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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges mit einer Vorderachse und wenigstens einer Hinterachse, an denen jeweils Räder und Luftfedern angeordnet sind, wobei jede dieser Luftfedern ein Luftvolumen umschließt, das mit einem Zusatzvolumen über jeweils ein Ventil in Verbindung steht, wobei jeder Luftfeder Wegeventile zugeordnet sind, um die Luftfedern mit einer Druckmittelquelle zu verbinden und/oder miteinander zu verbinden, sowie mit zumindest einem Mittel zur Bestimmung des Abstandes des jeweiligen Rades vom Fahrzeugaufbau und mit einer Regeleinheit zum Ansteuern der Ventile.
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Eine Niveauregelanlage der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 199 40 198 C1 bekannt. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur Regelung eines Systems beschrieben, bei dem eine Luftfeder über eine schaltbare Drossel mit einem Zusatzvolumen verbunden ist. Die Schaltung der Drossel erfolgt anhand der erforderlichen Federsteifigkeit der Luftfeder.
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Weiterhin ist es aus der
DE 197 10 399 C2 bekannt, die Verbindung einer Luftfeder zu einem Zusatzvolumen in Abhängigkeit von dem Druck in der Luftfeder bzw. innerhalb des Zusatzvolumens bei geringen Drücken zu öffnen oder bei hohen Drücken zu schließen.
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Der Nachteil der bekannten Niveauregelanlagen mit Luftfeder und Zusatzvolumen besteht darin, dass bei unebenen Straßen unter Umständen sehr lange gewartet werden muss, bis die erlaubten Schaltbedingungen vorliegen.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass fahrtsituationsabhängig große Druckschwankungen in den Luftfedern auftreten und das Schließen der Zusatzvolumina mit einer variablen Zeitverzögerung erfolgt. Werden die Zusatzvolumina zu einem Zeitpunkt geöffnet oder geschlossen, in dem sich die Luftfedern nicht in der stationären Ruhelage befinden, so werden unterschiedliche Druckvolumina in den Zusatzvolumina eingeschlossen oder in den Druckraum der Luftfeder hinzugefügt, wodurch sich eine unerwünschte Verschiebung der stationären Ruhelage der Luftfeder und damit der Fahrzeugniveaulage ergibt. Des Weiteren können aufgrund von Fahrzeuglastschwankungen Druckunterschiede in den Luftfedern verursacht werden, die bei einem Verbinden mit den Zusatzvolumina wiederum die gleiche Auswirkung haben können. Eine weitere Ursache für eine Veränderung des stationären Luftfederdrucks sind unterschiedliche Sollniveaulagen aufgrund der üblicherweise konturierten Geometrie der Luftfedern. Auch in diesem Fall führen beispielsweise ein Schließen der Ventile der Zusatzvolumina in einer ersten Niveaulage und ein anschließendes Öffnen der Ventile in einer anderen Niveaulage aufgrund der unterschiedlichen Luftfederdrücke zu einer Niveaulagenveränderung des Fahrzeugaufbaus. Der exakte Zeitpunkt, wann das Ventil geschlossen wird, ist nicht im Voraus bekannt und kann nur nachträglich ermittelt werden.
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Zwar ist es möglich, die fahrtsituationsabhängigen Einflüsse zu minimieren, indem die Fahrtsituation beobachtet wird und nur in der stationären Luftfederruhelage im Normalniveau die Ventile zum Zu- oder Abschalten der Zusatzvolumina betätigt werden. Hierbei ist jedoch oft ein längerer Zeitraum notwendig, bis die besondere Fahrtsituation erreicht ist, während die Probleme der Fahrzeuglastschwankungen und der Niveaulagenveränderungen dennoch nicht gelöst werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Niveauregelanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen einer Luftfeder und einem Zusatzvolumen für diese Luftfeder mit einfachen Mitteln hinsichtlich ihrer Zu- und Abschaltung steuerbar oder regelbar ist, wobei die Zuschalt- und Abschaltvorgänge der Zusatzvolumina nicht zeitverzögert erfolgen sollen und Druckschwankungen in den Luftfedern aufgrund der Fahrbahnbeschaffenheit, von Fahrmanövern, von Fahrzeuglastschwankungen und von Niveaulagenwechseln bei Einschalt- und Ausschaltvorgängen der Zusatzvolumina nicht zu größeren Abweichungen der Niveaulagen führen sollen.
