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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit einem Vorderwagen sowie mit wenigstens einem Hinterwagen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein solches Fahrzeug.
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Mehrteilige Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Derartige Fahrzeuge weisen einen Vorderwagen sowie zumindest einen Hinterwagen auf. Dabei ist der Hinterwagen üblicherweise gelenkig mit dem Vorderwagen verbunden. Ein solches Fahrzeug kann bspw. als ein Gelenkbus ausgestaltet sein. Der Hinterwagen kann auch gelenkig mit dem Vorderwagen verbindbar sein, wobei ein solcher Hinterwagen insbesondere als ein Anhänger ausgestaltet sein kann. Problematisch bei derartigen Fahrzeugen ist, dass das Fahrzeug in gewissen Fahrsituationen instabil werden kann. Eine solche Instabilität kann beispielsweise dadurch auftreten, dass das Fahrzeug über den Hinterwagen angetrieben wird und somit einen „Schub” auf den Vorderwagen ausübt, der ein Ausbrechen des Fahrzeugs, ein Einknicken eines Gelenkbusses oder ganz allgemein eine unerwünschte Fahrdynamik des Fahrzeugs zur Folge hat. Auch bei durch den Vorderwagen angetriebenen Fahrzeugen können derartige oder ähnliche Probleme auftreten.
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Zur Verbesserung derartiger Instabilitäten sind beispielsweise aus der
DE 101 39 101 A1 und der
DE 44 31 698 C1 verschiedene Konzepte bekannt. Hierzu zählt die Einwirkung auf ein Gelenk zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen, insbesondere eine Dämpfung des Gelenks. Nachteilig hierbei ist, dass eine solche Gelenkdämpfung eine Versteifung des Fahrzeugs zur Folge hat, welche die Fahrdynamik, insbesondere Beweglichkeit, des Fahrzeugs negativ beeinträchtigt. Auch ist es bekannt, zur Reduzierung von Instabilitäten eine Momentenreduzierung des Fahrzeugantriebs vorzunehmen. Problematisch hierbei ist, dass hierdurch die Antriebskraft des Fahrzeugs unterbrochen oder reduziert wird, was, insbesondere bei Bergauffahrten, zur Reduzierung der Geschwindigkeit bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs führen kann. Schließlich ist es bekannt, besagte Instabilitäten durch die Betätigung von Bremsen des Fahrzeugs in den Griff zu bekommen. Derartige Bremseingriffe bieten jedoch keine ausreichende Möglichkeit zur Stabilisierung des Fahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs der vorstehend genannten Art sowie für ein derartiges Fahrzeug eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Stabilität des Fahrzeugs auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Fahrzeug mit einem Vorderwagen und zumindest einem damit gelenkig verbundenen oder verbindbaren Hinterwagen wenigstens ein Rad des Fahrzeugs zur Stabilisierung des Fahrzeugs bei der Erkennung und/oder Vorhersage einer kritischen, instabilen Fahrsituation anzutreiben. Ein solcher Eingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs hat den Vorteil, dass hierdurch keine oder nur geringfügige fahrdynamische Einbußen entstehen. Ferner kann die Agilität des Fahrzeugs, insbesondere bei besagten kritischen Situationen, verbessert werden. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weisen der Vorderwagen und der zumindest eine Hinterwagen jeweils wenigstens eine Achse auf, wobei die jeweilige Achse zwei Räder aufweist. Zur Erkennung bzw. Vorhersage der kritischen Situationen, wird wenigstens ein Stabilitätsparameter des Fahrzeugs bestimmt. Dabei wird wenigstens ein antreibbares Rad abhängig von dem zumindest einen Stabilitätsparameter angetrieben. Der Antrieb des Rads erfolgt dabei derart, dass eine aus den Stabilitätsparametern zu erwartende Instabilität des Fahrzeugs verhindert und/oder eine bereits bestehende Instabilität des Fahrzeugs ausgeglichen wird.
