabei findet keine Unterscheidung zwischen einer Deichselquerkraft, die durch eine Kurvenfahrt oder Richtungsänderung des Zugfahrzeug oder durch Schlingerbewegungen hervorgerufen wird, statt.With this roll damper, the pendulum movements are damped in principle by installing a controller that actuates the trailer brakes and that allows an additional torque to counteract the torque on which the pendulum oscillation is based, thus avoiding or at least reducing it. A force exerted laterally on the coupling point is measured, which, depending on its size and direction, brakes the assigned wheel so that this lateral force is counteracted. It follows from the figure and description that when the lurching trailer is deflected to the maximum around the momentary pole, the braking intervention on the wheel that is closest to the neutral position (inside) becomes maximum. This means that when the trailer segment is deflected clockwise around the momentary pole, seen in the direction of travel, to the left, the right wheel of the trailer segment brakes and thus generates a torque that counteracts the restoring moment and an additional force that counteracts the transverse force on the trailer coupling . The transverse force can be detected by load cells, distance measurement or angle measurement on the drawbar, deviation of the rotational speed of the drawbar wheels from one another, derivation of the force from the angular speed of the angle of rotation of the drawbar, displacement transducer or speed sensor. The actuators are supplied by an ABS pump that is switched on by the controller or by pneumatic or hydraulic storage devices. There is no distinction between a lateral tiller force that is caused by cornering or a change in direction of the towing vehicle or by rolling movements.
Aus der
Es ist zudem das Verfahren zur Stabilitätskontrolle bekannt, wie es in dem Patent
Das Fahrdynamik-System (siehe
Demgegenüber liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen und die Stabilität beim Abbremsen eines Anhängerfahrzeuges weiter zu verbessern.In contrast, the present application is based on the object of further improving a simply constructed device for damping rolling movements and the stability when braking a trailer vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This problem is solved by the features of the main claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are given in the subclaims.
Durch die Anpassung des Regelverhaltens an die Fahrgeschwindigkeit entsprechend dem Anspruch 2 sind die Dämpfungseigenschaften des Anhängers nicht mehr so stark von der Fahrgeschwindigkeit und der Knickwinkelamplitude der Störung, sondern hauptsächlich von dem Übertragungsverhalten (Schräglaufsteifigkeit, Seitensteifigkeit, dynamischen Nachlauf) der Reifen abhängig. Sowohl große wie auch kleine Schwingungen des Anhängers können durch die Erfindung gedämpft werden. Es bleibt auch bei höheren Geschwindigkeiten immer eine Grunddämpfung erhalten, somit können sich von außen angeregte Schwingungen nicht verstärken oder bei sehr hohen Geschwindigkeiten von alleine aufklingen. Bei ungünstigen Masseverhältnissen von Zugfahrzeug zu Anhänger oder Geschwindigkeiten, die über der kritischen Geschwindigkeit eines normalen Gespannes liegen, sind Ausweichmanöver und Spurwechsel sicher beherrschbar. Die Funktion der Auflaufbremse wird durch den Einbau der Erfindung nicht beeinträchtigt, bei gleichzeitigem Bremsen des Zugfahrzeugs, während der Anhänger schlingert, wirken die errechneten Bremskräfte zusätzlich, je nach Bewegungsrichtung, Winkelgeschwindigkeit und Seite erhöhend oder verringernd.By adapting the control behavior to the driving speed according to claim 2, the damping properties of the trailer are no longer so strongly dependent on the driving speed and the articulation angle amplitude of the disturbance, but mainly on the transmission behavior (slip stiffness, lateral stiffness, dynamic caster) of the tires. Both large and small vibrations of the trailer can be dampened by the invention. Basic damping is always retained even at higher speeds, so that externally stimulated vibrations cannot be amplified or can be heard on their own at very high speeds. In the case of unfavorable mass ratios between the towing vehicle and the trailer or speeds that are above the critical speed of a normal combination, evasive maneuvers and lane changes can be safely controlled. The function of the overrun brake is not impaired by the installation of the invention; if the towing vehicle is braked at the same time while the trailer is rolling, the calculated braking forces also increase or decrease depending on the direction of movement, angular speed and side.
Die Funktionsweise der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher verdeutlicht.The mode of operation of the invention is illustrated in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:
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1 den Einfluß der Dämpfung auf den zeitlichen Ablauf von Pendelschwingungen, ohne Dämpfung. -
2 den Einfluß der Dämpfung auf den zeitlichen Ablauf von Pendelschwingungen, mit Dämpfung, durch Anbremsen der Räder, wobei die Größe der Bremskraft der einzelnen Räder zu bestimmten Zeitpunkten dargestellt wird. -
3 die Ansteuerung der Bremsen beim Zugfahrzeug bei extremer Verzögerung.