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Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs daher aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges mit einer Vorderachse und wenigstens einer Hinterachse, an denen jeweils Räder und Luftfedern angeordnet sind, wobei jede dieser Luftfedern ein Luftvolumen umschließt, das mit einem Zusatzvolumen über jeweils ein Ventil in Verbindung steht, wobei jeder Luftfeder Wegeventile zugeordnet sind, um die Luftfedern mit einer Druckmittelquelle zu verbinden und/oder miteinander zu verbinden, sowie mit zumindest einem Mittel zur Bestimmung des Abstandes des jeweiligen Rades vom Fahrzeugaufbau und mit einer Regeleinheit zum Ansteuern der Ventile, wobei erfindungsgemäß die Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina unabhängig vom ermittelten Abstand betätigt werden und gleichzeitig oder unmittelbar danach die Wegeventile für die Luftfedern, über die eine Verbindung mit einer Druckmittelquelle und/oder miteinander herstellbar ist, achsweise nacheinander betätigt werden.
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Die Ventile können demnach immer durchgeschaltet werden, nicht nur in der Nulllage.
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Durch diese Betriebsweise erfolgen die Zuschalt- bzw. Abschaltvorgänge der Ventile bzw. der Zusatzvolumina nicht zeitverzögert und Druckschwankungen in den Luftfedern aufgrund der Fahrbahnbeschaffenheit, von Fahrmanövern, Fahrzeuglastschwankungen oder Niveaulagenwechsel während der Einschalt- und Ausschaltvorgänge der Zusatzvolumina führen nicht zu größeren Abweichungen der Niveaulagen des Kraftfahrzeugs.
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In Weiterbildung der Erfindung können erst die Wegeventile der Hinterachse durchgeschaltet werden und anschließend die Wegventile der Vorderachse, wenn die Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina durchgeschaltet werden, oder dass erst die Wegeventile der Vorderachse durchgeschaltet werden und anschließend die Wegeventile der Hinterachse, wenn die Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina diese Verbindung unterbinden.
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Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüche 3 bis 6 bestehen darin, dass nach jedem Zu- oder Abschalten der Zusatzvolumina automatisch im Anschluss daran sofort ein achsweiser Niveauausgleich durchgeführt wird, wobei die Regelabweichung mit einem Filter mit einer Filterzeitkonstanten von etwa 0,2 bis 2 Sekunden ermittelt wird und das achsweise Zu- und Abschalten der Zusatzvolumina bevorzugt so erfolgen kann, dass an der Vorderachse immer eine höhere Steifigkeit als an der Hinterachse vorhanden ist.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Höhenabweichung zum Soll-Höhenniveau im Schaltzeitpunkt ermittelt und ein Regelausgleich nur dann durchgeführt wird, wenn erkannt wird, dass im Schaltzeitpunkt der Ventile die Höhen nicht dem Soll-Höhenniveau entsprachen (Schalten im Nulldurchgang) bzw. um einen vorgegebenen Betrag davon abweichen.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Zusatzvolumina schrittweise oder kontinuierlich zu den Luftfedervolumina zugeschaltet oder von diesen getrennt werden.
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Wenn eine Information bezüglich des Schaltzustandes zumindest eines der Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina und/oder der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle generiert wird, kann diese auch an andere Fahrwerksregelsysteme übermittelt und insbesondere bei der Regelung der Fahrzeugstabilität eingesetzt werden.
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Vorzugsweise kann eine erste Zeitkonstante (Δtx) zwischen dem Betätigen der Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina und dem ersten Betätigen eines der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle von bis zu 5 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 bis 2 Sekunden, vorgesehen sein.
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Des Weiteren kann eine zweite Zeitkonstante zwischen dem ersten Betätigen der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle der ersten Achse und dem Betätigen eines der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle der zweiten Achse von bis zu 2 Sekunden, vorzugsweise von 0 bis 1 Sekunde, vorhanden sein. Insbesondere kann dabei die Schaltdauer der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle im Bereich von 2 bis 10 Sekunden liegen.
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Die achsweise Betätigung der Wegeventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle können aufgrund eines weiteren Fahrzeugsignals, beispielsweise dem Lenkwinkel des Fahrzeuges, abgebrochen oder unterbrochen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile werden im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren erläutert.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeuges mit einer Niveauregelanlage.
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2 zeigt ein Schaltbild der Niveauregelanlage gemäß 1 und
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3 zeigt ein Zeitdiagramm der Schaltung der Ventile zwischen den Luftfedern und den Zusatzvolumina sowie der Ventile zwischen den Luftfedern und der Druckmittelquelle.
