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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der Automobiltechnik, insbesondere
der Überwachung und Steuerung von mechanischen Eigenschaften,
der Federung und Bremsung und der Niveauregulierung von Fahrzeugen.
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Die
Anforderung an den Fahrkomfort und die Sicherheit von Fahrzeugen
steigt mit den technischen Möglichkeiten und dem durch
eine wachsende Verkehrsdichte weiter steigenden Bedarf an Unterstützung
für den Fahrer.
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Zudem
sind durch den steigenden Fahrkomfort bestimmte mechanische Eigenschaften
und Verhaltensweisen eines Fahrzeugs durch den Fahrer weniger direkt
spürbar, so dass entsprechende Überwachungsfunktionen
notwendig sind.
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Insbesondere
bei Lastfahrzeugen, bei Sattelzügen im Nutzfahrzeugbereich,
aber auch bei Personenbeförderungsfahrzeugen wie Bussen
und auch bei normalen Personenkraftwagen können bestimmte
Fahrzustände oder auch Belastungszustände durch
den Fahrer schwierig oder erst zu spät erkannt werden wie
beispielsweise ein Reifenschaden, das Verrücken von Ladung
oder das Aufschwingen in der Federung. Um den Fahrer an dieser Stelle
zu unterstützen und ihm geeignete Reaktionen zu ermöglichen
oder sogar abzunehmen, sind entsprechende Fahrzustandsinformationen
zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Sensoren bereits
bekannt, mit denen mechanische Größen, Temperaturen,
Gasdrücke und dergleichen an verschiedenen Punkten eines
Fahrzeugs ermittelt werden können.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 10333182
A1 ein Achsmodulator an einer Achse eines Nutzfahrzeuganhängers
bekannt, mit verschiedenen Bremseinheiten für die zu bremsenden
Räder, wobei jede Bremseinheit einzeln vom Hauptfahrzeug
aus ansteuerbar ist. Zudem und unabhängig davon sind Luftfedern
für die Achsen bekannt, wobei diese entsprechend der Beladung
regelbar sind. Die Regelung findet derart statt, dass der Abstand
zwischen dem Anhängeraufbau und der Fahrbahn unabhängig
von der Beladung gleich bleibt. Der Innendruck innerhalb der Gasfedern
kann zur Überwachung des Beladungszustandes detektiert
werden und außerdem kann die Bremskraftregelung lastabhängig
gemacht werden.
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Eine
Steuerung der Gasfederung kann außerdem dazu benutzt werden,
ein Wanken des Fahrzeugs, das heißt ein Aufschwingen in
der Federung, durch dynamische Steuerung zu verringern.
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Der
Stand der Technik zielt dabei darauf ab, auch bei einer statischen
oder dynamischen Ungleichmäßigkeit der Lastverteilung
lediglich durch Einflussnahme auf den Federweg der Gasfedern eine
Ausrichtung eines Anhängeraufbaus relativ zur Fahrbahn
wie im unbelasteten Zustand zu erreichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrsicherheit
demgegenüber weiter zu erhöhen.
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Die
Erfindung bezieht sich genauer auf ein Fahrzeug mit einem Nutzraum
zum Transport einer Ladung, der auf wenigstens 2 Achsen mit je wenigstens
einem Rad auf jeder Fahrzeugseite unter Zwischenlage von wenigstens
zwei Fluidfedereinheiten abgestützt ist, wobei wenigstens
zwei der Fluidfedereinheiten Fluiddrucksensoren aufweisen.
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Die
Lösung der Aufgabe wird dabei mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 erreicht.
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Dadurch,
dass aufgrund der in den Fluidfedereinheiten gemessenen Druckwerte
eine Auswertung der Gesamtmasseverteilung stattfindet, kann insbesondere
die daraus resultierende Gefahr für ein ungleichmäßiges
Fahrverhalten oder sogar ein Kippen des Fahrzeuges frühzeitig
erfasst werden. Beispielsweise kann bei einer asymmetrischen Beladung
des Nutzraums/Laderaums das für ein Umkippen des Fahrzeugs
notwendige Kippmoment wesentlich verringert werden. Dies lässt
sich nicht allein aus einer Schräglage des Fahrzeugs nach
dem Beladen und der Abfrage der entsprechenden Federwegsensoren
ableiten, sondern zur vollständigen Beurteilung sind die
Gesamtmasse des Nutzraums, das bedeutet, die Masse des leeren Fahrzeugaufbaus zuzüglich
der Ladung und die entsprechende Gesamtmassenverteilung, das heißt
auch die Lage des Schwerpunktes des gesamten Fahrzeugaufbaus von vorrangiger
Bedeutung.
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In
diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Nutzraum sowohl der Laderaum
eines Lastkraftwagens mit dem gesamten diesen umgebenden Aufbau
als auch bei einem Bus der Fahrgastraum mit der entsprechenden Karosserie
und bei einem Personenkraftwagen der Karosserieaufbau verstanden.
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Durch
wenigstens zwei voneinander beabstandete Fluidfedereinheiten lässt
sich in wenigstens einer Richtung, nämlich quer oder längs
zum Fahrzeug je nach Anordnung der Fluidfederein heiten eine Asymmetrie
der Gesamtmassenverteilung feststellen. Dies gelingt durch Druckmessung
mittels der Fluiddrucksensoren, da durch die Druckmessung bei bekanntem
Querschnitt der Fluidfedereinheiten die entsprechenden Stützkräfte
berechenbar sind.
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Die
Fluidfedereinheiten können als bekannte Gasfedern ausgebildet
sein, jedoch grundsätzlich auch aus einer Kombination eines
federnden Mediums mit einem Fluid, beispielsweise auch einer Flüssigkeit
bestehen, so dass die Federwirkung durch entsprechende Betätigung
von Ventilen gesteuert werden kann.
