DE102009013647A1 - Verfahren zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Markus Schiller
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Abstract

Bei einem Lastkraftwagen wird die zu fahrende Strecke erfasst und kurz vor Einfahrt in eine Kurve das Fahrgestell (4) mittels Luftfederbalgen (6'-6'''') in Richtung der Kurveninnenseite geneigt. Die Erfassung der zu fahrenden Strecke erfolgt über ein Navigationssystem (9). Während der Kurvenfahrt werden die Dämpfer (5'-5'''') entsprechend der tatsächlich gefahrenen Kurve eingestellt. Die tatsächlich gefahrene Kurve wird über Radsensoren (11'-11'''') erfasst. Der Lastkraftwagen hat hierdurch eine besonders hohe Fahrstabilität.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens, bei dem an jedem Achsschenkel angeordnete Feder- und Dämpfungseinrichtungen zur Abstützung gegenüber einem Fahrgestell angesteuert werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens mit einem sich über Achsschenkel abstützenden Fahrgestell, mit an jedem Achsschenkel angeordneten und regelbaren Feder- und Dämpfungseinrichtungen und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Feder- und Dämpfungseinrichtungen.
  • Bei Lastkraftwagen führen Kurvenfahrten zu einer Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf das Fahrgestell und die darauf befestigte Ladung. Dies führt zu einem Kippmoment auf den gesamten Lastkraftwagen und im ungünstigsten Fall zu einem Verrutschen der Ladung. Das Verrutschen der Ladung lässt sich durch ein Entsprechendes Festzurren an dem Fahrgestell vermeiden. Das auf den gesamten Lastkraftwagen einwirkende Kippmoment führt jedoch zu einer starken Beeinträchtigung der Fahrstabilität.
  • Mit den Feder- und Dämpfungseinrichtungen der bekannten Lastkraftwagen lässt sich das Fahrwerk auf die Ladung und die Fahrbahnbeschaffenheit anpassen. Die Feder- und Dämpfungseinrichtungen weisen beispielsweise elektrisch ansteuerbare Dämpfer auf, bei welchen eine Dämpfungskennlinie von der angelegten Stromstärke abhängig ist. Weiterhin sind bei Feder- und Dämpfungseinrichtungen Luftfederbalge bekannt, welche sich aufblasen lassen, um das Fahrgestell anzuheben. Die Anpassung der Feder- und Dämpfungseinrichtungen auf die Ladung und die Fahrbahnbeschaffenheit sind jedoch ein Kompromiss bei den verschiedenen Fahrbedingungen des Lastkraftwagens. Bei spielsweise sind für eine Geradeausfahrt des Lastkraftwagens eingestellte Feder- und Dämpfungseinrichtungen nicht optimal für eine Kurvenfahrt.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es insbesondere bei Kurvenfahrten eine hohe Fahrstabilität des Lastkraftwagens sicherstellt. Weiterhin soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, welches eine hohe Fahrstabilität des Lastkraftwagens auch bei Kurvenfahrten sicherstellt.
  • Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Kurvenfahrt die Feder- und Dämpfungseinrichtungen gegen die Zentrifugalkraft angesteuert werden, so dass eine von der Zentrifugalkraft hervorgerufene Neigung des Fahrgestells zu den kurvenäußeren Achsschenkeln verringert oder beseitigt wird.
  • Durch diese Gestaltung werden die Feder- und Dämpfungseinrichtungen an beiden Seiten des Lastkraftwagens unterschiedlich angesteuert. Damit können die Feder- und Dämpfungseinrichtungen an den kurvenäußeren Rädern und an den kurveninneren Rädern mit unterschiedlichen Kennlinien betrieben werden, um damit den Zentrifugalkräften entgegenzuwirken. Im günstigsten Fall kann das Fahrgestell zu den kurveninneren Rädern hin geneigt und damit eine Schwerpunktverlagerung erzeugt werden. Diese Schwerpunktverlagerung neutralisiert die auf das Fahrgestell und die transportierte Ladung einwirkenden Zentrifugalkräfte. Hierdurch stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders hohe Fahrstabilität des Lastkraftwagens sicher. Bei Geradeausfahrt lassen sich die Feder- und Dämpfungseinrichtungen wie bei dem bekannten Lastkraftwagen ansteuern.
