DE102005023654A1 - Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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Jörg Grotendorst
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage, wobei die Niveauregelanlage eine Steuereinheit, eine Druckquelle und eine Drucksenke und mindestens einen Drucksensor aufweist und wobei dem Kraftfahrzeugrad ein Federelement zugeordnet ist, mit der der Fahrzeugaufbau gegenüber dem Kraftfahrzeugrad abgefedert ist, wobei die Niveauverstellgeschwindigkeit des Fahrzeugniveaus des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Kraftfahrzeugrad während eines Nieveauregelvorganges ermittelt wird und aus dem ermittelten Wert der Niveauverstellgeschwindigkeit ein erster Wert der Radaufstandskraft ermittelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades mit einer Niveauregelanlage, wobei die Niveauregelanlage eine Steuereinheit, eine Druckquelle, eine Drucksenke und mindestens einen Drucksensor aufweist, und wobei dem Kraftfahrzeugrad ein Federelement zugeordnet ist, mit der der Fahrzeugaufbau gegenüber dem Kraftfahrzeugrad abgefedert ist.
  • Moderne Kraftfahrzeuge verfügen häufig über mindestens ein Fahrstabilitätssystem, wie z.B. einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem elektronisch geregelten Stabilitätsprogramm (ESP), das eine ungewünschte Drehung des Kraftfahrzeuges um die Hochachse unterdrückt. Die heutigen Fahrstabilitätsprogramme überwachen mit Sensoren die Rotation der Räder des Kraftfahrzeuges und leiten daraus die für einen Regelvorgang notwendigen Regelgrößen, z.B. die Bremskraft an den einzelnen Rädern, ab. Die bestehenden Fahrstabilitätsprogramme ließen sich verbessern, wenn sich zusätzlich zu den Drehzahlen die Radaufstandskräfte der einzelnen Räder überwachen ließen. So ist es einleuchtend, dass bei einem Bremsvorgang ein Rad mit einer geringen Radaufstandskraft mit weniger Bremskraft zu beaufschlagen ist als ein Rad mit einer hohen Aufstandskraft, um in der gleichen Fahrsituation des Kraftfahrzeuges ein Blockieren des Rades zu unterdrücken. Darüber hinaus lassen sich aus den Radaufstandskräften weitere wichtige physikalische Größen des Kraftfahrzeuges, wie z.B. seine Gewichtskraft bzw. Masse des Fahrzeuges und die Achslastverteilungen berechnen. Es ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Radaufstandskräfte der Räder des Kraftfahrzeuges immer nur vor oder nach einem Niveauregelvorgang bestimmt werden können.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Radaufstandskraft eines Rades eines Kraftfahrzeuges während eines Niveauregelvorgangs auf einfache Art und Weise bestimmt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Niveauverstellgeschwindigkeit des Fahrzeugniveaus des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Kraftfahrzeugrad während eines Niveauregelvorganges ermittelt wird und aus dem ermittelten Wert der Niveauverstellgeschwindigkeit ein erster Wert der Radaufstandskraft ermittelt wird.
  • Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass in einem Kraftfahrzeug, das über eine Niveauregelanlage verfügt, die Radaufstandskräfte an den Rädern, denen ein Federelement zugeordnet ist, einfach berechnet werden können. Ist jedem Rad des Kraftfahrzeuges ein Federelement zugeordnet, so können die Radaufstandskräfte aller Räder des Kraftfahrzeuges bereits während eines Niveauregelvorganges berechnet werden. Es sind keine zusätzlichen Schaltvorgänge der Ventile zur Druckmessung oder ähnlichem notwendig, was die Lebensdauer der Ventile erhöht oder die Bauart der Ventile vereinfacht und somit Kosten reduziert. Die Niveauregelanlage braucht zur Berechnung der Radaufstandskräfte nicht über Bestandteile zu verfügen, die nicht ohnehin in einer herkömmlichen Niveauregelanlage vorhanden sind. Aus diesem Grund erhöhen sich die Kosten einer Niveauregelanlage, in der die Radaufstandskräfte berechnet werden, gegenüber einer herkömmlichen Niveauregelanlage nicht.