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Wenn
die Masseverteilung bei unbeladenem Kraftfahrzeug bekannt ist, dann
lässt sich nach dem Beladen aus diesem bekannten Wert und
der Gesamtmasseverteilung, die sich aufgrund der Druckmesswerte
der Fluiddrucksensoren ergibt, die Masseverteilung der Ladung beziehungsweise
der Schwerpunkt der Ladung durch Differenzbildung ableiten. Dadurch
können Hinweise ermittelt werden, wie die Ladung besser
zu verteilen ist.
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Um
auf eine Abweichung der Ladungsverteilung von einer Sollverteilung
rechtzeitig hinweisen zu können, kann eine entsprechende
Anzeigeeinheit vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise in einem
Display am Armaturenbrett des Fahrzeugs bestehen, wo in einer schematischen
Abbildung des Fahrzeugs ein idealer Schwerpunkt eingezeichnet und
der aktuell ermittelte Gesamtschwerpunkt oder Ladungsschwerpunkt
im Verhältnis dazu eingezeichnet ist. Außerdem
kann bei einer Schräglage des Fahrzeugs auch ein künstlicher
Horizont eingeblendet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei, wenn eine Anzeigeeinheit beim Beladen des
Fahrzeugs von außen sichtbar ist. In diesem Fall kann schon
während des Beladungsvorgangs eine entsprechende Asymmetrie
durch Verschieben der Ladung oder Korrektur beim weiteren Beladen
ausgeglichen werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht. vor, dass
eine Steuereinheit für die Fluidfedereinheiten vorgesehen
ist, die eine Niveauregulierung der einzelnen Fluidfedereinheiten
mit dem Ziel bewirkt, dass die Position des Nutzraums relativ zu
den Achsen derart eingestellt wird, dass die Kippstabilität
unter Berücksichtigung der Gesamtschwerpunktslage verbessert
wird.
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Dies
bedeutet, dass bei einer ungünstigen Masseverteilung (nicht
nur) ein Teil des Nutzraums des Fahrzeugs angehoben oder abgesenkt
wird, um eine horizontale Ausrichtung des Nutzraums zu erreichen,
sondern es wird eine Position des Nutzraums eingestellt, die im
Hinblick auf die Schwerpunktslage die Kippwahrscheinlichkeit verringert,
das bedeutet, dass der Nutzraum auch in eine unsymmetrische Lage
gebracht werden kann, um dies zu erreichen. Beispielsweise kann
die Seite oder das Ende des Nutzraums, das besonders stark belastet
ist und deshalb zunächst tiefer liegt, über das
Herstellen einer horizontalen Position hinaus angehoben werden,
um das Kippen des Fahrzeugs über diese Seite zu erschweren.
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Wichtig
ist, dass die angestrebte Position des Nutzraums nicht allein aus
Federwegen der Fluidfedereinheiten, sondern aus der entsprechenden Lastverteilung/Masseverteilung
abgeleitet wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
eine Steuereinheit für die Fluidfedereinheiten vorgesehen
ist, die eine Niveauregulierung der einzelnen Fluid federeinheiten
mit dem Ziel bewirkt, dass die Position des Nutzraums relativ zu
den Achsen derart eingestellt wird, dass die Rutschgefahr der Ladung
unter Berücksichtigung der Gesamtschwerpunktslage verringert
wird.
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Dies
kann einerseits bedeuten, dass die Position des Nutzraums derart
geregelt wird, dass eine Ladefläche horizontal ausgerichtet
ist, es kann jedoch auch bedeuten, dass bei einer Vorwärtsfahrt des
Fahrzeugs auf einer Gefällestrecke bergab der vordere Teil
des Nutzraums so weit angehoben wird, dass die Ladefläche
horizontal oder sogar entgegen dem Gefälle steigend angeordnet
ist, um bei einem Abbremsen des Fahrzeugs das Rutschen der Ladung
nach vorne zu verhindern.
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Bei
einer Bergauffahrt kann im Gegensatz dazu der hintere Teil des Nutzraums
in Fahrtrichtung gesehen angehoben werden, um das Rutschen der Ladung
nach hinten beim Beschleunigen zu verhindern.
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Die
Position des Nutzraums kann insgesamt aus einem Kompromiß der
Erhöhung der Kippstabilität einerseits und der
Verringerung der Rutschgefahr für die Ladung andererseits
resultieren. Dabei kann beispielsweise auch in Betracht gezogen
werden, ob typischerweise hohe Lateralbelastungen durch Kurvenfahrten
auftreten oder starke Brems- und Beschleunigungsvorgänge
durchgeführt werden. Es können auch entsprechende
Regelprogramme wählbar sein, so dass der Fahrer zu Beginn
der Fahrt eingeben kann, ob eine besonders kurvenreiche Strecke
oder eine Strecke mit voraussichtlich vielen Bremsmanövern
bevorsteht.
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Demnach
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Niveauregulierung an
einem aufgrund unsymmetrischer Belastung abge senkten Teil des KFZ zu
einer Anhebung dieses Teils und/oder einer Absenkung des gegenüberliegenden
Teils eingerichtet ist, die über eine Ausrichtung des Nutzraums
parallel zur Standfläche der Räder hinausgeht.
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Ebenso
kann vorgesehen sein, dass bei einer Fahrbahn mit Gefälle
die Niveauregulierung zu einer Annäherung der Ausrichtung
des Nutzraums an eine horizontale Ausrichtung eingerichtet ist.
