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Die Erfindung betrifft eine Nutzfahrzeugvorrichtung mit einer Höhenverstelleinrichtung für ein Fahrerhaus, die dazu vorgesehen ist, das Fahrerhaus gegenüber einem Fahrzeugrahmen zu bewegen.
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Aus der
WO 98/02321 ist ein niveaugeregeltes, insbesondere luftgefedertes Achsaggregat bekannt. Bei diesem erfolgen gegebenenfalls notwendig werdende Niveauänderungen auf beiden Fahrzeugseiten schrittweise und im ständigen Wechsel zwischen den Fahrzeugseiten, d. h. es werden abwechselnd die Linke und rechte Fahrzeugseite angehoben bzw. abgesenkt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Luftwiderstand und somit auch einen Kraftstoffverbrauch eines Nutzfahrzeugs insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten zu senken. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Nutzfahrzeugvorrichtung mit einer Höhenverstelleinrichtung für ein Fahrerhaus, die dazu vorgesehen ist, das Fahrerhaus gegenüber einem Fahrzeugrahmen zu bewegen, und mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, einen Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus und dem Fahrzeugrahmen in Abhängigkeit von zumindest einem Fahrparameter einzustellen, vorgeschlagen. Dadurch kann ein Luftwiderstand und somit auch ein Kraftstoffverbrauch eines Nutzfahrzeugs insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten gesenkt werden. Unter einer „Hohenverstelleinrichtung soll dabei insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, das Fahrerhaus in Bezug zu dem Fahrerrahmen in vertikaler Richtung zu verschieben. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werde. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Unter einem „Relativabstand” soll insbesondere ein Abstand zwischen einem Bezugspunkt an dem Fahrerhaus und einem Bezugspunkt an dem Fahrzeugrahmen verstanden werden. Unter einem „Fahrparameter” soll insbesondere ein Parameter verstanden werden, der sich während eines Betriebs eines die Nutzfahrzeugvorrichtung aufweisenden Nutzfahrzeugs ändert und/oder ändern kann. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Es versteht sich von selbst, dass das Fahrerhaus mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch gegenüber dem Fahrzeugrahmen geneigt werden kann, indem das Fahrerhaus nur auf einer bestimmten Seite an den Fahrzeugrahmen angenähert oder von diesem weg bewegbar ist. Dies ist beispielsweise realisierbar indem bestimmte Feder-Dämpfer-Elemente einer Fahrerhauslagerung ein- oder ausgefahren werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Nutzfahrzeugvorrichtung eine Luftfederung für das Fahrerhaus umfasst, die dazu vorgesehen ist, das Fahrerhaus gegenüber dem Fahrzeugrahmen zu federn und die zur Ausbildung der Höhenverstlleinrichtung zumindest ein elektronisch ansteuerbares Ventil aufweist, das zur Einstellung eines Luftdrucks in der Luftfederung mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen ist. Dadurch kann die Höhenverstelleinrichtung besonders einfach ausgebildet werden. Insbesondere kann dadurch auf zusätzliche Aktuatoren zur Verstellung des Relativabstands verzichtet werden, wodurch auch Kosten gespart werden können. Unter einem „elektronisch ansteuerbaren Ventil” soll dabei insbesondere ein Ventil verstanden werden, das zumindest einen Stelleingang zur Anbindung an die Steuer- und/oder Regeleinheit aufweist und das mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit verstellbar ist. Unter einem „Luftdruck in der Luftfederung” soll insbesondere ein für die Federung des Fahrerhauses wirksamer Luftdruck verstanden werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus und dem Fahrzeugrahmen mittels der Höhenverstelleinrichtung zumindest teilweise in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit als Fahrparameter einzustellen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Verstellung erreicht werden. Unter „zumindest teilweise” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass grundsätzlich die Einstellung in Abhängigkeit weiterer Fahrparameter erfolgen kann, die insbesondere auch eine Einstellung des Relativabstands in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit übersteuern.