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In 1 ist in stark schematisierter Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachse mit zwei Rädern und einer Niveauregelanlage abgebildet, wobei das Kraftfahrzeug für jedes Rad 6 eine Luftfeder 2 und einen regelbaren Stoßdämpfer 4 enthält, und wobei nur die für die nachfolgenden Erläuterungen notwendigen Bestandteile gezeigt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stoßdämpfer 4 beispielhaft als pneumatischer Stoßdämpfer ausgebildet, wenngleich das System auch andere Stoßdämpfer bekannter Bauarten enthalten kann. Es ist auch eine Integration des Dämpfers in die Luftfeder zu einer so genannten Feder-Dämpfer-Einheit möglich.
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Mit Hilfe der Luftfeder 2 und des Stoßdämpfers 4 ist ein Kraftfahrzeugrad 6 gegenüber einem Fahrzeugaufbau 8 des Kraftfahrzeuges federnd gelagert. Die Luftfeder 2 ist zu dem regelbaren Stoßdämpfer 4 parallel geschaltet, d. h. bei einer Einfederbewegung des Kraftfahrzeugrades 6 werden die Luftfeder 2 und der Stoßdämpfer 4 zwangsweise immer gleichzeitig verkürzt, wohingegen bei einer Ausfederbewegung des Kraftfahrzeugrades 6 die Luftfeder 2 und der Stoßdämpfer 4 zwangsweise immer gleichzeitig verlängert werden. Der regelbare Stoßdämpfer 4 weist in einem Kolben 36 regelbare Drosselöffnungen 24 auf, durch die bei einer Verlängerung oder Verkürzung des Stoßdämpfers 4 ein Dämpfungsmedium von einer Teilkammer in eine andere Teilkammer des Stoßdämpfers 4 strömt. Der Stoßdämpfer 4 kann beispielsweise als hydraulischer oder pneumatischer Stoßdämpfer aufgebaut sein. Derartige Stoßdämpfer sind an sich bekannt, so dass sie hier nicht näher erläutert werden sollen.
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Zusätzlich zu der Luftfeder 2 und dem Stoßdämpfer 4 weist das System ein Zusatzvolumen 22 auf; das außerhalb des Luftvolumens 16 der Luftfeder 2 und des Stoßdämpfers 4 angeordnet ist. Die Größe des Zusatzvolumens 22 ist unabhängig von dem momentanen Einfederungszustand der Luftfeder und von der momentanen Stellung des regelbaren Stoßdämpfers 4, also unabhängig von der momentanen Stellung des Kolbens 36.
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Die Luftfeder 2 enthält einen Rollbalg 10, der in an sich bekannter Art und Weise zwischen einem Anschlussteil 12 und einem Abrollkolben 14 angeordnet ist und ein Luftvolumen 16 umschließt. Das Luftvolumen 16 steht über eine Leitung 18, die durch das Anschlussteil 12 geführt ist, über ein Ventil 20 mit schaltbaren Drosselöffnungen 30 mit dem Zusatzvolumen 22 in Verbindung, die unabhängig von den Drosselöffnungen 24 im Kolben 36 regelbar sind. Das Zusatzvolumen 22 ist ferner vorzugsweise unveränderbar ausgebildet, also in seiner Größe unveränderlich.
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Alternativ dazu ist es möglich das Zusatzvolumen 22 in seiner Größe veränderlich auszubilden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Zusatzvolumen 22 durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilt wird, in der sich regelbare Drosseln, die insbesondere vollkommen geschlossen und geöffnet werden können, befinden.
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Das Ventil 20 kann beispielsweise als ein pneumatisch oder magnetisch schaltbares oder als stufenlos regelbares Ventil 20 ausgebildet sein. Andere dem Fachmann geläufige Aufbauten eines Ventils sind möglich.