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Es
kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei einer
Fahrbahn mit Gefälle die Niveauregulierung zu einer Ausrichtung
des Nutzraums mit einem dem Gefälle der Fahrbahn entgegengesetzten Gefälle
eingerichtet ist.
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Die
Erfindung kann spezieller dadurch realisiert sein, dass an einer
ersten Achse wenigstens je eine Fluidfedereinheit mit einem Fluiddrucksensor auf
jeder Fahrzeugseite angeordnet ist.
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Auf
diese Weise kann eine Ungleichmäßigkeit zwischen
beiden Seiten des Fahrzeugs, in Fahrtrichtung gesehen, durch die
Fluiddrucksensoren detektiert werden. Die Kippstabilität
in lateraler Richtung kann damit gut optimiert werden.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass an einer zweiten Achse wenigstens
eine weitere Fluidfedereinheit mit einem Fluiddrucksensor angeordnet ist.
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Dies
erlaubt eine Ermittlung der Masseverteilung auch in Längsrichtung
des Fahrzeugs.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass an einer zweiten Achse wenigstens je
eine Fluidfedereinheit mit einem Fluiddrucksensor auf jeder Fahrzeugseite
angeordnet ist.
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Dies
erlaubt eine noch genauere Ermittlung der Gesamtmassenverteilung.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Fluidfedereinheiten jeweils
Federwegsensoren aufweisen.
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Über
die Federwegsensoren kann besonders eine Schieflage des Nutzraums,
der auf den Fluidfedereinheiten abgestützt ist, sehr genau
detektiert werden.
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Eine
Belastungsmessung ist über die Federwegsensoren deshalb
nicht möglich, weil durch die Ansteuerung der Fluidfedereinheiten
mittels Ventilen eine Menge des Fluids aus der Fluidfedereinheit
entnommen oder in diese eingeleitet werden kann, wodurch sich die
Federkonstante der entsprechenden Einheit und die Auslenkung bei
gleicher Belastung ändert.
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Über
die kombinierte Auswertung der Fluiddrucksensoren einerseits und
der Federwegsensoren andererseits lassen sich vielfältige
Informationen gewinnen.
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Insbesondere
können mittels der Federwegsensoren auch Einfederwege bei
dynamischen Belastungen beziehungsweise Einfedergeschwindigkeiten
und Beschleunigungen messen, die beispielsweise Auskunft über
die Abstimmung des Fahrwerks und die Qualität der Stoßdämpfer
geben und auch über die Qualität der befahrenen
Fahrbahn beziehungsweise über die Belastungen, denen das
Fahrwerk und die Achsen während des Betriebs des Fahrzeugs
ausgesetzt sind. Entsprechend kann eine Spei chereinrichtung zur
Summierung der Belastungen oder zur Registrierung von Spitzenbelastungen vorgesehen
sein, in der die Messwerte der Federwegsensoren und/oder der Fluiddrucksensoren
gespeichert beziehungsweise aufsummiert werden. Hierüber
kann mittels eines Wartungskonzepts rechtzeitig ein Signal erzeugt
werden, wenn voraussichtlich durch die gesammelten Belastungen eine
Wartung des Fahrzeugs notwendig ist. Außerdem kann, wenn
durch Vergleich mit früheren Beschleunigungswerten festgestellt
wird, dass die Qualität der Stoßdämpfer
nachlässt, ein entsprechendes spezifisches Signal zur Überprüfung
der Stoßdämpfer abgegeben werden.
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Zudem
kann gleichzeitig der Stoßdämpferweg und der Federweg
der Fluidfedereinheiten gemessen werden und aus einem Vergleich
dieser Werte kann das Spiel in Gummipuffern der Achsaufhängung
bestimmt werden.
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Um
letztlich sicher die Qualität der Stoßdämpfer
und das Verhalten der Federung beurteilen zu können, ist
es vorteilhaft, dass die den Achsen mit Fluidfedereinheiten und
Fluiddrucksensoren zugeordneten Räder Reifendrucksensoren
und Temperatursensoren aufweisen. Hierdurch kann das Verhalten der
Räder beziehungsweise Reifen in Abhängigkeit von
dem herrschenden Reifendruck mit in die Auswertung einbezogen werden.
Zudem können die Reifen für sich auf Schäden überwacht
und entsprechende Warnsignale produziert werden.
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Zur
Beurteilung von Schäden in Reifen reicht die Messung des
einfachen Reifendrucks oft nicht aus, so dass die Temperaturmessung
vorteilhaft hinzutritt.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, dass die den Achsen mit Fluidfedereinheiten
und Fluiddrucksensoren zugeordneten Räder Bremseinheiten
mit Temperatursensoren aufweisen.
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Auf
diese Weise kann die Leistungsfähigkeit beziehungsweise
der Verschleißzustand der entsprechenden Bremseinheiten
einzeln während eines Bremsvorgangs überwacht
werden. Damit kann einerseits die Steuerung der einzelnen Bremseinheiten nach
der Belastbarkeit beziehungsweise dem Verschleißzustand
gerichtet werden, damit die Bremseinheiten möglichst gleichzeitig
verschleißen und gemeinsam ausgewechselt werden können.
Zu dieser Priorisierung bei der Lastverteilung der Bremslast tritt die
Masseverteilung der Gesamtmasse des Fahrzeugs beziehungsweise des
Nutzraums, die bestimmt, welches Bremsmoment durch die einzelnen Räder
auf die Strasse gebracht werden kann. Die Kombination dieser Prinzipien
erlaubt die Optimierung des Bremsbetriebs bei dem erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug.