  • Bei der Berechnung des ersten Wertes der Radaufstandskraft ist in der Steuereinheit der Niveauregelanlage eine Tabelle oder eine Kennlinie abgespeichert, aus der der erste Wert der Radaufstandskraft aus dem ermittelten Wert der Niveauverstellgeschwindigkeit bestimmt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Zuordnung des Wertes der ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit zu einem ersten Wert der Radaufstandskraft in Abhängigkeit des Fahrzeugniveaus erfolgt. Der Vorteil ist, dass die Höhenabhängigkeit der Niveauverstellgeschwindigkeit infolge der Kardanik oder der geometrischen Ausbildung des Federelementes bei der Ermittlung der Radaufstandskraft mit berücksichtigt wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist vorgesehen, dass ein zweiter Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades in Abhängigkeit des Druckes in dem Federelement und dem Volumen des Federelementes ermittelt wird, wobei sich das Volumen des Federelementes aus der Querschnittsfläche des Federelementes und der Höhe des Fahrzeugniveaus zusammensetzt, oder ein zweiter Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades aus einem Speicher einer Steuereinheit der Niveauregelanlage abgerufen wird, und der erste Wert der Radaufstandskraft mit dem zweiten Wert der Radaufstandskraft verglichen wird.
  • Bei der Berechnung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft kann für die wirksame Querschnittsfläche ein fester Wert angenommen werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn sich die wirksame Querschnittsfläche des Federelementes in Abhängigkeit von ihrer Auslenkung nur wenig oder gar nicht ändert, wie dies beispielsweise bei einer Luftfeder mit einem strengzylindrischen Abrollkolben der Fall ist. Bevorzugt wird jedoch bei der Berechnung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft die Höhenabhängigkeit der wirksamen Querschnittsfläche des Federelement berücksichtigt, so wie es auch in Anspruch 2 beansprucht ist.
  • Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der erste Wert und der zweite Wert der Radaufstandskraft aufeinander abgestimmt werden können und somit quasi eine Kalibrierung der Messung des ersten Wertes der Radaufstandskraft mit dem zweiten Wert der Radaufstandskraft ermöglicht wird. Diese Abstimmung kann in zeitlich festgelegten Abständen erfolgen oder immer nach dem einer Ermittlung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft folgenden Niveauregelvorgang und der damit einhergehenden Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandskraft.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist vorgesehen, dass der erste Wert der Radaufstandskraft an den zweiten Wert der Radaufstandskraft angepasst wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der erste Wert der Radaufstandskraft während eines Niveauregelvorganges auch infolge der Änderung von äußeren Fahrzeugbedingungen an den zweiten Wert der Radaufstandskraft aus der stationären Berechnung angepasst und somit exakt berechnet werden kann. Diese Anpassung kann in zeitlich festgelegten Abständen erfolgen oder immer nach dem einer Ermittlung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft folgenden Niveauregelvorgang und der damit einhergehenden Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandskraft. Die höhenabhängige wirksame Querschnittsfläche und die höhenabhängige Federsteifigkeit des Federelementes können aus einer Tabelle oder aus einer Kennlinie auf einfache Art und Weise bestimmt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist vorgesehen, dass ein Mittelwert aus dem ersten Wert der Radaufstandskraft und dem zweiten Wert der Radaufstandskraft ermittelt wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass statistisch gesehen ein Mittelwert von zwei gemessenen Werten einen genaueren Wert ergibt, insbesondere wenn die Ermittlung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft nicht mit hinreichender Genauigkeit möglich ist. Der Mittelwert kann als geometrischer oder arithmetischer Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Wert der Radaufstandskraft gebildet werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist vorgesehen, dass die Zuordnung der Niveauverstellgeschwindigkeit zu dem ersten Wert der Radaufstandskraft aufgrund des Vergleiches des ersten Wertes der Radaufstandskraft mit dem zweiten Wert der Radaufstandskraft angepasst wird. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass die Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandskraft aus dem ermittelten Wert der Niveauverstellgeschwindigkeit auch für die zukünftigen Messungen und Zuordnungen an die „Kalibrierung" des ersten Wertes der Radaufstandskraft an den zweiten Wert der Radaufstandskraft angepasst wird und somit ggf. eine nachträgliche Anpassung überflüssig wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 ist vorgesehen, dass der zweite Wert der Radaufstandkraft des Kraftfahrzeugrades nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeuges ermittelt wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass der zweite Wert der Radaufstandskraft immer nach einem Stillstand des Fahrzeuges und der ggf. erfolgten Beladungsänderung des Fahrzeuges im Stillstand erfolgt, sodass immer ein aktueller und genauer zweiter Wert der Radaufstandskraft in der Niveauregelanlage vorliegt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist vorgesehen, dass der zweite Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades in bestimmten variierbaren Zeitabständen ermittelt wird. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass auch nach einer erfolgten Beladungsänderung bei eingeschalteter Zündung bzw. laufendem Antriebsmotor des Fahrzeuges immer ein aktueller und genauer zweiter Wert der Radaufstandskraft in der Niveauregelanlage vorliegt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades in einem Speicher der Steuereinheit der Niveauregelanlage abgelegt wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die aktuelle Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades jederzeit vorhanden und abrufbar ist, z.B. für eine Anpassung der Werte zueinander, oder auch weiteren Fahrzeugsystemen über eine Verbindungsleitung mit der Steuereinheit der Niveauregelanlage jederzeit zur Verfügung steht.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 ist vorgesehen, dass das Federelement eine Luftfeder ist. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Zuordnung der Radaufstandskraft zu Niveauverstellgeschwindigkeit bei einer Luftfeder in besonders einfacher Art und Weise möglich ist. Außerdem kann der zweite, stationäre Wert der Radaufstandskraft bei einer Niveauregelanlage mit Luftfeder mit den vorhandenen Bestandteilen der Niveauregelanalge ermittelt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 ist vorgesehen, dass das Federelement ein hydropneumatisches Federelement ist. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass auch für eine Niveauregelanlage mit hydropneumatischen Federbeinen eine Möglichkeit geschaffen wird, die Radaufstandskraft schnell und mit einfachen Mittel zu ermitteln.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung des ersten und/oder des zweiten Wertes der Radaufstandskraft ein Dämpfungskoeffizient eines Dämpfers berücksichtigt wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass auch bei aktiven oder semiaktiven Niveauregelanlagen mit verstellbaren Dämpfern bzw. Verstellmöglichkeiten der Dämpferkräfte der entsprechenden Dämpfer die Radaufstandskraft die aktuellen Dämpferkräfte berücksichtigt. Die Dämpferkräfte können beispielsweise bei einem Federelement, welches aus einer Luftfeder mit einem hydraulischen Stoßdämpfer besteht, stark variieren und üben somit einen großen Einfluss auf die aktuellen Radaufstandskraft aus, was hiermit bei der Ermittlung des ersten und/oder des zweiten Wertes der Radaufstandskraft berücksichtigt wird. Damit erfolgt die Ermittlung des aktuellen ersten und/oder zweiten Wertes der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades hinreichend genau.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
  • 1 eine Niveauregelanlage in schematischer Darstellung,
  • 2 eine Luftfeder im Querschnitt,
  • 3 ein Diagramm,
  • 4 ein Diagramm.
  • 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Luftfederungsanlage als Beispiel einer Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug, wobei nur die für die nachfolgenden Erläuterungen notwendigen Bestandteile gezeigt sind. Die Luftfederungsanlage verfügt über Luftfedern 2a, 2b, die der Vorderachse des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind, und über Luftfedern 2c, 2d, die der Hinterachse des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind. Mit den Luftfedern 2a bis 2d ist ein (nicht gezeigter) Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges gegenüber den Achsen federnd gelagert. Die Luftfedern 2a, 2b stehen über eine Querleitung 4a und die Luftfedern 2c, 2d über eine Querleitung 4b mit einander in Verbindung. Jede Querleitung 4a, 4b enthält zwei Quersperrventile 6a, 6b und 6c, 6d, von denen jeweils eins einer Luftfeder 2a bis 2d zugeordnet ist. Darüber hinaus stehen die Querleitung 4a, 4b mit einer weiteren Leitung 8 in Verbindung, über die die Luftfedern 2a bis 2d mit Hilfe des Kompressors 12 mit Druckluft befüllt werden bzw. über die Druckluft aus den Luftfedern 2a bis 2d über das Ventil 14 in die Atmosphäre abgelassen wird. Dazu werden von der Steuereinheit 10 die Steuereingänge der entsprechenden Ventile 6a bis 6d, 14 und des Kompressors 12 angesteuert.
  • Über die bisher genannten Bestandteile hinaus verfügt die Luftfederungsanlage in der Leitung 8 über einen Drucksensor 24 und über Höhensensoren 16, 18, 20 und 22, von denen jeweils einer einer Luftfeder 2a bis 2d der Luftfederungsanlage zugeordnet ist. Mit dem Drucksensor 24 kann der Druck in den Luftfedern 2a bis 2d gemessen werden. Mit den Höhensensoren 16 bis 22 kann die aktuelle Höhenlage der Luftfedern 2a bis 2d bzw. die Höhenlage des Fahrzeugaufbaus gemessen werden. Wie dies im Einzelnen erfolgt, wird später erläutert.
  • Mit Hilfe der in der 1 dargestellten Luftfederungsanlage kann der zweite Wert der Radaufstandskraft FSi an einem Kraftfahrzeugrad nach folgender Formel berechnet werden: FSi = Pi × Ai; i = 2a, 2b, 2c, 2dhierin bedeuten Pi der Luftdruck in der Luftfeder i und Ai der wirksame Querschnitt in der Luftfeder i. Soll beispielsweise der zweite Wert der Radaufstandskraft für das Kraftfahrzeugrad in der Position „vorne links" berechnet werden, wird in die Formel 1 das entsprechende Produkt für die Luftfeder 2a berechnet.