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Die Drosseleinstellung sämtlicher Drosseln des Systems ist von der Regeleinheit 26 unabhängig voneinander steuerbar. Die Drosseleinstellung (im Ausführungsbeispiel die Größe der Drosselöffnungen 24) und damit die Größe der Dämpfung des Stoßdämpfers 4 ist von der Regeleinheit 26 über eine elektrische Leitung 28 regelbar. Die Leitung 18 bzw. das Ventil 20, über die das Luftvolumen 16 der Luftfeder 2 mit dem Zusatzvolumen 22 verbunden ist, ist ebenfalls über eine elektrische Leitung 32 von der Regeleinheit 26 regelbar. Durch die Stellung des Ventils 20 kann die Federsteifigkeit der Luftfeder 10 verstellt oder gegebenenfalls stufenlos eingestellt werden. Bei vollständig geschlossener Leitung 18 bzw. Ventil 20 weist die Luftfeder 10 die größte Federsteifigkeit und bei vollständig geöffneter Leitung 18 bzw. Ventil 20 weist die Luftfeder 10 die kleinste Federsteifigkeit auf. Zusätzlich wird der Regeleinheit 26 das Höhensignal 42 des Höhensensors 40 zugeführt. Das Höhensignal 42 gibt entweder die vom Höhensensor 40 direkt gemessene Fahrzeughöhe wieder oder den Winkel α an, wobei die Fahrzeughöhe dann mit Hilfe des Winkels α von der Regeleinheit 26 berechnet werden kann.
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Anhand der 2 und 3 lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren erläutern. Von einer an sich bekannten Niveauregelanlage sind nur die erfindungswesentlichen Einzelheiten dargestellt.
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Die Luftfederungsanlage verfügt über Luftfedern 2a und 2b, die der Vorderachse VA des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind und über Luftfedern 2c, 2d, die der Hinterachse HA des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind. Mit den Luftfedern 2a bis 2d ist ein nicht gezeigter Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges federnd gelagert. Die Luftfedern 2a und 2b stehen über eine Querleitung 44 und die Luftfedern 2c und 2d stehen über eine Querleitung 46 miteinander in Verbindung. Jede Querleitung 44, 46 enthält jeweils zwei Wegeventile 48a, 48b bzw. 48c, 48d, von denen jeweils eines einer Luftfeder 2a bis 2d zugeordnet ist.
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Darüber hinaus stehen die Querleitungen 44 und 46 mit einer weiteren Leitung 50 in Verbindung, über welche die Luftfedern 2a bis 2d mit Druckluft befüllt bzw. über die Druckluft aus den Luftfedern 2a bis 2d abgelassen wird. Die Leitung 50 endet in einer Querleitung 52, deren eines Ende über ein Wegeventil 58 mit einem Kompressor 54 und deren anderes Ende über ein Wegeventil 60 mit einer Druckmittelspeicher in Form eines Druckluftspeichers 56 verbunden ist. Darüber hinaus ist in der Leitung 50 ein Drucksensor 62 angeordnet, mit dessen Hilfe der Druck in den Luftfedern 2a bis 2d und in dem Druckluftspeicher 56 messbar ist. Schließlich lässt sich die Leitung 50 über ein Wegeventil 64 mit der Atmosphäre verbinden, so dass sich in an sich bekannter Weise Luft aus den Luftfedern 2a bis 2d ablassen lässt.
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Aus der 3 ergibt sich, wie die Ventile 20a, 20b, 20c, 20d einzeln oder zu mehreren sowie die Wegeventile 48a, 48b, 48c und 48d achsweise durch die Regeleinheit 26 angesteuert werden.
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Wird beispielsweise das Ventil 20a zwischen der Luftfeder 2a und dem Zusatzvolumen 22a zum Zeitpunkt t1 durchgeschaltet, was jederzeit, nicht nur in der Nulllage erfolgt, so werden zum Zeitpunkt t2, also mit einer Zeitverzögerung gegenüber t1 von Δt1 von 0 bis 5 Sekunden zunächst die Wegeventile 48c, 48d der Hinterachse HA für eine Zeitdauer von Δt2 von 2 bis 10 Sekunden durchgeschaltet. Zum Zeitpunkt t3 werden die Wegeventile 48c, 48d der Hinterachse HA wieder geschlossen, wonach die Wegeventile 48a, 48b der Vorderachse VA mit einer Zeitverzögerung von Δt3 von 0 bis 2 Sekunden durchgeschaltet werden. Die Ventile 48a, 48b der Vorderachse VA bleiben während einer Zeitdauer von Δt4 von 2 bis 10 Sekunden durchgeschaltet und werden zum Zeitpunkt t5 wieder geschlossen.