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Es
kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass den Bremseinheiten elektronische
Speichereinrichtungen zugeordnet sind zur Speicherung von bei einem
Bremsvorgang erfassten Funktionsparametern der jeweiligen Bremseinheit
und/oder zur summierten Speicherung von Bremsbelastungen, denen die
jeweilige Bremseinheit ausgesetzt ist.
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Somit
kann auch aus der Geschichte der einzelnen Bremseinheiten und ihrer
Belastungen auf einen Verschleißzustand geschlossen werden,
was die Erkenntnisgewinnung aus aktuell gemessenen Funktionsparametern
ergänzen oder ersetzen kann.
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Zudem
können die den Achsen mit Fluidfedereinheiten zugeordneten
Räder Drehwinkelsensoren und/oder Wegsensoren aufweisen.
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Auf
diese Weise kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in die Steuerung
mit einbezogen werden, es kann durch Differenzbildung der Geschwindigkeitsmessungen
auf beiden Seiten des Fahrzeugs eine Giergeschwindigkeit berechnet
werden und es kann optional auch mittels Schlupfsensoren ein Rutschen
der Räder detektiert werden. Hierdurch kann ein ABS-System
des Fahrzeugs in seinem Betrieb optimiert werden.
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Es
ist auch denkbar, dass den den Achsen mit Fluidfedereinheiten zugeordneten
Rädern wenigstens ein Schallsensor zur Erfassung von Roll- und
Rutschgeräuschen zugeordnet ist.
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In
einer Auswerteeinheit können aus den durch den Schallsensor
ermittelten Geräuschen Rückschlüsse auf
die Beschaffenheit der Fahrbahn und/oder der Reifen gezogen werden.
Es kann beispielsweise entschieden werden, ob auf Schnee, nasser
oder trockener Fahrbahn gefahren wird oder ob größere
Mengen Split sich auf der Fahrbahn befinden. Diese Informationen
können in die verschiedenen Regelmechanismen einfließen.
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Letztlich
kann eine Weiterbildung der Erfindung realisiert werden durch eine
Bremssteuereinheit, die die Bremseinheiten der Räder, die
den Achsen mit Fluidfedereinheiten zugeordnet sind, unter Berücksichtigung
der erfassten Geamtmasseverteilung ansteuert.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines
Kraftfahrzeuges sieht vor, dass beim Beladen des KFZ die Auswerteeinheit
die Signale der Fluiddrucksensoren auswertet und bei Erreichen einer
Schwelle der Abweichung von einer Sollverteilung ein Signal gegeben
wird.
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Somit
kann ein Beladungsassistent verwirklicht werden, der bei ungleichmäßiger
Beladung eine Asymmetrie ausmacht und meldet, so dass die Unsymmetrie
umgehend beseitigt werden kann. Es kann eine Sollverteilung als
maximal zulässige Verschiebung des Gesamtschwerpunkts von
der Mitte des Fahrzeugs definiert sein. Es können dabei
unterschiedliche Abweichungen je nach Gesamtlast zulässig
sein, so dass beispielsweise bei geringer Beladung relativ große
Abweichungen hingenommen werden, während bei einer Belastung
nahe der zulässigen Gesamtlast, wenn die Kippwahrscheinlichkeit ohnehin
steigt, die zulässigen Abweichungen von einer idealsymmetrischen
Belastung abnehmen.
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Es
kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass während der
Fahrt die Signale der Fluiddrucksensoren über die Zeit
gemittelt werden und die Auswerteeinheit bei Erreichen einer Schwelle
der Abweichung der Ladungsverteilung von einer Sollverteilung ein
Warnsignal abgibt.
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Damit
kann die Ladungsverteilung während der Fahrt überwacht
werden, wobei durch die Mittelwertbildung auch dynamische Lasten,
die durch eine Schrägstellung des Nutzraums oder durch
extreme Kurvenfahrten entstehen, berücksichtigt werden
können. Wird dabei längerfristig eine gewisse
Asymmetrie der Belastung überschritten, so wird durch das System
ein Warnsignal abgegeben.
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Es
kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass während der
Fahrt die Signale der Fluiddrucksensoren über die Zeit
gemittelt werden und die Auswerteeinheit bei einer Änderung
der Ladungsverteilung während der Fahrt ein Warnsignal
abgibt.
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Auf
diese Weise kann überwacht werden, ob die Ladung während
der Fahrt verrutscht und sich hierdurch eine Asymmetrie der Ladung
und/oder der Gesamtmasse ergibt, die über einer zumutbaren Schwelle
liegt. Geschieht dies, so wird ein entsprechender Warnhinweis gegeben
oder das Fahrzeug automatisch abgebremst oder auch die Höchstgeschwindigkeit
des Fahrzeugs auf eine bestimmte zulässige Maximalgeschwindigkeit
begrenzt.
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Es
kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei einem
ungleichmäßigen Absinken des Nutzraums infolge
einer ungleichmäßigen Ladungsverteilung das Kippmoment
durch eine Niveauanhebung an dem zunächst tiefer liegenden
Teil des Nutzraums und/oder eine Absenkung an dem zunächst tiefer
liegenden Teil des Nutzraums unter Berücksichtigung der
Gesamtmasseverteilung des Nutzraums erfolgt.
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Dies
hat zur Folge, dass bei ungleichmäßiger Beladung,
insgesamt ungleichmäßiger Masseverteilung oder
beispielsweise unterschiedlicher Luftdruckverteilung in den Reifen
des Fahrzeugs, wenn ein Teil des Nutzraums absinkt, dieser mittels
der Fluidfedereinheiten durch Einleiten von Fluid angehoben wird, und
zwar gegebenenfalls bis über die Schwelle einer horizontalen
Position des Nutzraums hinaus, so dass das Kippmoment über
diese Seite, das zum Umkippen des Fahrzeugs notwendig ist, erhöht
wird.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass auf einer Gefälle
aufweisenden Fahrbahn durch Auffüllen oder Entleeren von
einer oder mehreren Fluidfedereinheiten der zunächst tiefer
liegende Teil des Nutzraums angehoben und/oder der zunächst höher
liegende Teil des Nutzraums abgesenkt wird.