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Ein solcher Stabilitätsparameter ist im Allgemeinen jeder Parameter des Fahrzeugs und/oder der Umgebung, der alleine bzw. in Kombination mit anderen Parametern die Bestimmung bzw. Vorhersage der Stabilität des Fahrzeugs erlaubt. Hierzu gehören bspw. ein Lenkwinkel des Fahrzeugs sowie ein Knickwinkel des Fahrzeugs, der den Winkel zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen entspricht. Hier kann insbesondere durch einen Soll/Ist-Vergleich ein entsprechender Eingriff zur Stabilisierung des Fahrzeugs eingeleitet werden. Auch die Bestimmung des Verhältnisses zwischen Knickwinkel und Lenkwinkel kann Aufschlüsse über die aktuelle und/oder künftige Stabilität des Fahrzeugs liefern, die ebenfalls dazu verwendet werden können, das wenigstens eine antreibbare Rad derart anzutreiben, dass das Fahrzeug stabil bleibt bzw. stabilisiert wird.
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Selbstverständlich kann das Fahrzeug mehrere solche Räder aufweisen, die jeweils abhängig oder unabhängig voneinander angetrieben werden können. Bevorzugt sind diejenigen Ausgestaltungen, bei denen die einzelnen Räder jeweils einzeln angetrieben und unabhängig voneinander antreibbar sind, so dass sie unabhängig voneinander zur Stabilisierung des Fahrzeugs eingesetzt werden können. Insbesondere können die einzelnen Räder mit unterschiedlichen Momenten angetrieben werden. Auch ist es vorstellbar, dass einzelne Räder in unterschiedlichen Richtungen angetrieben werden. Der Antrieb der Räder in unterschiedlichen Richtungen kann auch dazu eingesetzt werden, das Fahrzeug zu drehen.
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Zur Stabilisierung des Fahrzeugs können auch weitere Maßnahmen erfolgen. Hierzu zählt beispielsweise die Beeinflussung einer Dämpfung eines Gelenks, über das der Vorderwagen mit dem Hinterwagen verbunden ist. Weiterhin können Bremseingriffe auf einzelne Räder oder ganzen Achsen zur Stabilisierung des Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Es versteht sich, dass das Fahrzeug auch einen gewöhnlichen Antrieb aufweisen kann, der zusätzlich zu dem zur Stabilisierung vorgesehenen Antrieb das Fahrzeug antreibt. Ein solcher Antrieb erfolgt gewöhnlich achsweise und kann sowohl am Hinterwagen als auch am Vorderwagen realisiert sein.
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Ferner ist es vorstellbar, das zumindest eine zur Stabilisierung antreibbare Rad auch für den normalen Antrieb des Fahrzeugs, also für den Antrieb außerhalb von kritischen Fahrtsituationen bzw. zur erwartenden Instabilitäten des Fahrzeugs, einzusetzen.
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Bevorzugt sind auch diejenigen Ausführungsformen, bei denen beide Räder einer der Achsen antreibbar sind und zur Stabilisierung des Fahrzeugs eingesetzt werden können. Dabei können diese Räder abhängig voneinander, insbesondere gleichartig, das heißt achsweise, angetrieben werden. Alternativ können die Räder auch unabhängig voneinander zur Stabilisierung des Fahrzeugs angetrieben werden.
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Der Antrieb kann dabei achsweise und/oder seitenweise in gewissen Momentenverhältnissen verändert werden, wobei die Wahl eines sinnvollen Momentenverhältnisses beispielsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Beladung, der Beladungsverteilung und/oder von der Fahrsituation abhängig erfolgen kann. Bei erhöhten Geschwindigkeiten des Fahrzeugs kann es vorkommen, dass der Vorderwagen und/oder der Hinterwagen aufschaukeln. Um dem entgegenzuwirken, ist es bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass der Antrieb des Fahrzeugs lediglich durch am Vorderwagen angeordneten Rädern, insbesondere an einer solchen Achse des Vorderwagens, erfolgt.
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Das Fahrzeug kann zur Bestimmung des zumindest einen Stabilisierungsparameters eine entsprechende Bestimmungseinrichtung aufweisen, die eine oder mehrere Sensoren umfassen kann. Zur Analyse der Stabilitätsparameter und/oder zum Einleiten des stabilisierenden Antriebs des wenigstens einen antreibbaren Rads kann ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die unterschiedliche Steuereinheiten aufweisen kann, welche für verschiedene Aufgaben vorgesehen sind.