  • Eine Neigung des Fahrgestells hin zu den kurveninneren Rädern lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung einfach erzeugen, wenn das Fahrgestell an den kurvenäußeren Achsschenkeln angehoben und/oder an den kurveninneren Achsschenkeln abgesenkt wird. Diese Neigung des Fahrgestells ermöglicht die Verlagerung des Schwerpunktes derart, dass auf die Ladung wirkende Zentrifugalkräfte ausgeglichen oder verringert werden.
  • Der bauliche Aufwand zur achsschenkelweisen Anhebung oder Absenkung des Fahrgestells lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn zur Anhebung oder Absenkung des Fahrgestells Luft in einen Luftfederbalg der Feder- und Dämpfungseinrichtung des jeweiligen Achsschenkels eingepumpt oder abgelassen wird.
  • Bei der Kurvenfahrt auf das Fahrwerk einwirkende Kräfte von Fahrbahnunebenheiten oder dergleichen lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach ausgleichen, wenn die Dämpfungen an den kurvenäußeren Achsschenkeln und an den kurveninneren Achsschenkeln unterschiedlich angesteuert werden. Für die Dämpfung wird vorzugsweise ein elektrisch ansteuerbarer Dämpfer eingesetzt.
  • Die tatsächlich gefahrene Kurve lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach ermitteln, wenn die Raddrehzahlen der kurveninneren Räder und der kurvenäußeren Räder erfasst werden und aus der Differenz der Raddrehzahlen die Zentrifugalkräfte berechnet werden. Die Ermittlung von Teilumdrehungen oder Winkelgeschwindigkeiten der Räder führt zu einer besonders hohen Genauigkeit bei der Berechnung der Raddrehzahlen.
  • Die aktuell gefahrene Kurve lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach ermitteln, wenn ein Lenkwinkel der gelenkten Räder erfasst und mit der gefahrenen Geschwindigkeit die Zentrifugalkräfte berechnet wird.
  • Das Fahrwerk kann gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bereits vor der Einfahrt in die Kurve eingestellt werden, wenn die zu fahrende Kurve über gegebene Daten der Strecke, der gefahrenen Geschwindigkeit und einer erwarteten Streckenführung berechnet wird. Hierdurch können auch träge Systeme wie Luftfederbalge für die Einstellung des Fahrwerks herangezogen werden, weil die niedrige Geschwindigkeit der trägen Systeme von deren frühzeitiger Ansteuerung kompensiert werden kann. Da für das Aufblasen der Luftfederbalge oder das Ablassen von Luft aus den Luftfederbalgen Zeit benötigt wird, ermöglicht die Berechnung der zu fahrenden Kurve, dass bereits vor der Einfahrt in die Kurve der genaue erforderliche Neigungswinkel des Fahrgestells eingestellt wird. Auch das Zurückstellen in die Normalposition ist durch die Berechnung der zu fahrenden Kurve möglich. Die gegebenen Daten der Strecke können beispielsweise als so genannte GPS-Daten von einem Satellitennavigationssystem empfangen werden. Die Berechnung der zu fahrenden Kurve kann hierbei mit dem als E-Horizon bekannten System erfolgen.
  • Zur Stabilisierung des Fahrwerks bei der Kurvenfahrt trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die auf die einzelnen Achsschenkel einwirkenden Lasten ermittelt werden und wenn bei der Ansteuerung der Feder- und Dämpfungseinrichtungen die Verteilung der Lasten berücksichtigt werden. Mit den einwirkenden Lasten kann eine Beladung und die Verteilung der Beladung über das Fahrgestell berücksichtigt werden. Diese Berücksichtigung der Ladungsverteilung erfolgt vorzugsweise auch bei Geradeausfahrt des Lastkraftwagens und ermöglicht die horizontale Einstellung des Fahrgestells. Die Erfassung der Ladungsverteilung kann beispielsweise über Drucksensoren und Wegsensoren erfolgen.
  • Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welches eine hohe Fahrstabilität des Lastkraftwagens auch bei Kurvenfahrten sicherstellt, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung mit einem Navigationssystem und mit einem Speicher für die zu fahrende Strecke des Lastkraftwagens verbunden ist.