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Befindet
sich ein Fahrzeug somit auf einer Gefälle aufweisenden
Fahrbahn, sei es, dass das Gefälle in Fahrtrichtung oder
entgegen der Fahrtrichtung weist oder dass ein Gefälle
quer zur Fahrbahn zu einer seitlichen Neigung des Fahrzeugs führt,
so können durch Auffüllen und/oder Ablassen von
Fluidfedereinheiten die entsprechend zunächst abgesenkten
Teile des Nutzraums angehoben werden und zwar bis zum Erreichen
einer horizontalen Position des Nutzraums, so dass die entsprechende
Ladefläche horizontal ausgerichtet ist oder sogar darüber
hinaus.
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Dies
führt beispielsweise bei einem bergabfahrenden Fahrzeug
dazu, dass der vordere Teil des Nutzraums angehoben wird, so dass
beim Abbremsen des Fahrzeugs das Verrutschen der Ladung nach vorn
verhindert wird.
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Entsprechend
kann bei der Bergauffahrt der hintere Teil der Ladefläche
durch Anheben der hinteren Teile des Nutzraums ebenso angehoben
werden, um ein Abrutschen der Ladung nach hinten zu verhindern.
Entsprechendes gilt für ein Gefälle in Querrichtung,
wobei dann jeweils eine Seite des Fahrzeugs angehoben wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
bei einem durch die Druck- und/oder Wegsensoren in den Fluidfedereinheiten
signalisierten Aufschwingen des Kfz auf eine Regelung umgeschaltet
wird, die eine dynamische Druckregelung in den Fluidfedereinheiten
zur Dämpfung der Schwingung bewirkt. Insbesondere kann
bei einer solchen dynamischen Regelung als Regelgröße
der Druck in den Fluidfedereinheiten möglichst versucht werden,
konstant zu halten beziehungsweise bestimmte Schwellen nicht zu überschreiten.
Dadurch wird die Beschleunigung des Nutzraums bei einer Wankbe wegung
begrenzt, was die Ladung und das Fahrgestell schont. Diese Regelung
ist unter bestimmten Bedingungen günstiger als eine Regelung, die
von dem erfassten Federweg der Fluidfedereinheiten ausgeht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
eine Einlenkbewegung der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs überwacht
und beim Durchfahren einer Kurve auf der kurvenäußeren
Seite durch Einleitung von Fluid in die Fluidfedereinheiten eine
Anhebung des Nutzraums und/oder eine Erhöhung des Drucks
in den Fluidfedereinheiten vorgenommen wird.
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Auch
durch diese Maßnahme wird die Kippstabilität insbesondere
bei der dynamischen Belastung während einer Kurvendurchfahrt
erhöht. Ebenso gut wie eine Erhöhung des Drucks
an der kurvenäußeren Seite kann der Druck beziehungsweise
die Ausdehnung der Fluidfedereinheiten auf der kurveninneren Seite
verringert werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels in einer Zeichnung
gezeigt und anschließend beschrieben.
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Dabei
zeigt
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1 einen
Achskörper mit einer Fluidfedereinheit und der Befestigung
am Rahmen des Fahrzeugs,
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2 schematisch
die Steuerung einer mechatronischen Achse,
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3 eine
schematische Übersicht über einen Auflieger eines
Nutzkraftfahrzeugs von oben,
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4 eine
Seitenansicht eines Aufliegers,
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5 eine
Ansicht eines Anhängers von hinten und
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6 zwei
Ansichten eines Lastkraftwagens bei Bergauffahrt.
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In
der 1 ist ein zylindrischer Achskörper 1 in
einer stirnseitigen Ansicht gezeigt, wobei der Achskörper 1 als
Freiformkörper ausgebildet sein kann. Stirnseitig ragt
aus dem Achskörper 1 eine Welle 2 zur
Aufnahme der Nabe eines Kraftfahrzeugrades heraus, welches selbst
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
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Der
Achskörper 1 ist vorteilhaft hohl ausgebildet
und dient zur Speicherung von unter Druck stehendem Fluid, insbesondere
Druckluft, die zur Betätigung verschiedener Aggregate einer
mechatronischen Achse dienen kann.
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Der
Achskörper 1 ist mittels eines Lenkers 3 gelenkig
mit dem Lagerbock 5 verbunden, der seinerseits fest mit
einem Rahmen des Kraftfahrzeugs zusammenhängt oder selbst
Teil des Rahmens ist.
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Der
Lagerbock 5 ist außerdem über einen hydraulischen
Stoßdämpfer 4 mit dem Achskörper 1 verbunden,
der Stöße in der Relativbewegung zwischen dem
Achskörper und dem Rahmen des Fahrzeugs dämpft.
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Umfangsseitig
ist an dem Achskörper 1 wenigstens eine Fluidfedereinheit 6 befestigt,
die beispielsweise als gasdichter verformbarer Balg ausgebildet
sein kann. Auf der Tragfläche 7 der Fluidfedereinheit 6 ist
schematisch eine dort abgestützte Ladefläche 8 als
Boden eines Nutzraums des Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Die
Fluidfedereinheit 6 trägt somit zumindest einen
Teil des Gewichts des Nutzraums. Dieser kann zusätzlich
noch an anderen Stellen abgestützt sein, die entweder auch
durch Fluidfedereinheiten oder durch feste Rahmenbestandteile gebildet
sein können.
