DE102004036089A1

DE102004036089A1 - Verfahren zum Dämpfen von Gierschwingungen eines Anhängers

Info

Publication number: DE102004036089A1
Application number: DE200410036089
Authority: DE
Inventors: Hans Holst; Ingo Tha; Thomas Wolf
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2004-07-24
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Dämpfen von Gierschwingungen eines Kfz-Anhängers (2) vorgeschlagen. Beim Auftreten von Gierschwingungen werden einzelne oder alle Bremsen des Anhängers (2) betätigt und hierdurch die Gierschwingungen gedämpft. Das Erkennen einer Gierschwingung des Anhängers (2) erfolgt durch eine Überwachung und Auswertung der linken und rechten Raddrehzahlen vli, vre des Anhängers (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Dämpfen von Gierschwingungen eines von einem Zugwagen gezogenen Anhängers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Verfahren sind bereits bekannt.

So ist aus der EP 1 167 141 A1 ein Verfahren und ein System zur Verhinderung von Fahrzeug-Instabilitäten für einen Fahrzeugverbund aus einem Zugfahrzeug und einem Deichselanhänger bekannt. Dabei weist das Zugfahrzeug eine Sensorik zur Erfassung von Differenzen zwischen einem Kurswunsch des Fahrers und einer tatsächlichen Fahrbewegung auf (elektronisches Stabilitäts-Programm ESP). Zur Verbesserung des ESP ist bei einer erkannten Instabilität des Zugwagens eine zusätzliche Abbremsung des Anhängers vorgesehen. Dabei ist eine eigene Sensorik im Anhänger grundsätzlich nicht erforderlich. Es können jedoch zur weiteren Verbesserung des Verfahrens zusätzliche Sensoren im Anhänger angebracht werden, beispielsweise ein Querbeschleunigungs-Sensor.

Aus der DE 197 42 707 C2 ist weiter eine Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen für mindestens ein von einem Zugfahrzeug gezogenes Anhängersegment bekannt. Hierbei wird eine Schlingerbewegung durch eine veränderliche Winkelgeschwindigkeit des Anhängers um seinen Kupplungspunkt erkannt. Hierzu ist ein besonderer Sensor für den Knickwinkel der Anhängerdeichsel vorgesehen. Bei erkannter Schlingerbewegung werden danach die Radbremsen des Anhängers einzeln so angesteuert, dass ein der Schlingerbewegung entgegenwirkendes Drehmoment entsteht. Hierdurch wird das Gespann stabilisiert.

Schließlich ist aus der DE 197 08 144 A1 ein Verfahren zur Vermeidung von Pendelbewegungen der Deichsel eines Kfz-Anhängers bekannt. Dabei werden die Deichselräder derart gezielt durch deren Bremsen beeinflusst, dass ein Zusatzdrehmoment erzeugt wird, welches dem die Pendelbewegungen bewirkenden Drehmoment entgegenwirkt. Zum Erkennen der Pendelbewegung des Anhängers ist eine am Deichselende angeordnete Kraftmessdose oder ein Wegaufnehmer bzw. ein Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen.

Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass zum Erkennen von Pendelbewegungen bzw. von Gierschwingungen des Anhängers eine zusätzliche Sensorik im Anhänger oder an der Deichsel notwendig ist. Dies bedeutet jedoch einen erhöhten Kostenaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dämpfen von Gierschwingungen eines von einem Zugwagen gezogenen Anhängers anzugeben, bei welchem eine derartige zusätzliche Sensorik nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Anhängern angewendet, welche mit einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder einem elektronischen Bremssystem (EBS) ausgerüstet sind. Bei derartigen Systemen werden bekanntlich die Geschwindigkeiten der Räder von Vorder- und Hinterachse des Anhängers durch an den Rädern angeordnete Raddrehzahl-Sensoren abgefühlt und einer Auswerteelektronik zugeleitet. Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Verwendung der Ausgangsignale dieser Raddrehzahlsensoren zum Erkennen von Gierschwingungen des Anhängers werden vorteilhafterweise andere, besondere Sensoren wie Knickwinkelsensoren oder Querbeschleunigungssensoren eingespart.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Diese enthält in
1 eine schematische Darstellung eines Zugwagens mit angekoppeltem Deichselanhänger,
2 eine schematische Darstellung eines Zugwagens mit angekoppeltem Zentralachsanhänger, und
3 ein Diagramm mit den Raddrehzahlen der linken und rechten Räder eines Anhängers, der Drehzahldifferenz, sowie der Querbeschleunigung über der Zeit.
In 1 ist ein Zugwagen (1) mit einem angekoppelten Deichselanhänger (2) dargestellt. Die Räder der Vorderachse des Zugwagens sind mit bekannten Radsensoren (5, 6) versehen. Es handelt sich dabei um eine mit einem Magnetkern versehene Spule, die einem am Rad befestigten gezahnten Polrad gegenübersteht und bei Vorbeilauf der Zähne Impulse abgibt. Die Räder der Hinterachse des Zugwagens sind ebenfalls mit Radsensoren (7, 8) versehen. Die Ausgangssignale der genannten Radsensoren (5 bis 8) werden zur Auswertung einer Elektronik (3) zugeführt, welche mindestens ein Antiblockiersystem (ABS) oder ein elektronisches Bremssystem (EBS) enthält.
Der Zugwagen (1) weist weiter eine Anhängerkupplung (15) auf, in welche eine Deichsel (16) eines Anhänger (2) eingesteckt ist. Die Deichsel (16) ist mit der Vorderachse des Anhängers (2) verbunden. Diese ist um einen Drehpunkt (14) drehbar.
Die Räder von Vorderachse und Hinterachse des Anhängers sind ebenfalls mit Radsensoren (9 bis 12) versehen. Die Signale der Radsensoren werden einer Elektronik (4) zugeführt, welche ein Anhänger-ABS und/oder -EBS enthält. Die Elektronik (4) kann zusätzlich einen Querbeschleunigungssensor (13) enthalten.
Die 2 unterscheidet sich von der 1 lediglich dadurch, dass hier der Anhänger (2) als Zentralachsanhänger ausgebildet ist. Dieser weist zwei Achsen auf, die in der Mitte des Anhängers angeordnet sind und nicht lenkbar bzw. starr befestigt sind. Eine ebenfalls starr ausgebildete Verbindungsstange (17) ist wiederum in der Anhängerkupplung (15) des Zugwagens (1) schwenkbar eingesteckt. Durch die starren Achsen ist ein Zentralachsanhänger kostengünstiger als ein Deichselanhänger, neigt jedoch besonders zu Gierschwingungen.
Die Räder einer oder beider Achsen des Zentralachsanhängers, hier der hinteren Achse, sind mit Raddrehzahlsensoren (11, 12) versehen. Diese sind an eine Elektronik (4) angeschlossen, welche ein Anhänger-ABS und/oder -EBS enthält. Die Elektronik (4) kann zusätzlich einen Querbeschleunigungssensor (13) enthalten. Sie ist an einer geeigneten Stelle angeordnet.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Dämpfen von Gierschwingungen eines Anhängers wird im Folgenden anhand eines in der 3 dargestellten Diagramms näher erläutert.
Dieses zeigt über der Zeit t die Verläufe der linken und rechten Radgeschwindigkeit vli, vre der Räder der Hinterachse des Anhängers (2). Weiter ist der Betrag der Differenzgeschwindigkeit /Δv/, sowie eine hieraus berechnete Querbeschleunigungsgröße aq des Anhängers (2) eingezeichnet.
Zu Beginn des Diagramms (Zeit t0 bis t1) befindet sich der Anhänger in ruhiger Geradeausfahrt.
Ab dem Zeitpunkt t1 beginnen sich unerwünschte Gierschwingungen des Anhängers aufzubauen. Das bedeutet, dass der Anhänger in einer Schlangenlinie läuft. Hieraus resultieren unterschiedliche Radgeschwindigkeiten vli und vre, welche gegenphasig verlaufen.
Der Betrag /Δv/ der Differenz der linken und rechten Radgeschwindigkeiten weist die doppelte Frequenz der einzelnen Radgeschwindigkeiten auf.
Die oberste Linie des Diagramms der 3 zeigt eine Querbeschleunigungsgröße aq, welche aus der Differenz der Raddrehzahlen sowie dem Radstand des Anhängers (2) in der Elektronik (4) des Anhängers (2) berechnet worden ist. Eine derartige Berechnung ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der DE 100 17 045 A1 erläutert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun in der Elektronik (4) des Anhängers (2) eine Überwachung der linken und rechten Raddrehzahlen des Anhängers durchgeführt. Dabei können sowohl die Drehzahlen der Räder der Vorderachse wie auch der Räder der Hinterachse ausgewertet werden.
Die Elektronik (4) erkennt den in der 3 aufgezeichneten charakteristischen Verlauf der linken und rechten Raddrehzahlen vli, vre als Gierschwingung des Anhängers und trifft daraufhin Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers. Diese können aus einer Gesamtabbremsung sämtlicher Räder des Anhängers (2) bestehen. Es können aber auch einzelne Räder des Anhängers gezielt alternierend abgebremst werden, um ein Moment um die Hochachse des Anhängers zu erzeugen, welche den Gierschwingungen entgegengerichtet ist. Eine derartige Abbremsung ist aus der DE 197 42 797 C2 bekannt.
In der Elektronik (4) werden periodische Drehzahldifferenzen zwischen den rechten und linken Raddrehzahlen des Anhängers (2) ausgewertet. Diese müssen betragsmäßig eine vorgegebene Schwelle, z.B. 5 km/h, überschreiten, und eine Periodendauer von etwa 0,1 bis 1,0 Hz haben, um als Gierschwingungen erkannt zu werden. Eine solche Überschreitung einer vorgegebenen Schwelle (Δvmax) findet in der 3 zum Zeitpunkt t2 statt. Ab diesem Zeitpunkt werden die beschriebenen Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) eingeleitet. Diese wirken sich so aus, dass ab dem Zeitpunkt t3 die Gierschwingungen des Anhängers (2) beendet sind.
Anstelle der oben beschriebenen direkten Auswertung der Radgeschwindigkeiten ist es auch möglich, aus den Raddrehzahlen des Anhängers eine Querbeschleunigungsgröße aq zu berechnen und zur Erkennung von Gierschwingungen des Anhängers zu verwenden.
Dabei kann zusätzlich in der Anhängerelektronik (4) noch ein Querbeschleunigungssensor (13) angeordnet sein. Dieser kann in an sich bekannter Weise auch zur Überprüfung des berechneten aq-Wertes verwendet werden (Plausibilitäts-Prüfung). Dabei kann die zugehörige Anhängerelektronik (4) so arbeiten, dass nur eingegriffen bzw. gebremst wird, wenn beide aq-Werte, also der berechnete und der gemessene, eine vorgegebene Schwelle überschreiten.
Die so berechnete und/oder gemessene Querbeschleunigungsgröße aq wird in der Elektronik (4) mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, und bei periodischem Übertreffen dieses Schwellwertes werden Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) getroffen.
Aus Versuchsfahrten hat sich ergeben, dass bei einem Auftreten eines aq mit einer Frequenz von etwa 0,1 bis 1 Hz und mit einer betragsmäßigen Größe von etwa 0,05 bis 0,15 g mit Gierschwingungen des Anhängers gerechnet werden kann. Daraufhin werden wiederum die oben be schriebenen Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) eingeleitet.
Anstelle einer automatischen Abbremsung des Anhängers oder einzelner seiner Räder ist es auch möglich, lediglich dem Fahrer eine Anzeige zu geben, dass der Anhänger Gierschwingungen ausführt. Hierzu ist eine Signalverbindung zum Zugwagen (1) erforderlich. Der Fahrer kann daraufhin von sich aus seine Fahrgeschwindigkeit herabsetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei Sattelzügen anwendbar, wo Gierschwingungen des Aufliegers auftreten können. Weiter ist es auch für Zugwagen mit mehreren angekoppelten Anhängern anwendbar. Solche Gespanne sind als "road train" in Australien bekannt.

