DE102018132697A1

DE102018132697A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Achslast und Federungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018132697A1
Application number: DE102018132697.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wolf; Tristan Krüger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18
Also published as: EP3898298A1; CN113272164B; CN113272164A; WO2020126363A1; US11874157B2; US20220057252A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast eines Fahrzeugs (1) und ein Federungssystem (5) für das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit mindestens einer in ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und in ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1) angebundenen Blattfeder (6) aufweist.Hierbei sind die folgenden Schritte vorgesehen:Messen eines Messabstandes (d) des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3)Ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1) vorliegt,Ermitteln einer relevanten Hysterese-Linie eines vorgespeicherten Hysterese-Feldes in Abhängigkeit der Ermittlung eines Be- oder Entladevorganges,Ermitteln eines aktuellen Achslast-Projektionswertes aus dem Messabstand und der relevanten Hysterese-Linie,wobei insbesondere ein Ladevorgangs-Kriterium und ein RelaxationsKriterium vorgesehen sein können.Der ermittelte Achslast-Projektionswert dient somit als projizierte bzw. abgeschätzte Achslast und kann insbesondere in Fahrdynamik-Regelsystemen eingesetzt werden. Weiterhin kann das Hysteresefeld aktualisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast und ein Federungssystem für ein Fahrzeug, das insbesondere zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
Die Ermittlung von Achslasten dient insbesondere dazu, den Beladungszustand, die Verteilung der Last und die gesamte Fahrzeugmasse zu ermitteln. Die ermittelten Achslasten können zur Regelung von Bremsvorgängen oder Fahrdynamik-Regelungen herangezogen werden. Auch kann ein Überladen des Fahrzeugs verhindert werden, das zur Beschädigung des Fahrzeugs und der Straße führen kann und den Bremsweg deutlich verlängert.
Federungssysteme für Fahrzeuge können zum einen mittels Luftfedern bzw. Luftbälgen, d.h. pneumatisch ausgebildet sein, was jedoch relativ aufwendig ist. Luftfedern ermöglichen eine Messung ihres Luftdrucks zur Ermittlung der einwirkenden Achslast, und weiterhin eine aktive Veränderung der Niveauregulierung und der einwirkenden Achslast. Auch kann die Achslast durch Messung des Abstandes des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk ermittelt werden.
Weiterhin sind Federungssysteme mit metallischen Blattfedern bekannt, die im Allgemeinen mit ihren Enden am Fahrzeugaufbau angebunden sind und in ihrem mittleren Bereich am Fahrwerk, insbesondere einer Star-Achse des Fahrwerks, aufliegen bzw. aufgenommen sind. Derartige Federungssysteme mit Blattfedern sind im Allgemeinen relativ kostengünstig; als nachteilhaft wird im Allgemeinen eine ungenaue Ermittlung der Achslast, insbesondere durch die auftretenden Hysterese-Eigenschaften angesehen.
Blattfedern können zum einen als Parabelfedern mit einem oder mehreren Federblättern (Federlagen) ausgebildet sein, die an ihren Enden am Fahrzeugaufbau angebunden sind. Weiterhin sind Blattfedern als Trapezfedern mit mehreren Federlagen, insbesondere unterschiedlich langen Federblättern bekannt, die z.B. auf einem mittigen Herzbolzen aufgefädelt oder aufgereiht sind und an ihren Enden z.B. über Halteklammern zusammengehalten werden. Derartige Trapezfedern können insbesondere progressive Federkennlinien aufweisen, die somit bei kleinen Einfederungen zunächst eine weiche Federung bzw. ein kleines Elastizitätsmodul, und bei größeren Federwegen bzw. Einfederungen ein größeres Elastizitätsmodul ermöglichen. Insbesondere Trapezfedern weisen ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten auf, da die mehreren Federlagen bzw. Federblätter aneinander reiben und hierdurch kinetische Energie absorbieren können.
Es zeigt sich jedoch, dass bei derartigen Trapezfedern eine Bestimmung der Achslast problematisch ist. So ist eine direkte Ermittlung der Kraft bzw. Achslast im Allgemeinen nur ungenau oder schwierig mittels zusätzlicher Dehnungsmessstreifen möglich, oder es wird ein Eingriff in das Federungssystem erforderlich, um eine entsprechende, die Achslast direkt anzeigende Messeinrichtung zu installieren.