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Die
Fluidfedereinheiten können außer als einfache
Gasfeder auch als kombinierte mechanische Feder mit einem Fluidraum
ausgebildet sein, wobei die mechanische Feder zunächst
die mechanischen Eigenschaften aufbringt, deren Bewegung jedoch
durch Schließen eines Ventils des Fluidraumes gestoppt
werden kann. Dies ist beispielsweise derart denkbar, dass eine Schraubenfeder
in einen längenveränderlichen zylindrischen Raum
gebracht wird, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt
und offen, jedoch durch ein Ventil verschließbar ist.
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Der
Vorzug ist jedoch bei der aktuellen Ausprägung in der Automobiltechnik
einer Gasfeder zu geben.
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2 zeigt
in einer Seitenansicht einen Achskörper 1 mit
zwei Fluidfedereinheiten 6, 9, die auf beiden
Seiten, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen, an dem Achskörper 1 verteilt
sind. Auf diese Weise kann die gesamte Gewichtsbelastung des Nutzraums,
die auf der Ladefläche 8 abgestützt ist, soweit
sie auf dem Achskörper 1 lagert, gemessen werden.
Hierzu werden die Gewichtsbelastungen auf den Fluidfedereinheiten 6 und 9 einfach
addiert.
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Zusätzlich
kann eine Schwerpunktslage bezüglich der Längsachse
des Fahrzeugs beziehungsweise der Symmetrieebene 10 bestimmt
werden, dadurch, dass die auf den einzelnen Fluidfedereinheiten 6, 9 lagernden
Gewichtskräfte miteinander verglichen werden. Die Schwerpunktslage
des Nutzraums oder der Ladung kann in einer Anzeige 40 dargestellt werden.
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Dies
kann zunächst für den leeren Nutzraum und danach
für den beladenen Nutzraum geschehen, so dass aus einer
Differenzbildung die Unsymmetrie der Beladung ebenfalls berechnet
werden kann.
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Außerdem
kann mittels der gemessenen Gewichtsbelastung auch die auf dem Achskörper 1,
dem Rahmen und den einzelnen Rädern lagernde Gewichtsbelastung
gemessen und für einen zu verfolgenden Verschleiß berücksichtigt
werden.
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Die
Messung der auf den einzelnen Rädern liegenden Gewichtsbelastung
kann auch dafür vorteilhaft genutzt werden, die maximal
zulässige Bremsbelastung für die einzelnen Räder
einzeln zu bestimmen, um die Ansteuerung der Bremsen individuell
optimieren zu können. Dabei kann bei Kenntnis der entsprechenden
Reibungskoeffizienten die maximale Querbelastung ebenso wie das
maximal übertragbare Umfangsmoment an jedem der Reifen
berechnet und eingehalten werden.
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Zu
diesem Zweck und um den aktuellen Fahrbahnzustand zu berechnen,
kann beispielsweise ein Mikrofon im Bereich der Rollflächen
der Reifen angeordnet sein, um Roll- und Rutschgeräusche
aufzunehmen und hieraus Schlüsse über eine trockene beziehungsweise
nasse, schneebedeckte oder vereiste Fahrbahn zu schließen.
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Die
einzelnen Fluidfedereinheiten 6, 9 weisen jeweils
Fluiddrucksensoren 11, 12 auf, die über die
Druckmessung eine Bestimmung der mechanischen Belastung auf jeder
Fluidfedereinheit erlauben.
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Außerdem
weisen die Fluidfedereinheiten 6, 9 Federwegsensoren 13, 14 auf,
die es erlauben, den Kompressionsgrad der einzelnen Federeinheiten
zu bestimmen.
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Zudem
sind die Fluidfedereinheiten 6, 9 dadurch beeinflussbar,
dass über Hydraulikleitungen 15, 16 mittels
Ventilen 17, 18 aus dem Achskörper 1 Druckluft
in die entsprechenden Bälge geleitet wird. Hierdurch ändert
sich jeweils die Federkonstante und auch die Höhe der entsprechenden
Bälge/Fluidfedereinheiten.
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Damit
ist über einen Vergleich der gemessenen Federwege bei Kenntnis
des Abstands der Fluidfedereinheiten auch die Schrägstellung
der Ladefläche 8 rechnerisch einfach und schnell
bestimmbar.
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Zu
diesem Zweck werden die entsprechenden Messwerte über Messleitungen 19, 20,
die beispielsweise als Datenbus ausgeführt sein können,
einer Steuereinheit 21 zugeführt. Diese kann von
einer Vielzahl von Fluidfedereinheiten die entsprechenden Messungen
verarbeiten, so dass eine Schrägstellung der Ladefläche 8 nicht
nur in seitlicher Richtung des Fahrzeugs sondern auch in Längsrichtung
berechenbar ist und soweit die Ladefläche ausschließlich über Federbälge
abgestützt ist, auch das Gesamtgewicht des Nutzraums aus
der Gesamtbelastung der Fluidfedereinheiten bestimmt werden kann.
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Die
Steuereinheit 21 kann über Steuerleitungen 22, 23 auch
die Ventile 17, 18 steuern um die Höhe
und die Federkonstante der einzelnen Fluidfedereinheiten zu beeinflussen.
Für diese Steuerung werden situationsabhängig
verschiedene Verfahren angewendet, die weiter unten beschrieben
sind.
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Mit
der Steuereinheit 21, die an einer beliebigen Stelle des
Fahrzeugs angeordnet sein kann, sind vorteilhaft auch die Bremseinheiten 24, 25 sowohl über
Aktoren als auch Sensoren verbunden, so dass sowohl die Ansteuerung
der Bremsen mittels der Steuereinheit 21 individuell erfolgen
kann als auch eine Messung beispielsweise der Temperatur der Bremsscheiben.