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1 the influence of damping on the timing of pendulum oscillations without damping. -
2 the influence of damping on the timing of pendulum oscillations, with damping, by braking the wheels, whereby the magnitude of the braking force of the individual wheels is shown at certain times. -
3 the activation of the brakes on the towing vehicle in the event of extreme deceleration.
Wie oben schon erwähnt ist die Dämpfungeigenschaft des Systems zu erhöhen. Dazu ist es notwendig Informationen über den Schwingungszustand des System zu erhalten. Mögliche Informationsquellen sind Sensoren, die den Knickwinkel zwischen den beiden Längsachsen differenzieren, oder die Winkelgeschwindigkeit des Anhängers messen, oder eine Winkelbeschleunigung oder für kleine Winkel eine seitliche Beschleunigung in Schwerpunktnähe des Anhängers integrieren. Dieser Information, unter Berücksichtigung des Fahrverhaltens und der Fahrgeschwindigkeit entsprechend, muß nun ein, zeitlich in seiner Größe veränderliches, Moment auf den Anhänger wirken, das dem rückstellenden Moment, das durch die seitliche Auslenkung des Anhänger entsteht, phasenverschoben der Auslenkung vorauseilend wirkt. Das Rückstellmoment ist, bei kleinen Auslenkungen von ca. 2 ....6 Grad, der Auslenkung des Anhängers und/oder dem Schräglaufwinkel der Reifen und/oder Bremsmoment des Anhänger ohne Schlingerdämpfung proportional.As already mentioned above, the damping properties of the system must be increased. To do this, it is necessary to receive information about the vibration state of the system. Possible sources of information are sensors that differentiate the articulation angle between the two longitudinal axes, or measure the angular speed of the trailer, or integrate an angular acceleration or, for small angles, a lateral acceleration near the center of gravity of the trailer. Corresponding to this information, taking into account the driving behavior and the driving speed, a moment that changes in size over time must act on the trailer, which precedes the restoring moment caused by the lateral deflection of the trailer, out of phase. With small deflections of approx. 2 ... 6 degrees, the restoring torque is proportional to the deflection of the trailer and / or the slip angle of the tires and / or the braking torque of the trailer without roll damping.
Dabei bedeutet der Fahrgeschwindigkeit entsprechend, dass sich der Einfluß der Regelung an die Fahrgeschwindigkeit anpaßt. Bei Geschwindigkeit bis 10 m/s ist die Gefahr des Schlingerns bei normal beladen Anhängern gering. In diesen Fall kann die Wirkung der Aktorik reduziert werden oder ganz abgeschaltet werden. Dieses Abschalten der Aktorik kann manuell oder automatisch durch einen Fahrgeschwindigkeitsgeber oder durch mindestens einen Drehzahlgeber, der die Drehzahl von mindestens einem Rad des Anhängers oder Gespanns mißt, erfolgen, wobei der Regler,mit einer zeitlichen Verzögerung
Eine Reduzierung der Wirkung der Aktorik kann, durch eine Reduzierung des Sensorsignals, oder durch ein Reduzierung der Verstärkung des Sensorsignals, der Drehgeschwindigkeit des Anhängers um die Hochachse, erreicht werden. Durch Filterung der Information über die Drehgeschwindigkeit des Anhängers kann der Bereich des Übertragungsverhaltens von 0,2 Hz bis 3 Hz angehoben und bei Bereichen unter 10 Hz abgesenkt werden. Eine Verbesserung der Informationsverarbeitung ist durch eine Filterung der Information durch einen Tiefpaß oder Hochpaß oder einer Kombination beider Arten möglich, um störende Messsignale zu unterdrücken oder die Dynamik des verwendeten Sensors anzupassen.The effect of the actuators can be reduced by reducing the sensor signal or by reducing the amplification of the sensor signal, the rotational speed of the trailer around the vertical axis. By filtering the information about the speed of rotation of the trailer, the range of the transmission behavior can be increased from 0.2 Hz to 3 Hz and reduced for ranges below 10 Hz. The information processing can be improved by filtering the information using a low-pass or high-pass or a combination of both types in order to suppress interfering measurement signals or to adapt the dynamics of the sensor used.