  • Die Berechnung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades erfolgt unter Zugrundelegung der Ruhelage des Fahrzeugaufbaus im Bereich des Kraftfahrzeugrades, d.h. bei der Bestimmung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft wird davon ausgegangen, dass sich der Fahrzeugaufbau im Bereich des Kraftfahrzeuges in Ruhe befindet. Wie die Ruhelage bestimmt wird, wird im Einzelnen später erläutert.
  • Der Luftdruck in jeder einzelnen Luftfeder 2a bis 2d wird zur Berechnung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft vorzugsweise schrittweise für jede einzelne Luftfeder hintereinander gemessen. Anhand der Luftfeder 2a wird im Folgenden erläutert, wie dies im Stillstand des Kraftfahrzeuges geschieht (im Stillstand des Kraftfahrzeuges ist nahezu sichergestellt, dass sich der Fahrzeugaufbau tatsächlich im Bereich eines jeden Kraftfahrzeugrades in Ruhe befindet): Von der Steuereinheit 10 wird zunächst der Eingang des Quersperrventils 6a bestromt, sodass dieses von dem in der 1 gezeigten Grundzustand in seinen Schaltzustand übergeht. Die übrigen Ventile 6b bis 6d und das Ventil 14 bleiben in ihrem in der 1 gezeigten Grundzustand. Die Luftfeder 2a wird dann über die Querleitung 4a und die Leitung 8 mit dem Drucksensor 24 verbunden. Nach einer Zeit von 0,2 bis 1 Sekunde hat sich am Drucksensor 24 der in der Luftfeder 2a vorliegende Luftdruck eingestellt und wird danach über einen Zeitraum, der bevorzugt zwischen 1 und 5 Sekunden liegt, ständig gemessen. Der Drucksensor 24 bildet aus den Messwerten einen Mittelwert und überträgt diesen an die Steuereinheit 10. In der Steuereinheit 10 wird der gemessene Druckmittelwert der Luftfeder 2a zugeordnet und gespeichert (der Steuereinheit 10 ist „bekannt", dass der übertragene Druckmittelwert zur Luftfeder 2a gehört, weil sie zur Druckmessung das zu dieser gehörige Quersperrventil 6a angesteuert hat). Nach erfolgter Druckmessung wird der Steuereingang des Quersperrventils 6a von der Steuereinheit 10 nicht mehr bestromt, so dass dieses wieder in seinen Grundzustand übergeht.
  • Der Luftdruck kann in den Luftfedern 2b bis 2d an sich auf die gleiche Art und Weise gemessen werden. Von der Steuereinheit 10 ist dann lediglich das entsprechende Quersperrventil 6b bis 6d anzusteuern.
  • Der Luftdruck kann so – wie oben erläutert – auch während der Fahrt des Fahrzeuges gemessen werden. Die Ventilöffnungszeit des entsprechenden Quersperrventils wird dann lediglich auf eine Dauer von ca.2 bis 10 Sekunden verlängert, so dass der entsprechende Druckwert in einer Luftfeder 2a bis 2d über einen längeren Zeitraum am Drucksensor 24 anliegt und somit eine Mittelwertbildung über einen langen Zeitraum möglich ist. Während der Fahrt in der Luftfeder 2a bis 2d auftretende Druckschwankungen, die auf eine Schwankung des Fahrzeugaufbaus um seine Ruhelage zurückzuführen sind, werden somit bei der Mittelwertbildung herausgefiltert. Somit kann durch die Mittelwertbildung auch während der Fahrt des Fahrzeuges der Druck in der Luftfeder 2a bis 2d gemessen werden, der in der Ruhelage des Fahrzeugaufbaus in dieser Luft vorliegt, obwohl sich der Fahrzeugaufbau tatsächlich nicht in Ruhe befindet.
  • Bei der Berechnung des zweiten Wertes der Radaufstandskraft kann für die wirksame Querschnittsfläche der Luftfeder ein konstanter Wert eingesetzt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn diese nicht oder nur in geringem Maße von der aktuellen Höhe der Luftfeder 2a bis 2d abhängig ist. In den meisten Fällen ist die wirksame Querschnittsfläche der Luftfedern 2a bis 2d jedoch eine Funktion von ihrer aktuellen Höhenlage. Bevorzugt wird diese deshalb mit Hilfe der Höhensensoren 16 bis 22 bestimmt und einer Tabelle oder eine Kennlinie (siehe 3) wird die zu der aktuellen Höhenlage gehörige wirksame Querschnittsfläche der Luftfeder 2 bis 2d entnommen. Bei der Bestimmung der stationären Radaufstandskraft ist für die Bestimmung der Querschnittsfläche die Ruhelage der entsprechenden Luftfeder 2a bis 2d maßgebend, d.h. die Höhenlage der Luftfeder, die eingenommen wird, wenn sich der Fahrzeugaufbau und die Räder des Fahrzeuges im Bereich der Luftfeder in vertikaler Richtung in Ruhe befindet.