  • Durch diese Gestaltung lässt sich das Fahrwerk rechtzeitig auf die Kurvenfahrt vorbereiten. Die Berücksichtigung der Daten des Navigationssystems, beispielsweise eines Satellitennavigationssystems, und der zu fahrenden Strecke ermöglicht dabei auch bei trägen Einrichtungen zur Fahrwerksregelung das Fahrwerk bereits bei der Einfahrt in die Kurve auf die Kurvenfahrt vorzubereiten. Dank der Erfindung lassen sich bei der Kurvenfahrt auf das Fahrwerk und die Ladung des Lastkraftwagens einwirkende Kräfte ausgleichen oder vermindern. Hierdurch weist der Lastkraftwagen eine besonders hohe Fahrstabilität auf.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
  • 1 schematisch eine Einrichtung zur Regelung eines Fahrwerks eines Lastkraftwagens,
  • 2 schematisch eine Ansicht von hinten auf den Lastkraftwagen aus 1,
  • 3 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Regelung des Fahrwerks aus 1.
  • 1 zeigt eine Einrichtung zur Regelung eines Fahrwerks eines Lastkraftwagens mit an jedem Achsschenkel 1'–1'''' angeordneten Feder- und Dämpfereinheiten 2'–2''''. Die Achsschenkel 1'–1'''' verbinden Räder 3'–3'''' des Lastkraftwagens mit einem strichpunktiert dargestellten Fahrgestell 4. Das Fahrgestell 4 stützt sich damit auf den Feder- und Dämpfereinheiten 2'–2'''' ab. Die Feder- und Dämpfereinheiten 2'–2'''' weisen jeweils einen elektrisch ansteuerbaren Dämpfer 5'–5'''' und einen Luftfederbalg 6'–6'''' auf. Die Luftfederbalge 6'–6'''' sind mit elektrischen Luftpumpen 7', 7'' verbunden und lassen sich einzeln aufblasen oder deren Luft gesteuert ablassen. Weiterhin hat die Einrichtung eine Steuereinrichtung 8 zur Ansteuerung der Luftpumpen 7, 7'' und der Dämpfer 5'–5''''. Die Steuereinrichtung 8 ist mit einem Navigationssystem 9 verbunden und hat einen Speicher 10 für eine Streckenführung. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 8 mit Radsensoren 11 verbunden, mittels derer die Drehzahl der einzelnen Räder 3'–3'''' separat erfasst wird. Ein Lenkwinkelsensor 13 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 8 verbunden und übermittelt Daten über die tatsächlich gefahrene Kurve.
  • 2 zeigt das Fahrwerk des Lastkraftwagens aus 1 in einer Ansicht von hinten. Beispielhaft ist auf dem Fahrgestell 4 außermittig eine zu transportierende Ladung 12 dargestellt. Durch diese außermittige Belastung befindet sich ein gemeinsamer Schwerpunkt von Fahrgestell 4 und Ladung 12 ebenfalls außermittig und oberhalb der Räder 3'–3''''. Die von dem Fahrgestell 4 und der Ladung 12 auf die Feder- und Dämpfereinheiten 2'–2'''' übertragene Belastung ist in 2 mit einem vertikal nach unten weisenden Pfeil dargestellt. Bei einer Kurvenfahrt wirken auf die Ladung 12 und das Fahrgestell 4 Zentrifugalkräfte, die beispielhaft für eine Rechtskurve mit einem horizontalen Pfeil gekennzeichnet sind. Diese Zentrifugalkräfte sind umso größer, je schneller die Kurvenfahrt ist und je kleiner der Kurvenradius ist. Im Betrieb des Lastkraftwagens addieren sich die auf die Feder- und Dämpfereinheiten 2'–2'''' übertragenen Kräfte vektoriell, wie es mit einem diagonalen Pfeil in 2 dargestellt ist. Die Neigung des Fahrgestells 4 bei Geradeausfahrt wird über nicht dargestellte Wegsensoren erfasst und durch entsprechenden Druck auf die Luftfederbalgen 6'–6'''' ausgeglichen.