Durchfährt das Zugfahrzeug mit dem Anhänger mit höherer Geschwindigkeit (v ca. 20 ... 35 m/s) eine Kurve (R ca. 200 .... 400 m), so dreht sich auch der Anhänger mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit v/R. Bei kleinen seitlichen Auslenkungen (ca. 0,1 m, 1,5 Grad), die sich bei Überschreiten der kritischen Geschwindigkeit rasch vergrößern (D ca. -0,05), liegt diese Winkelgeschwindigkeit in einem Bereich, in dem die Aktorik des Anhängers mindestens ein Rad der entsprechenden Seite des Anhängers verzögert.If the towing vehicle with the trailer drives through a curve (R approx. 200 ... 400 m) at a higher speed (v approx. 20 ... 35 m / s), the trailer also rotates at a certain angular speed v / R . In the case of small lateral deflections (approx. 0.1 m, 1.5 degrees), which increase rapidly when the critical speed is exceeded (D approx. -0.05), this angular speed is in a range in which the trailer's actuators at least one wheel on the corresponding side of the trailer decelerates.
Entsprechend einer voreingestellten Sollwinkelgeschwindigkeit und Istwinkelgeschwindigkeit des Anhängers wird die Aktorik, unter Berücksichtigung der Spurweite, des Masseträgheitsmomentes J des Anhängers, angesteuert, die ein auf beiden Seiten unterschiedliches, zeitlich veränderliches Abbremsen der Anhängerräder bewirkt. Dabei wird mindestens ein Rad der Seite des Anhängersegments angesteuert, welche sich in Richtung der seitlichen Bewegungsrichtung des Anhängersegmentes befindet. Dabei ist die Phasenvoreilung der Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem Relativwinkel zwischen den Fahrzeuglängsachsen oder einer anderen physikalischen Größe oder Information, die dem zeitlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des Anhängers folgt, zu beachten.According to a preset target angular speed and actual angular speed of the trailer, the actuator system, taking into account the track width, the moment of inertia J of the trailer, is activated, which causes different, temporally variable braking of the trailer wheels on both sides. At least one wheel on the side of the trailer segment that is in the direction of the lateral direction of movement of the trailer segment is controlled. The phase advance of the angular speed with respect to the relative angle between the longitudinal axes of the vehicle or some other physical quantity or information that follows the time profile of the angular speed of the trailer must be taken into account.
Als Sensoren für die Winkelgeschwindigkeit dienen beispielsweise verschiedene Arten von Kreiselsystemen, mechanische, faseroptische, gas rate sensor Kreiselsensoren, Drehratensensoren, (Stimmgabel, Piezoelektrische Vibrations Prismen oder Ringe, Halbkugeln, Zylinder, Coriolseffekt)und/oder durch Differenzbildung zwischen mehreren Beschleunigungsmessern unterschiedlicher Lage und deren Integration, oder durch Coriolisbeschleunigung und/oder andere Meßgeräte, die Informationen über die Drehgeschwindigkeit liefern.Various types of gyro systems, mechanical, fiber optic, gas rate sensor gyro sensors, yaw rate sensors (tuning fork, piezoelectric vibration prisms or rings, hemispheres, cylinders, Coriol effect) and / or by forming the difference between several accelerometers in different positions and their respective positions serve as sensors for the angular velocity Integration, or by Coriolis acceleration and / or other measuring devices that provide information about the rotational speed.
Eine weitere Möglichkeit ist die seitliche Auslenkung des Anhänger optisch, elektronisch, mechanisch, induktiv, kapazitiv, hydraulisch, pneumatisch zu messen und diese Information zu Differenzieren oder seitliche Beschleunigungen oder ersatzweise Kräfte zu integrieren um dann Seitenführungskräfte und/oder den Rollwiderstand der Rädern entsprechend zu verändern. Die Fahrwiderstände der entsprechenden Seite müssen den Informationen über die derzeitige Winkelgeschwindigkeit des Anhängersegments, durch die Aktorik möglichst zeitnah folgen. Verzögerungen durch Berechnung der Bremskräfte, Ansteuerung der Aktorik und Wirkung der Kraft auf das Anhängersegment oder den Anhänger sind nur bis maximal 0,2 ..0,24 der Schwingungsdauer zulässig. Durch den Einbau von Messinstrumenten in das Zugfahrzeug die Informationen über Drehgeschwindigkeit um die Hochachse und/oder die Seitenbeschleunigung und/oder den Lenkwinkel bereitstellen, kann ein Verreißen der Lenkung erkannt werden.Another possibility is to measure the lateral deflection of the trailer optically, electronically, mechanically, inductively, capacitively, hydraulically, pneumatically and to differentiate this information or to integrate lateral accelerations or alternatively forces in order to then change the cornering forces and / or the rolling resistance of the wheels accordingly . The driving resistances on the corresponding side must follow the information about the current angular speed of the trailer segment from the actuators as promptly as possible. Delays caused by calculating the braking forces, activating the actuators and the effect of the force on the trailer segment or the trailer are only permitted up to a maximum of 0.2-0.24 of the period of oscillation. By installing measuring instruments in the towing vehicle that provide information about the rotational speed around the vertical axis and / or the lateral acceleration and / or the steering angle, tearing of the steering can be detected.