  • Wenn während der Bestimmung der Ruhelage einer Luftfeder (die gleichbedeutend und mit der Ruhelage des Fahrzeugaufbaus im Bereich dieser Luftfeder ist) keine Änderung der aktuellen Höhenlage erfolgt, wie es z.B. im Stillstand des Kraftfahrzeuges meistens der Fall ist, kann die Ruhelage der Luftfedern 2a bis 2d direkt aus dem Signal der Höhensensoren 16 bis 22 bestimmt und in Verbindung mit der entsprechenden Luftfeder 2a bis 2d in der Steuereinheit gespeichert werden. Soll die Ruhelage der Luftfedern 2a bis 2d bestimmt werden, wenn sich die aktuelle Höhenlage der Luftfedern 2a bis 2d, z.B. auf Grund einer Schwingung des Fahrzeugaufbaus oder der Räder, ständig ändert, so wird in der Steuereinheit 10 das entsprechende Signal der Höhensensoren 16 bis 22 über einen längeren Zeitraum gemittelt. In diesem Fall werden die Schwankungen um die Ruhelage der Luftfedern 2a bis 2d herausgefiltert. Der Zeitraum, über den gemittelt wird, beträgt vorzugsweise 15–150 Sekunden.
  • Aus den zweiten Werten der Radaufstandskräfte FSi; i = 2a bis 2d kann die Fahrzeugsgewichtskraft FG des Kraftfahrzeuges wie folgt berechnet werden: FG = FS2a + FS2b + FS2c + FS2d
  • Die stationären Achslasten ALVS, ALHS an der Vorderachse und an der Hinterachse können wie folgt berechnet werden: ALVS = FS2a + FS2b ALHS = FS2c + FS2d.
  • Die stationäre Achslastverteilung ALVT kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden: ALVT = ALVS/FG
  • Dieser Wert liegt immer zwischen 0 und 1. Ergibt sich beispielsweise ein Wert von 0,6, so bedeutet dies, dass 60 % der gesamten Fahrzeugmasse auf der Vorderachse ruhen und dementsprechend 40 % auf der Hinterachse.
  • Die – wie oben erläutert – berechneten Größen für die Ruhelage der Luftfedern 2a bis 2d, die zweiten (stationären) Werte der Radaufstandskräfte, die Achslasten und die Fahrzeuggewichtskraft werden in der Steuereinheit 10 gespeichert und stehen dort für weitere Berechnungen zur Verfügung.
  • Die Niveauverstellgeschwindigkeit während eines Niveauregelvorganges wird über die zeitliche Änderung der Höhenlage der jeweiligen Luftfeder i aus den Signalen der entsprechenden Höhensensoren 16, 18, 20, 22 ermittelt. Die Zuordnung des ersten Wertes der Radaufstandskraft des jeweiligen Kraftfahrzeugrades zu der entsprechend ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit erfolgt anhand einer Tabelle, welche vorher ermittelt und in der Steuereinheit 10 der Niveauregelanlage abgespeichert worden ist, oder anhand einer in der Steuereinheit 10 abgespeicherten Kennlinie (s. 4), welche auch die Federsteifigkeit ki der jeweiligen Luftfeder i bei der Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandskraft mit berücksichtigt.
  • Für die Federsteifigkeit ki der Luftfeder i kann ein konstanter Wert zu Grunde gelegt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn sie nicht oder über geringem Maße von der aktuellen Höhenlage der Luftfeder i abhängig ist. Bevorzugt wird jedoch die Höhenabhängigkeit der Federsteifigkeit ki berücksichtigt. In diesem Fall ist in der Steuereinheit 10 eine Tabelle oder eine Kennlinie (siehe 3) gespeichert, aus der die Federsteifigkeit für die aktuelle Höhe hi (t) bestimmt werden kann.
  • Aus den ersten Werten der Radaufstandskräfte ESi; mit i = 2a bis 2d kann die Fahrzeugsgewichtskraft EG des Kraftfahrzeuges wie folgt berechnet werden: EG = ES2a + ES2b + ES2c + ES2d
  • Die stationären Achslasten ALEVS, ALEHS an der Vorderachse und an der Hinterachse können wie folgt berechnet werden: ALEVS = ES2a + ES2b ALEHS = ES2c + ES2d.