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Besonders vorteilhaft ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, ab einer hinterlegten Fahrzeuggeschwindigkeit den Luftdruck in der Luftfederung zumindest teilweise abzusenken. Dadurch kann die Einstellung des Relativabstands besonders einfach realisiert werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, den Luftdruck in der Luftfederung zumindest teilweise in Abhängigkeit von einer Fahrerhausbewegung als Fahrparameter einzustellen. Dadurch kann zumindest teilweise verhindert werden, dass zu große Fahrerhausbewegungen aufgrund des abgesenkten Luftdrucks zu einem Durchschlagen der Luftfederung führen, wodurch ein Komfort erhalten werden kann. Unter einer „Fahrerhausbewegung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Bewegung verstanden werden, die zu einer Stauchung der Luftfederung führt, wie insbesondere eine vertikale Bewegung aufgrund von Fahrbahnunebenheiten.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Nutzfahrzeugvorrichtung mit einer Höhenverstelleinrichtung,
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2 die Nutzfahrzeugvorrichtung in einer Aufsicht und
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3 eine schematische Darstellung der Nutzfahrzeugvorrichtung
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Die 1 bis 3 zeigen eine Nutzfahrzeugvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Die Nutzfahrzeugvorrichtung umfasst ein Fahrerhaus 11 und einen Fahrzeugrahmen 12 sowie eine Hohenverstelleinrichtung 10, mittels der das Fahrerhaus 11 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 12 in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Zur Ausbildung der Höhenverstelleinrichtung 10 umfasst die Nutzfahrzeugvorrichtung eine Luftfederung 14, mittels der das Fahrerhaus 11 federnd auf dem Fahrzeugrahmen 12 gelagert ist. Die Luftfederung 14 dämpft in einem Fahrbetrieb Schläge und Bewegungen ab, die insbesondere aufgrund von Fahrbahnunebenheiten über ein Fahrwerk auf den Fahrzeugrahmen 12 übertragen werden und somit auch auf das Fahrerhaus 11 wirken.
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Die Höhenverstelleinrichtung 10 umfasst mehrere Verstellelemente 19, 20, 21, 22, die an unterschiedlichen Stellen des Fahrerhauses 11 angeordnet sind und die das Fahrerhaus 11 tragen. Die Verstellelemente 19, 20, 21, 22 sind als pneumatische Federelemente für die Luftfederung 14 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Höhenverstelleinrichtung 10 die vier pneumatischen Verstellelemente 19, 20, 21, 22, die jeweils an einer Ecke des Fahrerhauses 11 angeordnet sind.
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Weiter umfasst die Höhenverstelleinrichtung 10 eine Mehrzahl elektronisch steuerbarer Ventile 15, 16, 17, 18, die jeweils den als Federelementen ausgebildeten Verstellelementen 19, 20, 21, 22 vorgeschaltet sind. Die elektronisch steuerbaren Ventile 15, 16, 17, 18 weisen einen Querschnitt auf, der im Vergleich mit einem Querschnitt von Ventilen einer herkömmlichen Luftfederung für das Fahrerhaus 11 eines Nutzfahrzeugs vergrößert ist. Die Ventile 15, 16, 17, 18 sind dazu vorgesehen, die Verstellelemente 19, 20, 21, 22 wahlweise mit einem Kompressor 24 zu verbinden, um einen Luftdruck in den Verstellelementen 19, 20, 21, 22 zu erhöhen, oder mit einer Umgebung zu verbinden, um den Luftdruck in den Verstellelementen 19, 20, 21, 22 abzusenken.
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Eine Absenkung des Luftdrucks in den Verstellelementen 19, 20, 21, 22 bewirkt, dass der Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 verringert wird. Durch das Absenken des Fahrerhauses 11 wiederum werden Spalte, die zur Bereitstellung eines Federwegs erforderlich sind, geschlossen. Die Absenkung des Fahrerhauses 11 bewirkt eine Reduzierung von Verwirbelungen, die aufgrund der Spalte am Fahrerhaus 11 entstehen.