Durch den Einbau eines Sensors aus dem die Neigung der Fahrbahn erfaßt wird, ist es möglich die Abbremsung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers auf beiden Seiten unterschiedlich durchzuführen. Bei einer Neigung der Fahrbahn nach rechts ist die linke Seite des Anhängers bzw. des Zugfahrzeuges stärker zu verzögern. Ändert sich in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse um mit einer bestimmten Geschwindigkeit kann dieser Wert integriert oder aufsummiert oder ein entsprechender aus der Seitenbeschleunigung oder auf andere Weise ermittelt werden.By installing a sensor from which the inclination of the roadway is detected, it is possible to brake the towing vehicle and / or the trailer differently on both sides. If the lane slopes to the right, the left side of the trailer or the towing vehicle must be decelerated more. If, as a function of the driving speed, the angular speed around the longitudinal axis changes by a certain speed, this value can be integrated or added up or a corresponding value can be determined from the lateral acceleration or in some other way.
Die Zuordnung der Bremskräfte beim Zugfahrzeug beim starken Abbremsen ist wie folgt. Dreht sich das Anhängersegment um seinen Schwerpunkt von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn wird mindestens ein Rad der rechten Seite des Anhängers stärker abgebremst als das Rad der linken Seite, oder beim Überschreiten der Haftungsgrenze mindestens eines linken Seite weniger stark abgebremst. Durch das Integrieren der Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges und der Winkelgeschwindigkeit am Anhängersegmet wird bei mindestens einem Rad der in Fahrtrichtung gesehene rechte Seite des Zugfahrzeuges oder des vorausfahrenden Anhängersegment sind die Bremskräfte zu verringern und/oder auf deren linken Seite zu erhöhen, soweit die Haftung der Reifen nicht überschritten wird. Im ersten Augenblick wird der Anteil der Differenz der Winkelgeschwindigkeiten aus der Drehung des Zugfahrzeuges in Relation zum Anhängersegment sehr schnell ansteigen und beim Eintreten der Wirkung des zurückstellenden Moment am Zugfahrzeug allmählich zurückgehen. Durch Verändern des Verhältnisses aus den Anteilen durch Integration der Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges und Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges kann das Einschwingverhalten verändert werden.The assignment of the braking forces on the towing vehicle when braking hard is as follows. If the trailer segment rotates counterclockwise around its center of gravity, at least one wheel on the right side of the trailer is braked more strongly than the wheel on the left side, or if the limit of liability is exceeded, at least one left side is braked less. By integrating the angular speed of the towing vehicle and the angular speed on the trailer segment, the braking forces on the right side of the towing vehicle (seen in the direction of travel) or the trailer segment in front of them are to be reduced and / or increased on the left side of at least one wheel if the grip of the tires is not is exceeded. At the first moment, the proportion of the difference in the angular speeds from the rotation of the towing vehicle in relation to the trailer segment will increase very quickly and gradually decrease when the effect of the restoring moment on the towing vehicle occurs. By changing the ratio of the components by integrating the angular speed of the towing vehicle and the angular speed of the towing vehicle, the transient behavior can be changed.
Die Erfindung kann sowohl bei einachsigen als auch bei mehrachsigen oder mehrgliederigen Fahrzeugkombinationen eingesetzt werden,wobei für jedes Segment der Fahrzeugkombination, die dem Zugfahrzeug folgt, eine Sensor-Aktoreinheit eingebaut ist. Auf die Aktorik in dem letzten und ersten Anhängersegment sollte nicht verzichtet werden.The invention can be used both in single-axle and in multi-axle or multi-member vehicle combinations, a sensor / actuator unit being installed for each segment of the vehicle combination that follows the towing vehicle. The actuators in the last and first trailer segment should not be dispensed with.
Ein Segment besteht aus mindestens einem Teil, welches die Seitenführungskräfte in Abhängigkeit der Auslenkung oder Schräglaufes überträgt und Verbindungsmittel zu dem vorausfahrenden Segment oder Zugfahrzeug besitzt, wie z. B. achsschenkel- oder drehschemelgelenkte Achsen mit den entsprechenden Deichsel oder Lenk- oder Starrachsen mit den dazugehörigen „Rahmen“, bei mehrachsigen Anhänger, oder Sattelzug-, Zentralachs-, Einachs-, Tandemachsanhänger.A segment consists of at least one part that transmits the cornering forces depending on the deflection or skew and has connecting means to the preceding segment or towing vehicle, such as. B. A steering knuckle or turntable steered axles with the corresponding drawbar or steering or rigid axles with the associated "frame", for multi-axle trailers, or semitrailer, central-axle, single-axle, tandem-axle trailers.
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