  • Die stationäre Achslastverteilung ALVT kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden: ALEVT = ALEVS/EG
  • Dieser Wert liegt immer zwischen 0 und 1. Ergibt sich beispielsweise ein Wert von 0,6, so bedeutet dies, dass 60 % der gesamten Fahrzeugmasse auf der Vorderachse ruhen und dementsprechend 40 % auf der Hinterachse.
  • Im Folgenden wird erläutert, wie mit Hilfe der in der 1 gezeigten Luftfederungsanlage der Einfluss eines Dämpfers, von denen jeweils einer den Luftfedern 2a bis 2d zugeordnet ist, berücksichtigt werden kann. Die von einem Dämpfer ausgeübte Kraft berechnet sich nach folgender Formel: FDämpf, i = KDämpf, i × vi; i = 2a, 2b, 2c, 2d
  • Hierin bedeuten FDämpf, i die Kraft des Dämpfers am Rad i, KDämpf, i der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers am Rad i, vi die Geschwindigkeit, die das Kraftfahrzeugrad i relativ zum Fahrzeugaufbau hat. Die Geschwindigkeit vi kann für jedes Rad i nach der folgenden Formel berechnet werden: vi = (Hi(t) – Hi(t – δt))/δt; i = 2a, 2b, 2c, 2d
  • Hierin bedeutet Hi(t) die aktuelle Höhenlage der Luftfeder zum Zeitpunkt t und Hi (t – δt) die aktuelle Höhenlage der Luftfeder i zum Zeitpunkt t – δt.
  • Wenn bei der Berechnung der gesamten Radaufstandskraft die durch die Dämpfer erzeugten Kräfte berücksichtigt werden sollen, sind die Dämpfungskräfte gemäß der o.g. Formel zu den gesamten Radaufstandskräften Fi, gesamt gemäß der o.g. Formel hinzuzuaddieren.
  • Bei der Berechnung der Dämpfungskraft kann für den Dämpfungskoeffizienten KDämpf, i ein konstanter Wert zu Grunde gelegt werden. Wenn in dem Kraftfahrzeug jedoch Dämpfer mit verstellbaren Dämpfungskoeffizienten verwendet werden, wird bei der Berechnung der Dämpfungskraft bevorzugt der aktuell von der Regelelektronik des Dämpfers eingestellte Dämpfungskoeffizient berücksichtigt.
  • Die zur Bestimmung der oben erwähnten Radaufstandskräfte notwendigen Druckwerte und Höhenwerte werden mittels des Drucksensors 24 bzw. mittels der Höhensensoren 16 bis 22 nur vorgenommen, wenn die Steuereinheit 10 registriert, dass die Zündung des Fahrzeuges eingeschaltet ist und die Türen sowie der Kofferraum geschlossen sind. In diesem Fall verändert sich die Masse des Kraftfahrzeuges, die die Radaufstandskräfte beeinflusst, nicht mehr wesentlich. Darüber hinaus findet eine Aktivierung der Druckmessung durch die Steuereinheit 10 nur dann statt, wenn die Höhenabweichung an jeder Luftfeder 2a bis 2d in einem Toleranzbereichen zu einer für die entsprechende Luftfeder vorgegebenen Solllage liegt. Nach dem Regelvorgang an einer Achse des Kraftfahrzeuges wird von der Steuereinheit 10 der Druck in den Luftfedern 2a bis 2d, die der Achse zugeordnet sind, erneut gemessen, weil sich dieser auf Grund des Regelvorganges verändert haben kann.
  • Eine Druckmessung wird von der Steuereinheit 10 nicht während einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges vorgenommen, weil sich durch Einflüsse der Querstabilisatoren auf die Luftfedern 2a bis 2d das Ergebnis verfälschen könnte. Darüber hinaus wird eine Druckmessung von der Steuereinheit 10 nicht während eines Niveauregelvorganges vorgenommen, damit dieser in einer möglichst kurzen Zeit abgeschlossen werden kann.
  • Die 2 zeigt eine Luftfeder 2a bis 2d im Querschnitt. Der Balg 26 der Luftfeder 2a bis 2d rollt auf einem Abrollkolben 28 ab. Dabei bildet sich am Abrollkolben 28 eine Abrollfalte 30 ab. An der Stelle, an der die Tangenten 32 an den Balg 26 der Luftfeder senkrecht zur Federkraft bzw. Tragkraft F verlaufen, liegt der äußere Begrenzungskreis der wirksamen Querschnittsfläche A.