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Auch
die Temperatur der Radnaben kann überwacht werden, ebenso
wie das Laufgeräusch, um den Verschleißzustand
zu erfassen.
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Bei
Erfassung und Auswertung der oben genannten Parameter kann die Verteilung
der Bremskraft gemäß der auf den einzelnen Räder
liegenden Gewichtskraft vorgenommen werden, soweit der Verschleißzustand
der Bremsen dies zulässt.
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Ergibt
sich bei höherer Erwärmung einzelner Bremsen ein
fortgeschrittener Verschleißzustand, so können
die stärker verschlissenen Bremsen auch geschont werden,
um einen gleichmäßigen Verschleißzustand
der einzelnen Bremseinheiten herzustellen und damit ein gleichzeitiges
Auswechseln/Warten sinnvoll zu machen.
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Dadurch
kann das Material optimal ausgenutzt und die Wartungszeit optimiert
werden. Um die Fahrsicherheit weiter zu erhöhen, können
zusätzlich auch die Reifen 26 genau überwacht
werden, indem sowohl der Reifendruck als auch die Feuchtig keit der Reifenluft
mittels Sensoren 27, 28 erfasst und als Messwerte
der Steuereinheit 21 zugeführt werden.
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Dadurch
kann beispielsweise bestimmt werden, ob eine Schräglage
schon durch ungleichmäßige Reifendruckverteilung
hervorgerufen ist oder es kann bei der Messung der Intensität
von Stößen unterschieden werden, ob Unregelmäßigkeiten
mit dem Funktionszustand des Stoßdämpfers 4 oder
dem Reifendruck in Verbindung stehen. Das beschriebene System aus
Gasbälgen/Fluidfedereinheiten mit Drucksensoren und Federwegsensoren
kann auf sämtliche Achsen eines Aufliegers oder Anhängers oder
eines sonstigen Fahrzeugs erweitert werden.
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Hierzu
zeigt 3 schematisch von oben die Ansicht eines Aufliegers
mit drei Achsen, an denen die Fluidfedereinheiten schematisch als
Kreise 6, 9, 29, 30, 31, 32 gezeigt
sind. Damit kann, abgesehen von dem Gewicht auf der Aufliegerkupplung 33,
das gesamte Gewicht des Nutzraums des Aufliegers in den Fluidfedereinheiten
gemessen werden. Dabei ist der Nutzraum im Falle eines Aufliegers
mit dem Aufbau gleichzusetzen, der den Laderaum umgibt.
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Bei
einem Personenkraftfahrzeug ist der Nutzraum durch den Fahrgastraum
mit der ihn umgebenden Karosserie gebildet ebenso wie bei einem Bus.
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Die 4 zeigt,
dass der Nutzraum 34 eines Aufliegers durch ungleichmäßige
Gewichtsverteilung schräg liegt. Im dargestellten Fall
ist die Fahrtrichtung mit dem Pfeil 35 angezeigt und der
Nutzraum 34 hat Gefälle nach hinten. Dies kann
durch die unterschiedlichen Federwege S1, S2, S3 an den Fluidfedereinheiten
der verschiedenen Achsen nachgewiesen und unter Berücksichtigung
der Achsabstände berechnet werden. Damit wird der Winkel θ der Schräglage
bestimmt.
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Dieser
kann durch Einpumpen von Druckluft beispielsweise in die Bälge
der am weitesten hinten liegenden Achse oder der beiden weiter hinten
liegenden Achsen und gegebenenfalls gleichzeitiges Ablassen von
Druckluft aus den Fluidfedereinheiten der am weitesten vorn liegenden
Achse verringert werden.
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Die 5 zeigt
eine ähnliche Situation bezüglich einer seitlichen
Schräglage mit einer Neigung des Nutzraums 34 zur
rechten Seite aufgrund einer unsymmetrischen Schwerpunktlage rechts
von der Symmetrieachse 36. Der Schwerpunkt ist beispielhaft
an der Spitze des Pfeils 37 angenommen. Auf der linken
und rechten Seite des Nutzraums beziehungsweise des Achskörpers 1 werden
unterschiedliche Federwege gemessen, mittels deren über
den bekannten Abstand der Fluidfederelemente entlang des Achskörpers 1 die
Schräglage berechnet und wenn möglich ausgeglichen
werden kann.
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Hierdurch
wird die Kippgefahr, insbesondere zur Seite, drastisch verringert.
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Dies
kann insbesondere auch zeitabhängig beim Durchfahren von
Kurven oder beim Durchfahren von Gefällestrecken, die eine
verstärkte Schräglage zu Folge haben können,
geschehen.
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Zum
Ausgleich bei Kurvenfahrten kann der Lenkeinschlag gemessen werden,
um frühzeitig eine Erhöhung an den kurvenäußeren
Gasbälgen und/oder eine Absenkung an den kurveninneren
Bälgen zu erzeugen.
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Es
kann auch fahrsituationsabhängig, insbesondere beim Aufschwingen
des Fahrzeugs, dem sogenannten Wanken, ein dämpfender dynamischer Einfluss
auf die Fluidfedereinheiten genommen werden, um die Schwingungsbewegung
abzudämpfen und zu eliminieren. Auch hierzu ist es sinnvoll,
insbesondere die Fluiddruckwerte in den Fluidfedereinheiten als
Regelgröße zu verwenden.