Die EP 1 571 429 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Anzeige einer Achslast eines Fahrzeugs bei einem Fahrzeug-Aufbau mit einer Luftfederung.
Die US 6,590,168 B2 beschreibt eine Messvorrichtung, die einen Auslenkwinkel einer Achse misst und hieraus eine Achslast ermittelt.
Die EP 1 604 179 B1 beschreibt ein Achslast-Erfassungssystem für ein Fahrzeug mit einem Luftbalg-Tragsystem unter Einsatz eines Drucksensors zur Messung des Drucks in einem Luftbalg.
Die GB 1479192 A beschreibt eine Hysterese-Korrektur, bei der ein Bereich zwischen einem oberen und unteren vorbestimmten Wert des Gewichtes angesetzt wird und ein neuer ermittelter Wert mit einem vorherigen Gewichtswert und einer Abweichung aufgrund einer Hysterese verglichen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federungssystem und ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast zu schaffen, die eine relativ sichere Bestimmung oder Abschätzung einer Achslast mit relativ geringem Aufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Federungssystem nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Einsatz des erfindungsgemäßen Federungssystem vorgesehen; das erfindungsgemäße Federungssystem ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Federungssystem wird somit ein Achslast- Projektionswert bzw. Achslast-Referenzwert ermittelt, der nachfolgend aktualisiert werden kann und in den verschiedenen Systemen des Fahrzeugs als Wert der Achslast eingesetzt werden kann; d.h. der ermittelte Achslast-Projektionswert stellt somit die aktuell ermittelte bzw. aus den zur Verfügung stehenden Daten projizierte Achslast dar.
Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, bereits während eines Belade- oder Entladevorganges, bei dem somit der Einfeder-Zustand bzw. Einfederweg der Blattfeder geändert wird, einen Messabstand des Fahrzeugsaufbaus gegenüber dem Fahrwerk zu messen, der als solcher zunächst durch Hysterese-Effekte beeinflusst ist. Nachfolgend wird dann aus diesem Messabstand eine hysteresebereinigte Vorhersage bzw. Abschätzung der aktuellen Achslast durch Ermittlung eines Achslast-Projektionswertes bzw. Achslast-Referenzwertes ermöglicht. Da die während eines Be- oder Entladevorgangs nominal ermittelbare Achslast hysterese-verfälscht ist, wird aus dem direkt gemessenen Messabstand aufgrund von gespeicherten und/oder gelernten Hysterese-Linien eines Hysterese-Feldes zunächst ein Achslast-Projektionswert ermittelt. Erst nach einem „Freirütteln“ der verspannten Blattfeder, das über ein hierfür vorgesehenes zweites Kriterium festgestellt werden kann, stellt sich ein realistischer Einfederweg der Blattfeder ein, der dann durch Messung des Messabstand direkt herangezogen werden kann, und zum einen als neuer bzw. korrigierter Achslast-Projektionswert und weiterhin für eine Bewertung bzw. Korrektur der Hystereselinien verwendet werden kann.
Somit wird ein Messabstand des Fahrzeugsaufbaus gegenüber dem Fahrwerk gemessen. Der Messabstand kann insbesondere durch eine am Fahrzeugaufbau vorgesehene Messeinrichtung ermittelt werden, die den Messabstand zu dem Fahrwerk ermittelt. Hierbei kann insbesondere der Messabstand zu einer Star-Achse des Fahrwerks, die zwei Fahrzeugräder verbindet, ermittelt werden. Es ist jedoch auch die Ermittlung des Messabstandes zwischen anderen Bezugsgrößen des Fahrzeugaufbaus und des Fahrwerks möglich.
Die Abstandsmesseinrichtung kann zum einen mechanisch einen Messabstand bzw. eine Länge messen, z.B. über einen schwenkbaren Hebel oder eine andere Stelleinrichtung, und z.B. eine Messgröße als Messwinkel oder Messlänge erfassen. Weiterhin ist auch der Einsatz kontaktloser Messeinrichtungen, z.B. eines Ultraschallsensors möglich. Hierbei liegt ein Vorteil der Erfindung bereits darin, dass von Luftfederungs-Systemen bekannte, kostengünstige Abstands-Messeinrichtungen eingesetzt werden können.