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Die Nutzfahrzeugvorrichtung umfasst eine Steuer- und Regeleinheit 13, die dazu vorgesehen ist, den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 in Abhängigkeit von unterschiedlichen Fahrparametern zu verändern. Die Steuer- und Regeleinheit 13 weist ein Betriebsprogramm auf, in dem für die Einstellung des Relativabstands eine Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Abhängigkeit von Fahrerhausbewegungen hinterlegt sind. Zudem können in dem Betriebsprogramm der Steuer- und Regeleinheit 13 noch weitere Abhängigkeiten hinterlegt sein, beispielsweise zur Vorgabe des Relativabstands durch einen Fahrer mittels eines Bedienelements.
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Mittels des Betriebsprogramms ist die Steuer- und Regeleinheit 13 somit dazu vorgesehen, den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 mittels der Hohenverstelleinrichtung 10 zumindest teilweise in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit als Fahrparameter einzustellen. In dem Betriebsprogramm ist für die Fahrzeuggeschwindigkeit ein Wert hinterlegt, ab dem die Steuer- und Regeleinheit 13 beginnt, den Luftdruck in den Verstellelementen 19, 20, 21, 22 abzusenken.
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Der in der Steuer- und Regeleinheit 13 für die Fahrzeuggeschwindigkeit hinterlegte Wert, ab dem die Steuer- und/oder Regeleinheit 13 dazu vorgesehen ist, den Luftdruck in der Luftfederung 14 abzusenken, kann beispielsweise auf 60 km/h festgelegt sein. Zusätzlich zu dem hinterlegten ersten Wert für Fahrzeuggeschwindigkeit, ab der die Steuer- und Regeleinheit 13 den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 verringert, ist in der Steuer- und Regeleinheit 13 ein zweiter Wert für die Fahrzeuggeschwindigkeit hinterlegt. Der zweite Wert definiert eine Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Steuer- und Regeleinheit 13 den Relativabstand mittels der Höhenverstelleinrichtung 10 auf einen abgesenkten Wert einstellt hat. Zwischen den beiden hinterlegten Werten stellt die Steuer- und Regeleinheit 13 für den Relativabstand einen berechneten Wert ein, der zwischen dem normalen Wert für den Relativabstand und dem abgesenkten Wert liegt. Grundsätzlich kann in der Steuer- und Regeleinheit 13 für den Relativabstand auch eine Kennlinie oder ein Kennfeld hinterlegt sein.
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Die in dem Betriebsprogramm der Steuer- und Regeleinheit 13 hinterlegte Abhängigkeit von der Fahrerhausbewegung als Fahrparameter, durch die die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen ist, den Luftdruck in der Luftfederung 14 zumindest teilweise in Abhängigkeit von der Fahrerhausbewegung als Fahrparameter einzustellen, bewirkt, dass der Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 vergrößert wird, wenn die Fahrerhausbewegungen einen maximalen Federweg überschreiten und/oder vorauszusehen ist, dass der maximale Federweg überschritten wird. Der maximale Federweg, den die Luftfederung 14 bereitstellt, hängt von dem aktuell eingestellten Relativabstand ein. Je größer der Relativabstand ist, desto größer ist auch der maximale Federweg.
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Die Nutzfahrzeugvorrichtung umfasst einen Beschleunigungssensor 23, der in einem Betriebszustand eine vertikale Beschleunigung des Fahrerhauses 11 erfasst. Zudem umfasst die Nutzfahrzeugvorrichtung vier nicht näher dargestellte Abstandssensoren, die den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 im Bereich der einzelnen Verstellelemente 19, 20, 21, 22 erfassen. Grundsätzlich sind zur Erfassung einer Lage des Fahrerhauses 11 drei der Abstandssensoren ausreichend. Der vierte der Abstandssensoren stellt eine Redundanz bereit, durch die insbesondere ein Ausfalls oder eine Fehlfunktion bei einem der Abstandssensoren erfasst und kompensiert werden kann.