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Letztlich
kann es auch vorteilhaft sein, in Längs- oder Querrichtung
des Fahrzeugs durch Einstellung einer bestimmten Neigung des Nutzraums die
Ladung am Rutschen zu hindern oder die Rutschgefahr zumindest zu
verringern.
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Dies
ist beispielhaft in der 6 gezeigt, in der ein Lastkraftwagen
in Richtung des Pfeils 38 bergauf fährt.
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Um
ein Abrutschen der Ladung nach hinten zu verhindern, kann der Nutzraum
durch Anhebung der hinten liegenden Fluidfedereinheiten derart gegenüber
der Fahrbahnoberfläche angekippt werden, dass der Nutzraum
horizontal liegt. Dies ist im unteren Bereich der Figur beispielhaft
dargestellt.
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Bei
einer Bergabfahrt kann der vordere Teil des Nutzraums, in Fahrtrichtung
gesehen, angehoben werden, um ebenfalls ein Verrutschen der Ladung
nach vorn zu verhindern, was um so wichtiger ist, als bei Bremsmanövern
die Rutschgefahr in Bergabfahrt drastisch vergrößert
ist.
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Für
eine optimierte Überwachung der mechatronischen Achsen
als ganzen können zusätzliche Sensoren vorgesehen
sein, beispielsweise zur Messung des Gasdrucks, der Temperatur und
der Feuchtigkeit in dem Gasspeicher der Achskörper. Dies
dient dazu, die zur Verfügung stehende pneumatische Energie
zur Betätigung der Fluidfedereinheiten abzuschätzen.
Auch Undichtigkeiten können hierdurch entdeckt werden.
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Die
Steuerventile können direkt auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht
werden.
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Es
kann auch sinnvoll sein, die Fahrgeschwindigkeit und die Laufleistung
des Fahrzeugs direkt über Roll- beziehungsweise Winkelsensoren
an den Rädern zu erfassen. Hierdurch kann einerseits eine
ABS-Einheit unterstützt werden, andererseits können
Verschleißzustände, beispielsweise an den Radlagern
und Bremsen, eingeschätzt werden.
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Es
kann vorteilhaft die Temperaturmessung sowohl an Radlagern als auch
an den Bremsscheiben vorgesehen sein, um zusätzliche Informationen über
den Verschleißzustand zu erhalten. Dies kann die Ansteuerung
der Bremseinheiten an den verschiedenen Rädern verbessern
und auch eine Verschleißsteuerung bewirken, die durch vermehrte
Belastung der weniger verschlissenen Bremsen einen gleichmäßigen
Verschleiß und damit eine gleichzeitige Wartung beziehungsweise
Austausch ermöglicht.
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Insgesamt
kann durch Messung und Summierung der auf das Fahrgestell wirkenden
Beschleunigungen der Verschleiß des Fahrzeugs verfolgt
und bei Erreichen bestimmter Verschleißzustände
ein Warnsignal abgegeben werden.
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Es
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den übrigen
Funktionsparametern auch eine Momentenmessung an den Rädern
durchgeführt wird, wodurch Brems- und Störmomente
erfasst werden können. Hierdurch kann der Verschleißzustand
beziehungsweise die Funktionsfähigkeit der Bremsen ermittelt werden,
insbesondere wenn die gemessenen Ist-Größen mit
den Soll-Größen, wie beispielsweise der Bremspedalstellung,
verglichen und die Fahrgeschwindigkeit und der Beladungszustand
miteinbezogen werden.
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Es
können auch bei stationärer Fahrt die Reibmomente
der einzelnen Räder erfasst werden, wodurch auf den Verschleißzustand
der Radlager beziehungsweise Verschmutzung und andere Störgrößen
geschlossen werden kann. Dabei sind natürlich die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, die Beladung und der Reifenluftdruck mit einzubeziehen.
In dem Steuergerät 21 kann zur Auswertung ein
entsprechendes Kennfeld von Messgrößen hinterlegt
sein.
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Es
können alternativ auch die Radmomente verschiedener Räder
gleichzeitig miteinander verglichen werden, um so bei größeren
Differenzwerten auf Störungen zu schließen und
entsprechend ein Warnsignal zu einer vorzunehmenden Wartung abzugeben.
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Die
entsprechenden Messwerte können auch gespeichert werden,
um aufgrund von längerfristigen Trends Vorhersagen über
notwendige Wartungen und Instandsetzungen treffen zu können (Bremsbelagwechselassistent,
Bremswartungsassistent).
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Wenn
die Drehbewegung der einzelnen Räder unabhängig
voneinander überwacht wird, lassen sich wertvolle Informationen
für ein ABS-System gewinnen, jedoch auch die Giergeschwindigkeit
berechnen beziehungsweise ein ungewolltes Rollen des Fahrzeugs überwachen,
so dass automatisch eine Bremse betätigt werden kann (Hill-Holder,
Parksperre gegen Wegrollen). Wenn eine Vielzahl von Parametern mittels
des Steuergerätes 21 überwacht, verglichen
und mit gespeicherten Werten verglichen wird, können einerseits
langfristige Trends beim Verhalten des Fahrzeugs erkannt und daraus
Wartungsnotwendigkeiten ermittelt werden, andererseits können
die teilweise redundanten Parameter auch gegeneinander abgeglichen
und damit das System selbst überwacht werden. Durch die
Kommunikation zwischen mehreren mechatronischen Achsen eines Fahrzeugs
kann eine Gesamtaussage über den Zustand des Fahrzeugs
gewonnen, andererseits können auch diese Informationen
zu einer wechselseitigen Überwachung der einzelnen Aggregate
herangezogen werden.
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Somit
ergibt sich insgesamt eine Erhöhung der Fahrsicherheit
und auch des Fahrkomforts.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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