Aus dem gemessenen Messabstand wird nachfolgend mit gespeicherten und/oder gelernten Werten eines Hysterese-Feldes ein aktueller Achslast-Projektionswert bzw. Achslast-Referenzwert ermittelt. Hierzu wird zunächst ermittelt, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang vorliegt, und dann gemäß dieser Bewertung eine geeignete Hysterese-Linie des gespeicherten Hysteresefeldes ermittelt, die dann verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise angesetzt, dass die Einfeder- und Ausfedervorgänge der Blattfeder im Allgemeinen durch eine ideale Federkennlinie dargestellt werden können, die einen elastischen reversiblen Einfeder- und Ausfedervorgang beschreiben. Hierbei wird erkannt, dass die Federkennlinie, die z.B. durch Wertepaare des Messabstandes und der Achslast dargestellt wird, beim Fahrzeug bei Erfüllen eines Relaxationskriteriums (zweiten Kriteriums) auch erreicht wird bzw. in guter Näherung erreicht wird, so dass diese ideale Federkennlinie dann angesetzt werden kann. Das zweite Kriterium kann insbesondere anzeigen, dass das Fahrzeug zuvor eine Fahrt zurückgelegt hat, bei der die Vibrationen und kleinen Einfeder- und Ausfedervorgänge die Verspannungen und Reibungskräfte zwischen den Federblättern bzw. Federlagen kompensieren oder lösen. Somit kann nach einer Fahrt mit z. B. hinreichender Fahrtdauer und/oder hinreichender Fahrtstrecke, gegebenenfalls bei Erfüllen weiterer Bedingungen wie z.B. auch einer hinreichenden Mindestgeschwindigkeit, von einem Ausgangspunkt auf der idealen Federkennlinie ausgegangen werden. Somit kann insbesondere nachfolgend ein Beladevorgang oder Entladevorgang erkannt werden, wozu vorteilhafterweise ergänzend ein erstes Kriterium (Ladevorgangskriterium) vorgesehen ist, das z.B. den Fahrzeugstillstand anzeigt, oder auch bei Eingabe eines entsprechenden Signals durch den Fahrer erfüllt werden kann.
Somit erkennt die Steuer- und Auswerteeinrichtung, dass nachfolgend von einem Punkt auf der idealen Federkennlinie ausgehend eine Änderung der Achslast vorgenommen wird, wobei nachfolgend aufgrund der Messsignale erkannt wird, ob der Messabstand vergrößert wird, was dann z.B. als Einfederung und Beladevorgang erkannt werden kann, oder entsprechend der Messabstand verkleinert wird, was als Ausfederung bzw. Entladevorgang erkannt werden kann.
Somit wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise angesetzt, dass dieser Einfedervorgang oder Ausfedervorgang von der idealen Federkennlinie ausgehend durch Hysterese-Linien eines Hysterese-Feldes, insbesondere vorgespeicherte und/oder gelernte Hysterese-Linien, gut bzw. in hinreichender Genauigkeit nachgebildet werden kann und somit die nachfolgend gemessene Änderung des Messabstandes einem aktuellen Achslastwert-Projektionswert zugeordnet werden kann, der somit nachfolgend insbesondere für Regelungen und Steuerungen als aktuelle Achslast herangezogen werden kann.
Vorteilhafterweise erfolgt eine Aktualisierung des ermittelten Achslast-Projektionswertes und auch des Hysterese-Feldes, indem zunächst das zweite Kriterium wieder zurückgesetzt wird und nachfolgend überprüft wird, ob dieses zweite Kriterium anschließend wieder erfüllt wird, d.h. z.B. eine hinreichende Fahrt des Fahrzeugs vorliegt, die zur Lösung der inneren Verspannungen der Blattfeder führt. Dann kann wiederum angesetzt werden, dass wieder ein Punkt auf der idealen Federkennlinie erreicht worden ist. Wenn dies erfüllt ist, kann ein aktueller Achslast-Projektionswert direkt über den aktuell gemessenen Messabstand und die ideale Federkennlinie mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, die somit den zuvor abgeschätzten, d.h. aufgrund der Hysterese beim Beladevorgang oder Entladevorgang ermittelten, Achslast-Projektionswert ersetzt. Die Abweichung dieses aktuellen korrigierten Achslast-Projektionswertes gegenüber dem zuvor aufgrund der Hysterese beim Beladevorgang oder Entladevorgang ermittelten Achslast-Projektionswertes kann nachfolgend als Korrekturabweichung herangezogen werden zur Korrektur der gesamten Hysterese-Linie des Hysterese-Feldes, da angesetzt werden kann, dass die einwirkende Achslast sich während der Fahrt nicht geändert hat und somit die Änderung des ermittelten Achslast-Projektionswertes auf einen Fehler der zuletzt angenommenen Hysterese-Linie beruht. Insbesondere kann das gesamte Hysterese-Feld aufgrund dieser ermittelten Abweichung korrigiert werden
Somit kann zusätzlich zu einer aktuellen Ermittlung des Achslast-Projektionswertes eine fortlaufende Korrektur und Aktualisierung des Hysterese-Feldes erfolgen.
