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Gebiet der Offenbarung
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Diese Offenbarung betrifft einen Sattelzug und insbesondere eine aktive Steuerung des Nickens bzw. der Längsneigung eines Aufliegers, während die Zugmaschine den Auflieger einen Straßenweg entlang zieht.
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Hintergrund der Offenbarung
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Ein typisches Fahrgestell einer Fernstraßen-Zugmaschine umfasst ein Aufhängungssystem, welches die Aufhängung einer Achse, wie beispielsweise einer Hinterachse, von einem Fahrgestellbauteil, wie beispielsweise einem Fahrgestellrahmen, umfasst. Das Aufhängungssystem absorbiert straßenbedingte Stöße, wenn die Fernstraßen-Zugmaschine entlang eines Straßenweges fährt, wodurch zur Qualität des Fahrens und der Handhabung beigetragen wird.
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Eine Art von Aufhängungssystem ist ein pneumatisches Aufhängungssystem, welches Gasfedern aufrechten und linken Seiten einer Achse zum Absorbieren von vertikalen Straßenkräften aufweist, die der Achse durch die Räder der Achse auferlegt werden. Eine Gasfeder weist typischerweise einen einzigen Befestigungspunkt an einem Fahrgestell auf, die jedoch mit einer Achse durch verschiedene mechanische Konfigurationen gekoppelt sein kann, wobei ein Beispiel davon ein Längslenker ist.
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Ein Längslenker weist ein proximales Ende auf, das einen Anbringungspunkt an einem Fahrgestellrahmen aufweist, welcher dem Längslenker ermöglicht, auf und ab um eine Achse, welche senkrecht zu der Länge der Zugmaschine verläuft auf den Fahrgestellrahmen zu und von ihm weg zu schwenken. Ein Gehäuse der Achse ist an dem Längslenker an einer Stelle rückwärtig von dieser Achse befestigt. Ein oberes Ende einer Gasfeder weist einen Befestigungspunkt an dem Fahrgestellrahmen auf. Ein unteres Ende der Gasfeder weist einen Befestigungspunkt entweder an der Achse oder an dem Längslenker auf. Die Gasfeder wird axial kontrahieren, wenn die Achse zum Fahrgestellrahmen schwenkt, und wird axial expandieren, wenn die Achse von dem Fahrgestellrahmen wegschwenkt.
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Jedes gegebene Aufhängungssystem kann zusätzliche Bauteile oder Mechanismen aufweisen, die spezifische Funktionen durchführen, wie beispielsweise Helfen bei der Aufrechterhaltung der ordnungsgemäßen Ausrichtung der Achse am Fahrgestell.
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Bestimmte pneumatische Aufhängungen können eine Steuerung der Bodenfreiheit bereitstellen, was bedeutet, dass sie einen Sollabstand der Achse des Fahrgestellrahmens einstellen können, wenn die Zugmaschine geparkt ist. Dieser Abstand kann auf einen beliebigen Abstand innerhalb eines Bereichs von Abständen unter Verwendung von Bodenfreiheitssensoren eingestellt werden, um die Bodenfreiheit zu messen. Wenn sich die Zugmaschine bewegt, absorbieren die Gasfedern dennoch vertikale Straßenkräfte, die der Achse durch die Räder der Achse, die entlang eines Straßenweges fahren, auferlegt werden.
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Wenn das Medium innerhalb einer Gasfeder Luft ist, kann ein On-Board-Luftkompressor von einem Steuersystem betrieben werden, um die Luftmenge in der Feder zu erhöhen, wodurch die Bodenfreiheit erhöht wird. Ein Entlüften der Feder verringert die Bodenfreiheit.
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Der Sog eines sich bewegenden Sattelzuges setzt dem Sattelzug einen Luftwiderstand entgegen, wenn dieser entlang eines Straßenweges fährt, wobei sich der Luftwiderstand erhöht, wenn die Fahrgeschwindigkeit zunimmt. Verschiedene bekannte Verfahren und Vorrichtungen werden gegenwärtig verwendet, um den Luftwiderstand zu verringern. Einige beinhalten den Einbau von Bauteilen, welche die Benutzbarkeit der Zugmaschine oder des Aufliegers hemmen oder die Form eines Aufliegers auf eine Weise ändern können, welche sein nutzbares Ladungsvolumen verringert.