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Gierschwingungen eines von einem Zugwagen (1) gezogenen Anhängers (2), bei welchem das Auftreten von Gierschwingungen sensiert wird, und daraufhin Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) getroffen werden, und wobei mindestens der Anhänger (2) mit einer Elektronik (4) versehen ist, die ein Antiblockiersystem (ABS) und/oder ein elektronisches Bremssystem (EBS) enthält, mit welchem einzelne Raddrehzahlen des Anhängers (2) mittels Radsensoren (9 bis 12) messbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten von Gierschwingungen des Anhängers (2) durch eine Überwachung seiner Raddrehzahlen mittels der Radsensoren (9 bis 12) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten von Gierschwingungen des Anhängers (2) durch einen charakteristischen Verlauf seiner linken und rechten Raddrehzahlen erkannt wird, und bei Erkennung des Auftretens von Gierschwingungen Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) getroffen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbremsung des Anhängers (2) dann erfolgt, wenn periodische Drehzahldifferenzen zwischen den Drehzahlen der linken und rechten Rä der des Anhängers (2) auftreten, die betragsmäßig eine vorgegebene Schwelle überschreiten, und eine Periodendauer von etwa 0,1 bis 1 Hertz haben.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Raddrehzahlen des Anhängers (2) eine Querbeschleunigungsgröße aq berechnet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anhänger-Elektronik (4) zusätzlich ein Querbeschleunigungssensor (13) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete und/oder gemessene Querbeschleunigungsgröße aq mit einem Schwellwert verglichen wird, und bei periodischem Übertreffen des Schwellwerts Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) getroffen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten und die gemessenen Querbeschleunigungsgrößen aq zu einer gegenseitigen Plausibilitäts-Prüfung verwendet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) aus einer Gesamt-Bremsung aller Anhängerräder bestehen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Abbremsung des Anhängers (2) aus Einzelrad-Bremsungen der Anhängerräder bestehen.