  • 3 zeigt ein Diagramm, in dem die wirksame Querschnittsfläche A und die Federsteifigkeit k einer Luftfeder 2a bis 2d über der Höhe h aufgetragen sind. Dem Diagramm ist eine Kennlinie 34 zu entnehmen, die die Abhängigkeit der wirksamen Querschnittsfläche A von der Höhe h wiedergibt. Darüber hinaus ist dem Diagramm eine Kennlinie 36 zu entnehmen, die die Abhängigkeit der Federsteifigkeit k einer Luftfeder von der Höhe wiedergibt. In der Steuereinheit 10 ist für alle Luftfedern 2a bis 2d, die eine unterschiedliche Abhängigkeit zeigen, ein entsprechendes Diagramm gespeichert, so dass die Steuereinheit zur Berechnung der Radaufstandskräfte bei Kenntnis der aktuellen Höhenlage h der Luftfeder den aktuellen Wert für die Querschnittsfläche A und für die Federsteifigkeit k bestimmen kann.
  • 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Höhe h des Fahrzeugniveaus über der Zeit t aufgetragen ist. Der Niveauregelbereich erstreckt sich von dem tiefstmöglichen Niveau h1 bis zu dem höchstmöglichen Niveau h2. Der Kennlinienverlauf 40 zeigt die Veränderung der Höhe des Fahrzeugniveaus über der Zeit von dem tiefstmöglichen Niveau h1 bis zum höchstmöglichen Niveau h2 bei einem leeren Fahrzeug, wobei ein Niveauwechsel entsprechend schnell durchgeführt werden kann. Der Kennlinienverlauf 42 zeigt die Veränderung der Höhe des Fahrzeugniveaus über der Zeit von dem tiefstmöglichen Niveau h1 bis zum höchstmöglichen Niveau h2 bei einem voll beladenem Fahrzeug, wobei ein Niveauwechsel mit dem dann maximal zulässigen Gesamtgewicht entsprechend länger dauert. Der Bereich zwischen den beiden Kennlinien gibt den gesamten Niveauregelbereich der Niveauregelanlage eines entsprechenden Fahrzeuges wieder. Innerhalb des Bereiches kann mindestens eine weitere Kennlinie 44, 46 für einen weiteren vorher abgestimmten und ermittelten Beladungszustand in einem Speicher des Steuergerätes der Niveauregelanlage abgespeichert sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei weitere Kennlinien 44 und 46 für zwei weitere definierte Beladungszustände dargestellt.
  • Die Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandskraft läuft wie folgt ab. Zuerst wird die aktuelle Niveauverstellgeschwindigkeit, d.h. die Änderung der Höhe des Fahrzeugaufbaus über der Zeit, beispielsweise zu Beginn t1 oder kurz nach Beginn eines Niveauregelvorganges, ermittelt. Mit dem aktuellen Höhenniveau und der ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit lässt sich aus den Kennlinien 40, 42, 44, 46 der Beladungszustand des Fahrzeuges ermitteln.
  • Für ein bestimmtes Höhenniveau (aktuelles, ermitteltes Höhenniveau) sind aus den Kennlinien 40, 42, 44, 46 entsprechend deren Anzahl eine Menge von Niveauverstellgeschwindigkeiten bekannt, welche der Steigung der jeweiligen Kennlinie 40, 42, 44, 46 bei dem bestimmten Höhenniveau entsprechen und die jeweils einem Beladungszustand des Fahrzeuges zugeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel sind für ein bestimmtes Höhenniveau also vier Niveauverstellgeschwindigkeiten mit jeweils einem zugeordneten Beladungszustand bekannt, sodass mit Hilfe des aktuellen Höhenniveaus des Fahrzeuges und der ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit bei Übereinstimmung oder zumindest weitgehender Übereinstimmung mit einer der bekannten Niveauverstellgeschwindigkeiten (Steigung der Kennlinie 40, 42, 44, 46) der Beladungszustand des Fahrzeuges eindeutig ermittelbar ist. Dabei wird die ermittelte Niveauverstellgeschwindigkeit der bekannten Niveauverstellgeschwindigkeit zugeordnet, welche dieser vom Wert her am nächsten kommt.
  • Der so ermittelte Beladungszustand des Fahrzeuges kann beispielsweise anhand von empirischen Daten einer entsprechenden Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Fahrzeuges zugeordnet werden, was dem erster Wert der Radaufstandskraft entspricht. Diese Daten sind beispielsweise in einem Speicher der Niveauregelanlage hinterlegt.