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Kurzfassung der Offenbarung
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Diese Offenbarung führt eine Auflieger-Nicksteuerung ein, welche eine bedeutsame Luftwiderstandsverringerung erreichen kann, ohne dass die nachteiligen Auswirkungen zum Tragen kommen, welche bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Luftwiderstandsverringerung kennzeichnen können. Die offenbarte Auflieger-Nicksteuerung kann dieses Ergebnis ohne Hinzufügen wesentlicher Kosten zu einem Sattelzug erreichen, der bereits eine Gasfeder-Aufhängung mit Bodenfreiheitseinstellung aufweist, und sie kann es tun, ohne die bereits vorhandene Benutzbarkeit eines Sattelzuges zu beeinträchtigen und ohne Aufliegerfrachtvolumen zu opfern.
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Kurz gesagt verringert die offenbarte Auflieger-Nicksteuerung den Luftwiderstand durch aktives Ändern des Nickens des Aufliegers durch Einstellung der Aufhängungs-Bodenfreiheit für Zugmaschinen-Tandemantriebsachsen und/oder Sattelkupplungen. Die Nickeinstellung zum Verringern von Luftwiderstand veranlasst den Auflieger, sich mehr nach unten von vorne nach hinten bei höheren Fahrgeschwindigkeiten als bei niedrigeren Geschwindigkeiten zu neigen, was bedeutet, dass der Nickwinkel erhöht wird. Eine Nicksteuerung kann 1) in der Zugmaschine allein, oder 2) in dem Auflieger allein oder 3) in sowohl Zugmaschine als auch Auflieger bewerkstelligt werden.
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Demgemäß bezieht sich ein allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung auf einen Sattelzug, der eine Zugmaschine und einen Auflieger umfasst, welcher von der Zugmaschine gezogen wird.
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Die Zugmaschine umfasst ein Zugmaschinenfahrgestell, das aufweist: einen Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen, rechte und linke Vorderräder, die an dem Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen aufgehängt sind, und rechte und linke Hinterräder, die an dem Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen durch eine Zugmaschinen-Hinterradaufhängung aufgehängt sind.
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Der Auflieger umfasst einen Auflieger-Fahrgestellrahmen, rechte und linke Hinterräder, welche an dem Auflieger-Fahrgestellrahmen durch eine Auflieger-Hinterradaufhängung aufgehängt sind.
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Eine Kupplung kuppelt den Auflieger mit dem Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen an einer Stelle, welche in dem Bereich der rechten und linken Hinterräder der Zugmaschine zum Ziehen des Aufliegers durch die Zugmaschine liegt.
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Wenigstens eine der Hinterradaufhängungen umfasst wenigstens eine Gasfeder, welche entlang einer Achse durch die Bewegung von wenigstens eines ihrer Hinterräder in Richtung ihres Fahrgestellrahmens komprimiert wird und welche entlang der Achse mit der Bewegung von wenigstens einem ihrer Hinterräder weg von seinem Fahrgestellrahmen expandiert.
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Eine Niveauregulierung stellt die Bodenfreiheit von wenigstens einer der Hinterradaufhängungen auf eine gewünschte Bodenfreiheit innerhalb eines Bereichs von Bodenfreiheiten ein, indem der interne Druck von wenigstens einer Gasfeder eingestellt wird.
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Eine Auflieger-Nicksteuerung steuert das Nicken des Aufliegers durch Einstellung der Bodenfreiheit der wenigstens einen der Hinterradaufhängungen als Funktion der Fahrgeschwindigkeit des Sattelzuges.