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Bevorzugt ist der Antrieb wenigstens eines solchen antreibbaren Rads mit Hilfe einer Antriebseinrichtung realisiert, die als ein Radnabenantrieb ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt sind derartige Radnabenantriebe als Elektroradnabenantrieb ausgestaltet. Dies erlaubt ein schnelles und präzises Antreiben des zugehörigen Rads. Zudem können auf diese Weise in sehr kurzen Zeiten vergleichsweise hohe Drehmomente zum Antrieb des jeweiligen Rads zur Verfügung gestellt werden.
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Vorteilhaft bei Radnabenantrieben ist, dass diese unabhängig voneinander gesteuert und eingesetzt werden können, um eine möglichst gute Stabilisierung und/oder Antrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten.
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Eine Möglichkeit zur Realisierung eines Antriebs ergibt sich weiterhin dadurch, dass eine Achse mittels Einzelradantriebe und eine zweite Achse als zentral angetriebene Achse, die in der Regel über ein Achsdifferential angetrieben wird, ausgeführt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine schematische räumliche Ansicht eines Fahrzeugs,
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2 bis 5 schematische Ansichten von Achsen des Fahrzeugs bei unterschiedlichen Antriebsvarianten,
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6 Tabelle mit Stabilisierungsmöglichkeiten.
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Entsprechend 1 weist ein Fahrzeug 1 einen Vorderwagen 2 sowie zumindest einen Hinterwagen 3 auf, wobei das Fahrzeug 1 im gezeigten Beispiel lediglich einen solchen Hinterwagen 3 aufweist. Der Vorderwagen 2 und der Hinterwagen 3 sind mit Hilfe eines Gelenks 4 gelenkig miteinander verbunden. Bei dem in 1 gezeigten Fahrzeug 1 handelt es sich um einen Gelenkbus 5, der im Bereich des Gelenks 4 ferner einen Faltenbalg 6 aufweist. Der Vorderwagen 2 weist zwei erste Achsen 7 auf. Die jeweilige erste Achse 7 weist auf gegenüberliegenden Enden jeweils ein erstes Rad 8 auf. Dabei sind die Räder 8 der in einer Fahrtrichtung 9 des Fahrzeugs 1 vorderen ersten Achsen 7' jeweils als ein Einzelrad 8 ausgestaltet, während die Räder 8 der in Fahrtrichtung 9 hinteren ersten Achse 7'' jeweils als ein Doppelrad 11 ausgestaltet sind.
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Der Hinterwagen 3 weist eine zweite Achse 12 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten jeweils ein zweites Rad 13 aufweist, wobei das jeweilige zweite Rad 13 als ein Doppelrad 11 ausgestaltet ist.
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Der Vorderwagen 2 und der Hinterwagen 3 sind in einem Winkel 14 zueinander angeordnet, der nachfolgend als Knickwinkel 14 bezeichnet wird und durch die gelenkige Verbindung der Wagen 2, 3 veränderbar ist.
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Beim in 1 gezeigten Fahrzeug sind rein beispielhaft zumindest ein solches erstes Rad 8 der hinteren ersten Achse 7'' und zumindest ein zweites Rad 13 der zweiten Achse 12 des Hinterwagens 13 antreibbar. Dabei erfolgt der Antrieb des jeweiligen Rads 8, 13 vorzugsweise mittels eines elektrischen Radnabenantriebs 15. Bevorzugt sind alle ersten Räder 8 der hinteren ersten Achse 7'' sowie alle zweiten Räder 13 der zweiten Achse 12 unabhängig voneinander antreibbar.
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Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten zum Antreiben der hinteren ersten Achse 7'' und der zweiten Ache 12 bzw. der zugehörigen Räder 8, 13. In 2 ist eine Antriebsvariante dargestellt, die als diagonaler Antrieb bezeichnet wird. Dabei werden, wie auf der linken Seite von 1 gezeigt, das in Fahrtrichtung 9 rechte erste Rad 8 der hinteren ersten Achse 7'' und das in Fahrtrichtung 9 linke zweite Rad 13 der zweiten Achse 12 angetrieben. Dabei ist der Antrieb des jeweiligen Rads 8, 13 jeweils mit einem Pfeil 16 angedeutet symbolisiert. Da zwischen der hinteren ersten Achse 7'' und der zweiten Achse 12 das Gelenk 4 angeordnet ist (vgl. 1), ergibt sich somit ein diagonaler Antrieb. Diese Variante ist auf der linken Seite in 2 dargestellt. Auf der rechten Seite von 2 ist die umgekehrte Situation dargestellt, bei dem das in Fahrtrichtung 9 linke erste Rad 8 der hinteren ersten Achse 7'' und das in Fahrtrichtung 9 rechte zweite Rad 13 der zweiten Achse 12 angetrieben werden.