  • Um die Genauigkeit der Ermittlung des ersten Wertes der Radaufstandkraft des Fahrzeuges zu erhöhen, kann die Anzahl der Kennlinien 44, 46 zwischen der Kennlinie 40 für ein leeres Fahrzeug und der Kennlinie 42 für ein voll beladenes Fahrzeug erhöht werden. Dadurch würde sich die Zuordnung der ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit zu einer der aus den Kennlinien 40, 42, 44, 46 bekannten Niveauverstellgeschwindigkeiten vereinfachen und präzisieren, sowie deren Übereinstimmungsmöglichkeit oder annähernde Übereinstimmungsmöglichkeit erhöhen.
  • Ansonsten können Zwischenwerte zwischen den Kennlinienwerten sowohl der Niveauverstellgeschwindigkeiten als auch der zuordnenbaren Beladungszustände und der entsprechenden Radaufstandskräfte mit bekannten Interpolationsverfahren oder anderen bekannten Rechenmethoden ermittelt werden. Die Veränderung der Luftmenge oder des Druckes in der Niveauregelanlage aufgrund von Temperaturschwankungen und/oder Leckage, wird laufend in Form von Druckmessungen in den entsprechenden Bestandteilen der Niveauregelanlage überwacht. Der Einfluss der Druckänderungen bzw. der Änderung der Luftmenge in der Niveauregelanlage auf die Kennlinien 40, 42, 44, 46 wird durch entsprechende Korrekturwerte berücksichtigt.
    • 2a, 2b, 2c, 2d
    Luftfedern
    4a, 4b
    Querleitung
    6a, 6b, 6c, 6d
    Quersperrventile
    8
    Leitung
    10
    Steuereinheit
    12
    Kompressor
    14
    Ablassventil
    16, 18, 20, 22
    Höhensensoren
    24
    Drucksensor
    26
    Balg
    28
    Abrollkolben
    30
    Falte
    32
    Tangente
    34, 36
    Kennlinie
    40, 42, 44, 46
    Kennlinie
    A
    Querschnittsfläche
    h
    Höhe/Niveau oder Höhen-/Niveaulage
    h1
    tiefstes Niveau
    h2
    höchstes Niveau

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1), wobei die Niveauregelanlage eine Steuereinheit (10), eine Druckquelle (12) und eine Drucksenke (14) und mindestens einen Drucksensor (24) aufweist, und wobei dem Kraftfahrzeugrad ein Federelement (2a, 2b, 2c, 2d) zugeordnet ist, mit der der Fahrzeugaufbau gegenüber dem Kraftfahrzeugrad abgefedert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveauverstellgeschwindigkeit des Fahrzeugniveaus des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Kraftfahrzeugrad während eines Niveauregelvorganges ermittelt wird und aus dem ermittelten Wert der Niveauverstellgeschwindigkeit ein erster Wert der Radaufstandskraft ermittelt wird.
  2. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung des Wertes der ermittelten Niveauverstellgeschwindigkeit zu einem ersten Wert der Radaufstandskraft in Abhängigkeit des Fahrzeugniveaus (h) erfolgt.
  3. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades in Abhängigkeit des Druckes in dem Federelement (2a, 2b, 2c, 2d) und dem Volumen des Federelementes ermittelt wird, wobei sich das Volumen des Federelementes aus der Querschnittsfläche des Federelementes (A) und der Höhe des Fahrzeugniveaus (h) zusammensetzt, oder ein zweiter Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades aus einem Speicher einer Steuereinheit der Niveauregelanlage abgerufen wird, und der erste Wert der Radaufstandskraft mit dem zweiten Wert der Radaufstandskraft verglichen wird.
  4. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert der Radaufstandskraft an den zweiten Wert der Radaufstandskraft angepasst wird.
  5. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert aus dem ersten Wert der Radaufstandskraft und dem zweiten Wert der Radaufstandskraft ermittelt wird.
  6. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Niveauverstellgeschwindigkeit zu dem ersten Wert der Radaufstandskraft aufgrund des Vergleiches des ersten Wertes der Radaufstandskraft mit dem zweiten Wert der Radaufstandskraft angepasst wird.
  7. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeuges ermittelt wird.
  8. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades in bestimmten variierbaren Zeitabständen ermittelt wird.
  9. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach Anspruch 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Wert der Radaufstandskraft des Kraftfahrzeugrades im Speicher der Steuereinheit der Niveauregelanlage abgelegt wird.
  10. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Luftfeder (2a, 2b, 2c, 2d) ist.
  11. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein hydropneumatisches Federelement ist.
  12. Verfahren zur Bestimmung der Radaufstandskraft eines Kraftfahrzeugrades eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des ersten und/oder des zweiten Wertes der Radaufstandskraft ein Dämpfungskoeffizient eines Dämpfers berücksichtigt wird.
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