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Ein weiterer allgemeiner Aspekt betrifft ein Verfahren zum Einstellung des Nickens eines Aufliegers, der von einer Zugmaschine gezogen wird, indem eine Niveauregulierung veranlasst wird, die Bodenfreiheit einer Aufhängung einzustellen, welche das Nicken des Aufliegers von einer Basislinie erhöht, wenn die Zugmaschine und der Auflieger mit einer Geschwindigkeit fahren, die größer als eine Geschwindigkeitsschwelle ist, und welche das Nicken des Aufliegers zu der Basislinie zurückführt, wenn die Geschwindigkeit der Zugmaschine und des Aufliegers geringer als die Geschwindigkeitsschwelle ist.
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Die vorangehende Kurzfassung, die von weiteren Einzelheiten der Offenbarung begleitet wird, wird in der nachstehenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen vorgestellt, die Teil dieser Offenbarung sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer linken Hinterradaufhängung zum Aufhängen einer Hinterachse an einem Fahrgestellrahmen.
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2 ist eine Seitenansicht eines Sattelzuges, die eine Basislinieneinstellung von Aufhängungsbodenfreiheiten von Achsen des Sattelzuges zeigt.
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3 ist eine Seitenansicht des Sattelzuges, die eine Einstellung von Aufhängungsbodenfreiheiten für die gleichen Achsen nach 2, welche das Nicken des Aufliegers erhöht.
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4 ist eine Seitenansicht des Sattelzuges, die eine weitere Einstellung von Aufhängungsbodenfreiheiten für die gleichen Achsen nach 2, welche das Nicken des Aufliegers erhöht.
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5 ist eine Seitenansicht des Sattelzuges, die eine noch weitere Einstellung von Bodenfreiheiten für die gleichen Achsen nach 2, welche das Nicken des Aufliegers erhöht.
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6 ist eine graphische Darstellung der Luftwiderstandsverringerung für zwei der oben erwähnten Einstellungen.
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Detaillierte Beschreibung
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Das
U.S. Patent Nr. 8 573 620 des Anmelders veranschaulicht ein Beispiel eines pneumatischen Aufhängungssystems und wird hier durch Bezugnahme aufgenommen.
1 der vorliegenden Anmeldung zeigt Bauteile des in
1 des
U.S. Patents Nr. 8 573 620 gezeigten Systems, das einen Längslenker
10 und eine Gasfeder
12 umfasst, welche zusammen eine Achse
14 an einem Fahrzeugfahrgestell aufhängen, welches einen Fahrgestellrahmen
16 umfasst. Das eine Bauteil, welches allen pneumatischen Aufhängungssystemen ungeachtet der spezifischen Art gemeinsam ist, ist die Gasfeder
12. Der Längslenker
10 ist repräsentativ für eine Aufhängung vom Längslenkertyp.
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Ein unteres Ende der Gasfeder 12 ist an einem distalen Ende des Längslenkers 10 befestigt. Ein oberes Ende der Gasfeder 12 ist über einen Halter 18 an einem Längsträger 20 des Fahrgestellrahmens 16 befestigt.
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Der Längslenker 10 weist ein proximales Ende auf, welches an dem Längsträger 20 vor der Achse 14 mittels eines Halter 22 angebracht ist. Eine Buchse ist an einem Schaft 24 angepasst, welcher in eine Öse 26 an dem proximalen Ende des Längslenkers 10 passt. Die freiliegenden Enden des Schafts 24 sind an einem Halter 22 befestigt. Diese Anordnung ermöglicht dem Längslenker 10, gegenüber dem Fahrgestellrahmen 16 um eine horizontale Achse 28 der Öse 26 nach oben und unten zu schwenken, welche senkrecht zu der Länge des Längsträgers 20 ist.
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An seinem proximalen Ende ist der Längslenker 10 anfangs gerade, wobei er sich in Richtung des hinteren Teils des Fahrgestellrahmen 16 mehr horizontal als vertikal zu einer Stelle über die Achse 14 hinaus erstreckt, von wo aus er sich vertikal nach unten zu einer Stelle erstreckt, von der er sich weiter nach hinten zu einem distalen Ende erstreckt, wo er sich nach innen biegt, um mit der Gasfeder 12 verbunden zu werden.