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Um ein Durchschlagen der Luftfederung 14 zumindest weitgehend zu vermeiden, wenn der Relativabstand auf einen abgesenkten oder den minimalen Wert eingestellt ist, wertet die Steuer- und Regeleinheit 13 den Beschleunigungssensor 23 für die vertikale Beschleunigung des Fahrerhauses 11 und die Abstandssensoren aus. Zusätzlich steht der Steuer- und Regeleinheit 13 ein Wert für eine horizontale Beschleunigung, insbesondere in Kraftfahrzeuglängsrichtung, bereit, der ebenfalls in die Verstellung der Höhenverstelleinrichtung 10 eingeht. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist dabei mit dem Beschleunigungssensor 23 und den Abstandssensoren über ein CAN-Bus-System verbunden, aus dem die Steuer- und Regeleinheit 13 auch ein Signal für die Fahrzeuggeschwindigkeit und das horizontale Beschleunigungssignal ausliest. Werte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die horizontale Beschleunigung werden dabei von nicht näher dargestellten Sensoren ermittelt.
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Der Beschleunigungssensor 23, die Abstandssensoren und die weiteren Sensoren ermöglichen eine Endlagenüberwachung. Mittels einer solchen Endlagenüberwachung ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, einen Bewegungszustand der Luftfederung 14 und des Fahrerhauses 11 zu beobachten und vorausschauend zu berechnen. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Luftfederung 14, die die Höhenverstelleinrichtung 10 ausbildet, als ein passives System ausgeführt. Auf aktive Elemente, die zusätzlich zu den pneumatischen Verstellelementen 19, 20, 21, 22 angeordnet sind und die zur Veränderung von Federeigenschaften der Luftfederung 14 vorgesehen sind, wird verzichtet. In dem solchen passiven System ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, den Relativabstand zwischen dem Fahrerhaus 11 und dem Fahrzeugrahmen 12 zu erhöhen, wenn durch die Endlagenüberwachung ein kritischer Zustand ermittelt wird, d. h. die Steuer- und Regeleinheit 13 ein Durchschlagen der Luftfederung 14 erkennt oder berechnet.
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Alternativ kann die Luftfederung 14 auch als ein semiaktives System ausgeführt sein, d. h. die pneumatischen Verstellelemente 19, 20, 21, 22, die die Luftfederung 14 ausbilden, weisen eine elektronisch verstellbare Dämpfung auf. In einem solchen semiaktiven System ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, die Dämpfung zu verändern, wenn sie einen kritischen Zustand erkennt oder berechnet. Durch eine Veränderung der Dämpfung in einem kritischen Zustand kann ein Durchschlagen verhindert werden oder zumindest eine Energie, die beim Durchschlagen auf Anschlagpuffer übertragen wird, verringert werden.
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Zudem ist auch denkbar, dass die Luftfederung 14 als ein aktives System ausgebildet ist, d. h. die Nutzfahrzeugvorrichtung weist parallel zu den Verstellelementen 19, 20, 21, 22 angeordnete aktiven Aktuatoren auf, die jeweils dazu vorgesehen ist, auf die pneumatischen Verstellelemente 19, 20, 21, 22 eine Kraft auszuüben, die einer Bewegung des Fahrerhauses 11 entgegenwirken kann. Die aktiven Aktuatoren können dabei in die Verstellelemente 19, 20, 21, 22 integriert sein. In einem aktiven System ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, mittels der Aktuatoren eine Kraft einzustellen, die einem Durchschlagen entgegenwirkt, wenn durch die Endlagenüberwachung ein kritischer Zustand erkannt oder berechnet wird.