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Wird das Ventil 20a zum Zeitpunkt t6 wieder geschlossen, so erfolgt das Durchschalten der Wegeventile 48a, 48b der Vorderachse VA zum Zeitpunkt t7 mit einer Zeitverzögerung von Δt5 von 0 bis 5 Sekunden. Die Wegeventile 48a, 48b der Vorderachse VA werden zum Zeitpunkt t8 mit einer Zeitverzögerung von Δt6 von 2 bis 10 Sekunden wieder geschlossen, und die Wegeventile 48c, 48d der Hinterachse HA werden zum Zeitpunkt t9 mit einer Zeitverzögerung von Δt7 von 0 bis 2 Sekunden durchgeschaltet. Die Ventile 48c, 48d der Hinterachse HA werden schließlich zum Zeitpunkt t10 mit einer Zeitverzögerung von Δt8 von 2 bis 10 Sekunden wieder geschlossen.
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Dieser Vorgang wiederholt sich nach Bedarf auch für die Ventile 20b, 20c, 20d, wobei es je nach Fahrzustand auch möglich ist, mehrere der Ventile 20a, 20b, 20c, 20d gleichzeitig zu schalten.
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Nach jedem Zuschalten oder Abschalten der Zusatzvolumina 22a, 22b, 22c, 22d wird automatisch im Anschluss daran ein achsweiser Niveauausgleich durchgeführt, wobei die Regelabweichung mit einem Filter mit einer Filterzeitkonstante von etwa 0,2 bis 2 Sekunden ermittelt wird. Dabei erfolgt das achsweise Zuschalten und Abschalten der Regelventile 48a, 48b, 48c, 48d stets so, dass an der Vorderachse VA immer eine höhere Steifigkeit als an der Hinterachse HA vorhanden ist.
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Für den Niveauausgleich wird die Höhenabweichung zum Soll-Höhenniveau im Schaltzeitpunkt ermittelt, und es wird ein Regelausgleich nur dann durchgeführt, wenn erkannt wird, dass im Schaltzeitpunkt die Ventile 20a, 20b, 20c, 20d die Höhen nicht dem Soll-Niveau entsprechen bzw. um einen vorgegebenen Betrag davon abweichen.
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Die Zusatzvolumina 22a, 22b, 22c, 22d lassen sich schrittweise oder kontinuierlich zu- oder abschalten, wodurch eine große Flexibilität bei der Regelung gegeben ist.
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Aus dem Schaltzustand zumindest eines der Ventile 20a, 20b, 20c, 20d und/oder der Wegeventile 48a, 48b, 48c, 48d lässt sich eine Information für ein Fahrwerksregelsystem generieren, welche diesem Fahrwerksregelsystem übermittelt wird. Das Fahrwerksregelsystem erkennt aus dieser Information, ob es sich um einen korrekturbedürftigen Fahrzugstand handelt und löst die entsprechenden Regelvorgänge aus. Beispielsweise kann die achsweise Betätigung der Regelventile 48a, 48b, 48c, 48d entsprechend dem Lenkwinkel des Fahrzeuges abgebrochen oder unterbrochen werden.
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Der achsweise Luftausgleich, der nach jedem Schalten der Zusatzvolumina 22a bis 22d durchgeführt wird, dient dazu, fahrsituationsabhängige Einflüsse zu minimieren, die zu Druckschwankungen in den Luftfedern aufgrund der Fahrbahnbeschaffenheit, von Fahrmanövern, von Fahrzeuglastschwankungen und/oder von Niveaulagenwechseln führen, um zu vermeiden, dass die Einschalt- und Ausschaltvorgänge der Zusatzvolumina 22a bis 22d zu größeren Abweichungen der Niveaulagen führen.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2a, 2b, 2c, 2d
- Luftfeder
- 4
- Stoßdämpfer
- 6
- Kraftfahrzeugrad
- 8
- Fahrzeugaufbau
- 10
- Rollbalg
- 12
- Anschlussteil
- 14
- Abrollkolben
- 16
- Luftvolumen
- 18, 18a, 18b, 18c, 18d
- Leitung
- 20, 20a, 20b, 20c, 20d
- Ventil
- 22, 22a, 22b, 22c, 22d
- Zusatzvolumen
- 24
- Drosselöffnungen des Stoßdämpfers
- 26
- Regeleinheit
- 28
- Elektrische Leitung
- 30
- Drosselöffnungen
- 32
- Elektrische Leitung
- 40
- Höhensensor
- 42
- Elektrische Leitung für das Höhensignal
- 44
- Querleitung VA
- 46
- Querleitung HA
- 48, 48a, 48b, 48c, 48d
- Wegeventil
- 50
- Leitung
- 52
- Leitung
- 54
- Kompressor
- 56
- Druckluftspeicher
- 58
- Wegeventil
- 60
- Wegeventil
- 62
- Drucksensor
- 64
- Wegeventil
- α
- Winkel