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Wie in der
US-Patentschrift 8 573 620 erläutert, befestigen verschiedene Bauteile ein Gehäuse
30 der Achse
14 am Längslenker
10, während andere Bauteile eine am Fahrgestell angebrachte Aufnahmelasche
32 mit dem Längslenker
10 verbinden.
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Wenn der Längslenker 10 an dem Fahrgestellrahmen 16 für eine Schwenkbewegung um die Achse 28 angebracht ist, wird die Gasfeder 12 axial komprimiert, wenn die Achse 14 in Richtung des Fahrgestellrahmens 16 schwenkt, wie durch Pfeil 36 nahegelegt, und axial expandiert, wenn die Achse 14 von dem Fahrgestellrahmen 16 wegschwenkt, wie durch Pfeil 38 nahegelegt.
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2 ist eine linke Seitenansicht eines Sattelzuges 40, der eine Fernstraßen-Zugmaschine 42 und einen Auflieger 44 umfasst. Die Zugmaschine 40 umfasst ein Zugmaschinen-Fahrgestell, das einen Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen, rechte und linke Vorderräder 46 zum Lenken der Zugmaschine 42 und eine hintere Tandemantriebsachse, die rechte und linke Tandemantriebsräder 48, 50 zum Antreiben der Zugmaschine 42 aufweist. Eine Aufhängung, wie beispielsweise die in 1 beschriebene, hängt die hintere Tandemantriebsachse an rechten und linken Seiten des Zugmaschinen-Fahrgestellrahmens auf und umfasst rechte und linke Gasfedern, von denen jede entlang einer Achse durch Bewegung der hinteren Tandemantriebsachse in Richtung des Zugmaschinen-Fahrgestellrahmens komprimiert wird und welche entlang der Achse mit der Bewegung der hinteren Tandemantriebsachse weg von dem Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen expandiert.
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Die Zugmaschine 42 umfasst ferner eine Niveauregulierung zur Einstellung der Bodenfreiheit der hinteren Tandemantriebsachsen-Aufhängung auf eine gewünschte Bodenfreiheit innerhalb eines Bereichs von Bodenfreiheiten durch Einstellung des internen Drucks der Gasfedern der Aufhängung. Wenn das Medium innerhalb der Gasfedern Luft ist, kann ein On-Board-Luftkompressor von der Niveauregulierung betrieben werden, um die Luftmenge in den Gasfedern zu erhöhen, wodurch die Bodenfreiheit erhöht wird. Ein Entlüften der Gasfedern verringert die Bodenfreiheit.
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Die Zugmaschine 42 weist ebenfalls eine Auflieger-Nicksteuerung auf, welche das Nicken des Aufliegers 44 durch Einstellung der Bodenfreiheit der Aufhängung der hinteren Tandemantriebsachse der Zugmaschine 42 als Funktion der Fahrgeschwindigkeit des Sattelzugs 40 steuert.
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Der Auflieger 44 wird von der Zugmaschine 42 über eine Kupplung zum Zugmaschinen-Fahrgestellrahmen gezogen, welche im Bereich der hinteren Tandemantriebsachse der Zugmaschine 42 liegt. Ein Beispiel einer üblichen Kupplung ist ein Drehschemel, das auf dem Fahrgestellrahmen einer Zugmaschine getragen wird.
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Der Auflieger 44 umfasst einen Körper 52, der auf einem Fahrgestellrahmen angebracht ist. Ein vorderer Teil des Fahrgestellrahmens, welche den Auflieger 44 mit der Zugmaschine 42 kuppelt, liegt im Bereich der hinteren Tandemantriebsachse der Zugmaschine 40. Ein hinterer Bereich des Fahrgestellrahmens des Aufliegers 44 wird auf einem darunterliegenden Straßenweg von einem Doppelachsaggregat unterstützt, das rechte und linke hintere Tandemräder 54, 56 umfasst. Eine Aufhängung, wie beispielsweise die in 1 beschriebene, hängt das Doppelachsaggregat an rechten und linken Seiten des Auflieger-Fahrgestellrahmens auf und umfasst rechte und. linke Gasfedern, von denen jede entlang einer Achse durch die Bewegung des Drehgestells in Richtung des Auflieger-Fahrgestellrahmens komprimiert wird, und welche entlang der Achse mit der Bewegung des Drehgestells weg von dem Auflieger expandiert. Ein Doppelachsaggregat ist nur eine von verschiedenen möglichen Hinterachsen-Konfigurationen für einen Auflieger. Andere Konfigurationen umfassen eine Einzelachse und Tandem-Doppelachsen, welche unabhängig aufgehängt sind.