Die erfindungsgemäß ermittelten Achslast-Projektionswerte entsprechen somit der aktuell ermittelten Achslast, bzw. die Achslast kann erfindungsgemäß als Achslast-Projektionswert projiziert bzw. abgeschätzt werden, so dass geeignete Werte der Achslast für Regel- und Steuerverfahren vorliegen.
Das Hysterese-Feld kann zum einen lediglich eine einzige erste (obere) Hysterese-Linie aufweisen, die einen Beladevorgang von einem leeren Fahrzeug ausgehend darstellt. Weiterhin kann das Hysterese-Feld auch mehrere erste (obere) Hysterese-Linien für den Beladevorgang, z.B. als Schar oder Feld von Hysterese-Linien aufweisen, die Hysterese-Linien für Beladevorgänge von unterschiedlichen Ausgangswerten bzw. Ausgangs-Achslasten ausgehend darstellen, z.B. bei zuvor teilbeladenem Fahrzeug oder aus anderen Gründen wie Aufbauten, Tankfüllung usw. Entsprechend können auch mehrere zweite (untere) Hysterese-Linien für den Entladevorgang gespeichert sein.
Die Hysterese-Linien können aus den Messwerten zum einen durch Interpolation mehrerer Messwerte oder aber auch aufgrund eines mathematischen Models durch Auswertung eines Polynomen-n-ten Grades ermittelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Achsaufhängung eines Fahrzeugs mit einer Blattfeder;
2 ein Kennlinien-Feld mit einer Darstellung von Einfeder-Vorgängen (Beladungsvorgängen);
3 ein Kennlinien-Feld mit einer Darstellung von Ausfeder-Vorgängen (Entladevorgängen);
4 ein Kennlinien-Feld bei Ermittlung eines Einfeder-Vorgangs bei teilbeladenem Fahrzeug;
5a, b, c Schritte der Ermittlung bzw. Neuberechnung von Hysteresekurven des Kennlinien-Feldes;
6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen Bereich einer Achsaufhängung eines Fahrzeuges 1, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit Fahrzeugrädern 2, wobei die Fahrzeugräder 2 auf einer gemeinsamen Starr-Achse 3 angebracht sind. Ein Fahrzeug-Aufbau 4 ist gegenüber der Starr-Achse 3 mittels eines Federungssystems 5 mit zwei seitlichen Blattfedern 6 gefedert. In der Seitenansicht der 1 sind entsprechend ein Fahrzeugrad 2 und eine Blattfeder 6 ersichtlich.
Die Blattfeder 6 ist an ihrem vorderen und hinteren Ende 6a, 6b in Federaufnahmen 7a, 7b des Fahrzeugaufbaus 4 aufgenommen und in ihrem mittleren Bereich 6c an der Starr-Achse 3 aufgenommen, d.h. auf die Starr-Achse 3 aufgelegt und an dieser fixiert. Somit führen Vertikal-Bewegungen des Aufbaus 4 zu einem Ein- und Ausfedern der Blattfeder 6, d.h. ein Messabstand d des Fahrzeug-Aufbaus 4 gegenüber der Starr-Achse 3 verändert sich. Bei einem Einfeder-Vorgang, z.B. beim Überfahren einer Bodenschwelle, wird der Fahrzeug-Aufbau 4 zu der Starr-Achse 3 hin verstellt, d.h. der Messabstand d verringert sich unter elastischer Verformung der Blattfeder 6, die somit in ihrem mittleren Bereich 6c nach oben eingedrückt wird.