  • Zum Ausgleich der auf die Feder- und Dämpfungseinheiten 2'–2'''' einwirkenden Kräfte bei Kurvenfahrt wird die gefahrene Geschwindigkeit über die Radsensoren 11'–11'''' erfasst und anhand der Daten des Navigationssystems 9 und der Daten des Speichers 10 für die Streckenführung die zu erwartenden Zentrifugalkräfte berechnet. Diese Berechnung erfolgt in der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 8. Anhand der Berechnung steuert die Steuereinrichtung 8 die Feder- und Dämpfungseinheiten 2'–2'''' an.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens zur Regelung des in den 1 und 2 beschriebenen Fahrwerks. Das Verfahren beginnt im Schritt S0 bei Geradeausfahrt des Lastkraftwagens mit dem Empfang der Signale des Navigationssystems 9 und der Erfassung der zu fahrenden Strecke. Wenn eine bevorstehende Kurvenfahrt erfasst wird, wird in dem Schritt S1 laufend die Zeit berechnet, die bis zur Einfahrt in die Kurve benötigt wird. Ist eine vorgegebene Zeit bis vor der Einfahrt in die Kurve erreicht, werden im Schritt S2 die Luftfederbalge 6'–6'''' angesteuert und das Fahrgestell 4 zu den kurveninneren Rädern 3'–3'''' geneigt. Bei der Einfahrt in die Kurve werden im Schritt S3 die Dämpfer 5'–5'''' angesteuert. Bei der Ansteuerung der Dämpfer 5'–5'''' werden die aktuellen Signale der Radsensoren 11'–11'''' und weitere Signale, wie die eines eingeschlagenen Lenkwinkels berücksichtigt, um die tatsächlich gefahrene Kurve zu berechnen. Bei der Ausfahrt aus der Kurve werden im Schritt S4 die Luftfederbalge 6'–6'''' und die Dämpfer 5'–5'''' wieder in die Normalstellung zurückgestellt. Anschließend werden wieder die Signale des Navigationssystems 9 und die zu fahrende Strecke erfasst und das Verfahren beginnt von vorne.
    • 1
    Achsschenkel
    2
    Feder- und Dämpfungseinheit
    3
    Rad
    4
    Fahrgestell
    5
    Dämpfer
    6
    Luftfederbalg
    7
    Luftpumpe
    8
    Steuereinrichtung
    9
    Navigationssystem
    10
    Speicher
    11
    Radsensor
    12
    Ladung
    13
    Lenkwinkelsensor

Claims (9)

  1. Verfahren zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens, bei dem an jedem Achsschenkel angeordnete Feder- und Dämpfungseinrichtungen zur Abstützung gegenüber einem Fahrgestell angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kurvenfahrt die Feder- und Dämpfungseinrichtungen gegen die Zentrifugalkraft angesteuert werden, so dass eine von der Zentrifugalkraft hervorgerufene Neigung des Fahrgestells zu den kurvenäußeren Achsschenkeln verringert oder beseitigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrgestell an den kurvenäußeren Achsschenkeln angehoben und/oder an den kurveninneren Achsschenkeln abgesenkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anhebung oder Absenkung des Fahrgestells Luft in einen Luftfederbalg der Feder- und Dämpfungseinrichtung des jeweiligen Achsschenkels eingepumpt oder abgelassen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungen an den kurvenäußeren Achsschenkeln und an den kurveninneren Achsschenkeln unterschiedlich angesteuert werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Raddrehzahlen der kurveninneren Räder und der kurvenäußeren Räder erfasst werden und aus der Differenz der Raddrehzahlen die Zentrifugalkräfte berechnet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkwinkel der gelenkten Räder erfasst und mit der gefahrenen Geschwindigkeit die Zentrifugalkräfte berechnet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fahrende Kurve über gegebene Daten der Strecke, der gefahrenen Geschwindigkeit und einer erwarteten Streckenführung berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die einzelnen Achsschenkel einwirkenden Lasten ermittelt werden und dass bei der Ansteuerung der Feder- und Dämpfungseinrichtungen die Verteilung der Lasten berücksichtigt wird.
  9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorhergehenden Ansprüche zur Regelung des Fahrwerks eines Lastkraftwagens mit einem sich über Achsschenkel abstützenden Fahrgestell, mit an jedem Achsschenkel angeordneten und regelbaren Feder- und Dämpfungseinrichtungen und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Feder- und Dämpfungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) mit einem Navigationssystem (9) und mit einem Speicher (10) für die zu fahrende Strecke des Lastkraftwagens verbunden ist.
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