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Ungeachtet der Achsenkonfiguration kann, wenn eine Hinterachsenaufhängung des Aufliegers eine oder mehrere Gasfedern zum Einstellen der Bodenfreiheit der Aufhängung aufweist, sie ein Element der Auflieger-Nicksteuerung werden. Das gleiche gilt für die Aufhängung einer hinteren Antriebsachse einer Zugmaschine. Ein Verringern der Bodenfreiheit einer Hinterachsenaufhängung eines Aufliegers kann das Nicken des Aufliegers ändern, indem das Aufliegerdach dazu gebracht wird, sich mehr nach unten von vorne nach hinten zu neigen. Ein Erhöhen der Bodenfreiheit einer Hinterantriebsachsenaufhängung einer Zugmaschine kann ebenfalls das Aufliegerdach dazu bringen, sich mehr nach unten von vorne nach hinten zu neigen.
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2 stellt eine Basislinieneinstellung für das Nicken des Aufliegers dar. 2 und die folgenden drei Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
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3 und 4 zeigen zwei jeweilige Beispiele, wie das Nicken des Aufliegers gesteuert werden kann. Eine Art und Weise zum Quantifizieren des Nickens des Aufliegers besteht in den Einstellungen der Bodenfreiheit der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers und der Bodenfreiheit der Hinterachsenaufhängung der Zugmaschine relativ zu der in 2 gezeigten Basislinieneinstellung. Diese Art und Weise wird in der folgenden Erläuterung verwendet.
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3 zeigt die Verwendung von sowohl der Aufhängung der Zugmaschinen-Hinterantriebsachse als auch der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers, um das Nicken des Aufliegers zu steuern. Wenn die Nicksteuerung den Druck in den Gasfedern der Aufhängung der Zugmaschinen-Hinterantriebsachse erhöht, erhöht sich die Bodenfreiheit dieser Aufhängung, wobei sich die Anhebung des hinteren Teils des Fahrgestellrahmens der Zugmaschine relativ zu dem Straßenweg darunterliegenden Rädern 48, 50 erhöht. Wenn die Nicksteuerung den Druck in den Gasfedern der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers verringert, verringert sich die Bodenfreiheit dieser Aufhängung, wobei sich die Anhebung des hinteren Teils des Fahrgestellrahmens des Aufliegers relativ zum Straßenweg verringert.
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Falls der Nickwinkel anfangs auf das Basislinien-Beispiel in 2 eingestellt ist, wird ein progressives Erhöhen der Bodenfreiheit x1 der Aufhängung der Zugmaschinen-Hinterantriebsachse in Abstimmung mit einem progressiven Verringern der Bodenfreiheit x2 der Auflieger-Hinterachsenaufhängung, wie gemäß 3 nahegelegt, den Nickwinkel progressiv erhöhen. Der Nickwinkel kann zu der Basislinieneinstellung durch Verringern der Bodenfreiheit x1 und Erhöhen der Bodenfreiheit x2 zurückgeführt werden.
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4 zeigt die Verwendung von lediglich der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers, um das Nicken des Aufliegers zu steuern. Wenn die Nicksteuerung den Druck in den Gasfedern dieser Aufhängung verringert, verringert sich die Bodenfreiheit x2 der Aufhängung, wobei sich die Anhebung des hinteren Teils des Fahrgestellrahmens des Aufliegers relativ zu dem Straßenweg darunterliegenden Rädern 54, 56 verringert. Wenn die Nicksteuerung den Druck in den Gasfedern erhöht, erhöht sich die Bodenfreiheit der Aufhängung, wobei die Anhebung des hinteren Teils des Fahrgestellrahmens des Aufliegers relativ zu dem Straßenweg erhöht wird.