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In 3 ist ein so genannter einseitiger Antrieb dargestellt, bei dem lediglich ein erstes Rad 8 der hinteren ersten Achse 7'' oder ein zweites Rad 13 der zweiten Achse 12 angetrieben wird.
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In 4 ist ein so genannter einseitiger Antrieb dargestellt, bei dem das in Fahrtrichtung 9 linke erste Rad 8 der hinteren ersten Achse 7'' und das in Fahrtrichtung 9 linke zweite Rad 13 der zweiten Achse 12 oder wahlweise die entsprechenden Räder 8, 13 auf der rechten Seite angetrieben werden.
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In 5 ist ein so genannter achsweiser Antrieb dargestellt, bei dem jeweils beide Räder einer Achse angetrieben werden, entsprechend sind dies im linken Teil der 5 die Räder 8 der Achse 7'' im rechten Teil der 5 die Räder 13 der Achse 12.
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In 6 ist eine Tabelle wiedergegeben, in der zeilenweise unterschiedliche Fahrsituationen mit zugehörigen Stabilitätsparametern 17 sowie ein ggf. aus dem Stand der Technik bekannter Eingriff zur Behebung der Instabilität gefolgt vom Angriff gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Vorteil des Eingriffs gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik angegeben sind. Die als ”aus stark geknickter Stellung mit Lenkanschlag Null (geradeaus anfahren oder Wendemanöver aus langsamer Fahrt (z. Bsp. Ausfahrt Kreisverkehr)” bezeichnete Fahrtsituation wird bspw. durch die Stabilitätsparameter 17' bis 17'''''' erkannt bzw. charakterisiert. Dabei ist der Stabilitätsparameter 17' ist der Knickwinkel 14, während 17'' die Knickwinkelgeschwindigkeit ist. Weiterhin ist in der mit Feld 17''' bezeichneten Spalte der Lenkwinkel, in der Spalte 17'''' die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1, in der Spalte 17''''' die Gear-Rate des Vorderwagens 2 und in der Spalte 17'''''' die Querbeschleunigung des Vorderwagens 2 wiedergegeben. Bei der Erkennung einer solchen Fahrtsituation, die einer kritischen Fahrtsituation entspricht oder eine solche erwarten lässt, erfolgt gemäß dem Stand der Technik ein Bremseingriff am kurveninneren Rad 13 des Hinterwagens 3. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt hingegen ein Antrieb der kurveninneren Räder 8 des Vorderwagens 2, das heißt des kurveninneren Rads 8 der hinteren Achse 7'' und/oder des kurveninneren Rads 8 der vorderen ersten Achse 7'. Zudem werden die entsprechend kurvenäußeren Räder 8 des Vorderwagens 2 sowie die kurveninneren Räder 13 des Hinterwagens 3 in einen momentfreien Zustand versetzt. Demgegenüber werden die kurvenäußeren Räder 13 des Hinterwagens 3 angetrieben. Hierdurch ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:
- – ein minimaler Platzbedarf, da das Fahrzeug 1 der Ideallinie folgt;
- – eine maximale Traktion, da kein Bremseingriff nötig ist;
- – keine Energieverluste;
- – kein Brems- und Reifenverschleiß;
- – eine verbesserte Stabilität des Fahrzeugs 1 da die Seitenführungskräfte übertragbar sind.
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Entsprechendes kann den übrigen Zeilen entnommen werden.
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Das Antreiben des jeweiligen Rads 8, 13 und/oder die Erkennung der entsprechenden Fahrtsituation mittels der Stabilitätsparameter 17 erfolgt hierbei über eine Steuereinrichtung 18 des Fahrzeugs 1, die mit den Rädern 8, 13 verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10139101 A1 [0003]
- DE 4431698 C1 [0003]