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In Abhängigkeit von dem System ist grundsätzlich auch ein kombinierter Eingriff der Steuer- und Regeleinheit 13 denkbar. Bei einem semiaktiven oder aktiven System kann die Steuer- und Regeleinheit 13 zusätzlich zur Ansteuerung der Dämpfung oder der Aktuatoren grundsätzlich auch gleichzeitig einen Luftdruck in den pneumatischen Verstellelementen 19, 20, 21, 22 verändern. Ebenfalls denkbar ist ein aktives System mit elektronisch einstellbarer Dämpfung, wodurch die Steuer- und Regeleinheit 13 auch gleichzeitig alle drei oben angeführten Eingriffe ausführen kann, wenn sie einen kritischen Zustand erkennt oder berechnet.
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Zur vorrausschauenden Berechnung bestimmt die Steuer- und Regeleinheit 13 mittels des Beschleunigungssensors 23 und der Abstandssensoren eine Beschleunigung des Fahrerhauses 11 und berechnet dann in Abhängigkeit von Kenngrößen der Verstellelemente 19, 20, 21, 22 einen zu erwartenden Federweg. Die Kenngrößen der Verstellelemente 19, 20, 21, 22, die pneumatische Federelemente ausbilden, gehen insbesondere der Luftdruck in den Verstellelemente 19, 20, 21, 22 und die Dämpfung der Verstellelemente 19, 20, 21, 22 sowie bei einem aktiven System die Kräfte der Aktuatoren ein. Durch die Berechnung erkennt die Steuer- und Regeleinheit 13 einen kritischen Zustand, der zu einem Durchschlagen der Luftfederung 14 führen könnte, bevor die Luftfederung 14 durchschlägt, wodurch die Steuer- und Regeleinheit 13 die elektronisch steuerbaren Ventile 15, 16, 17, 18 der Höhenverstelleinrichtung 10 frühzeitig ansteuern kann, um einem Durchschlagen der Luftfederung 14 vorzubeugen.
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Parallel zu der Endlagenüberwachung ist die Steuer- und Regeleinheit 13 auch zu einer aktiven Schwingungsdämpfung vorgesehen. Insbesondere bei einem aktiven oder semiaktiven System wertet die Steuer- und Regeleinheit 13 in einem Betriebszustand den Beschleunigungssensor 23 und die Abstandssensoren fortlaufend aus, um mittels der Dämpfung und den Aktuatoren Schwingungen des Fahrerhauses 11 entgegenzuwirken. Die aktive Schwingungsdämpfung und die Enlagenüberwachung sind dabei als eine Maximalwertregelung ausgeführt, d. h. die Steuer- und Regeleinheit 13 stellt für die Aktuatoren des aktiven Systems und die Dämpfung des semiaktiven Systems, sofern die Luftfederung 14 als solche ausgeführt ist, jeweils den größeren Wert ein, der aus der Endlagenüberwachung oder der aktiven Schwingungsdämpfung resultiert.
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Bei einer Absenkung des Fahrerhauses 11 insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Steuer- und Regeleinheit 13 grundsätzlich das Fahrerhaus 11 gleichmäßig absenken, d. h. alle vier Verstellelemente 19, 20, 21, 22 gleichmäßig ansteuern. Es ist aber auch denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 13 das Fahrerhaus 11 entlang einer Fahrzeuglängsrichtung verkippt und lediglich eine Vorderkante des Fahrerhauses 11 absenkt. Bei einer solchen Ausgestaltung kann darauf verzichtet werden, einen Dachspoiler, der dazu vorgesehen ist, eine Übergang zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger strömungstechnisch zu optimieren, starr ausgeführt werden. Ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, das Fahrerhaus 11 gleichmäßig abzusenken, ist der Dachspoiler vorteilhafterweise verstellbar ausgeführt, um den Dachspoiler dem Absenken des Fahrerhauses 11 nachzuführen und den Übergang zum Anhänger strömungstechnisch zu optimieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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