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Falls der Nickwinkel anfangs in der Basislinieneinstellung ist, wird ein progressives Verringern der Bodenfreiheit x2, wie von 4 nahegelegt, den Nickwinkel vergrößern. Ein Erhöhen der Bodenfreiheit kann den Nickwinkel zu der Basislinieneinstellung zurückführen.
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4 ist ein Beispiel der Auflieger-Nicksteuerung wenn einer Zugmaschine entweder eine Hinterachsenaufhängung zum Ändern der Bodenfreiheit fehlt oder wenn die Aufhängung einer Zugmaschine, die eine derartige Aufhängung aufweist, nicht verwendet wird.
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5 zeigt eine weitere Möglichkeit, bei der das Nicken von der Basislinieneinstellung lediglich durch Erhöhen der Bodenfreiheit der Hinterachsenaufhängung der Zugmaschine geändert wird.
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Ein System zum Steuern von Druck in Gasfedern kann vollständig in einer Zugmaschine oder vollständig in einem Auflieger angeordnet sein, oder ein Teil eines Systems kann in der Zugmaschine und ein weiterer Teil in dem Auflieger angeordnet sein. Die Fahrgeschwindigkeit kann von jeder zweckmäßigen Geschwindigkeits-Datenquelle, wie beispielsweise einem Datenbus in einer Zugmaschine oder ABS-Radgeschwindigkeitsensoren in einem Auflieger erhalten werden.
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6 ist eine Graphik, welche eine allgemeine Tendenz für ein erhöhtes Nicken des Aufliegers zeigt, um den Luftwiderstand eines sich bewegenden Sattelzuges zu verringern, der mit einer typischen Fernstraßen-Geschwindigkeiten fährt, wenn der Windgierwinkel relativ klein ist. Wenn der Winkel zunimmt, wird die Luftwiderstandsverringerung geringer. Eine Kurve 62 kennzeichnet die in 2 gezeigte Basislinie. Eine Kurve 64 kennzeichnet die in 4 gezeigte Nickeinstellung und eine Kurve 66 kennzeichnet die in 3 gezeigte Nickeinstellung.
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Die Auflieger-Nicksteuerung wird von einem Controller durchgeführt, welcher die Aufhängungs-Bodenfreiheiten basierend auf der Fahrgeschwindigkeit eines Sattelzuges und möglicherweise anderen Betriebsbedingungen einstellt. Wenn sich die Fahrgeschwindigkeit Fernstraßen-Geschwindigkeiten annähert, wird der Controller automatisch Befehle an die beteiligte Aufhängung oder Aufhängungen ausgeben, wie oben erläutert. In 4 steuert beispielsweise die Auflieger-Nicksteuerung das Nicken des Aufliegers durch Verringern der Bodenfreiheit der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers, um das Nicken des Aufliegers größer als die Basislinie zu machen, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Sattelzuges größer als eine Geschwindigkeitsschwelle ist, und durch Erhöhen der Bodenfreiheit der Hinterachsenaufhängung des Aufliegers, um das Nicken des Aufliegers zu der Basislinie zurückzuführen, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Sattelzuges geringer als die Geschwindigkeitsschwelle ist. Daten von dem globalen Positionierungssystem können ebenfalls verwendet werden, um der Nicksteuerung zu ermöglichen, aktiv zu sein, wenn ein Sattelzug auf bestimmten Straßenwegen, wie beispielsweise auf U. S. Interstate Highways fahrt, wo das Nicken deutlich erhöht werden kann. Bei langsamen Geschwindigkeiten kann die Aufhängung oder Aufhängungen in ihre Soll(Basislinien)-Bodenfreiheit zugunsten Manövrierfähigkeit und Bodenfreiheit zurückgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8573620 [0026, 0026, 0030]