Der Messabstand d stellt sich insbesondere auch in Abhängigkeit einer Ladung 8 dar, die gemäß 1 symbolisch auf dem Fahrzeug-Aufbau 4 aufgenommen ist. Bei einem mehrachsigen Fahrzeug wird im Allgemeinen auch die Achslast-Verteilung der Ladung 8 zu berücksichtigen sein.
Die Blattfeder 6 ist gemäß der gezeigten Ausführungsform der 1 als Stapel von Federlagen 9 ausgebildet, d.h. es sind mehrere Federlagen 9 aufeinander geschichtet. Bei Ausbildung der Blattfeder 6 als Trapezfeder werden die Federlagen 9 hierzu im Allgemeinen in unterschiedlichen Längen ausgebildet und weisen jeweils eine Mittenbohrung auf, durch welche ein gemeinsamer sogenannter Herzbolzen gesetzt ist; weiterhin werden die Federlagen 9 durch Klammern zusammengehalten. Weiterhin kann die Blattfeder 6 grundsätzlich auch als Parabelfeder mit einer Federlage 9 oder auch einem Stapel von Federlagen ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Ausbildung der Blattfeder 6 als Trapezfeder mit unterschiedlich langen Federlagen 9 vorteilhaft ausführbar, da die nachfolgend beschriebenen Hysterese-Effekte bzw. Dämpfungseigenschaften besonders zu tragen kommen.
Der Messabstand d wird durch eine Abstands- Messeinrichtung 10 gemessen, die als mechanischer Wegsensor, der in Kontakt mit dem Fahrzeug-Aufbau 4 und der Starr-Achse 3 steht, oder auch als kontaktloser Messabstands-Sensor, z. B. Ultraschallsensor ausgebildet sein kann, wie sie grundsätzlich auch bei einem pneumatischen Federungssystem vorgesehen sein kann. Die Abstands- Messeinrichtung 10 liefert das Abstands-Messsignal S1 an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 12, die die Messdaten und hieraus berechnete Daten in einem internen oder externen Speicher 11 abspeichert.
Der Messabstand d hängt somit von der Achslast AL ab. Allerdings zeigt insbesondere eine Trapezfeder 6 ein Hysterese-Verhalten, das in 2 bis 3 gezeigt ist und insbesondere mit der internen Reibung zwischen den Federlagen 9 zusammenhängt. In 2 ist der Messabstand d gegenüber der Achslast AL aufgetragen. Bei der idealen Federkennlinie KL fällt entsprechend der Messabstand d mit zunehmender Achslast AL, wobei im Allgemeinen eine nicht-lineare Federkennlinie, insbesondere eine progressive Federkennlinie vorliegt, insbesondere bei einem Stapel aus Federlagen mit unterschiedlicher Länge. Aufgrund der Reibung zwischen den Federlagen 9 folgt die Verstellung des Messabstandes d jedoch nicht der idealen Federkennlinie KL, sondern kann durch ein Hysterese-Feld 14 wiedergegeben werden, das sich als Schar von Hysterese-Linien Hyi mit i= 1, 2, 3, .., d.h. somit Hy1, Hy2, Hy3,... darstellen lässt: Hierbei zeigt 2 zunächst einen Beladevorgang, d.h. Einfeder-Vorgang:
Ein Belade- oder Entladevorgang liegt vor, wenn ein erstes Kriterium oder Ladevorgangskriterium K1 erfüllt ist; dieses kann insbesondere vorsehen, dass das Fahrzeug 1 steht, d.h. v=0. Weiterhin ist vorzugsweise als Bedingung für einen Beladevorgang vorgesehen, dass die Achslast AL zunimmt, d.h. eine Abnahme des Messabstandes d gemessen wird. Ein Hysterese-Feld 14 ist vorzugsweise aus vorherigen Messungen ermittelt und in der Speichereinrichtung 11 gespeichert, z.B. als Schar von Hysterese-Linie Hy1, Hy2,..., wobei die Hysterese-Linien Hy1, Hy2, ... wiederum als ermittelte mathematische Funktion gespeichert sein können, z.B. Polynome, oder auch als Werte-Paare (d, AL) gespeichert sein können, wobei dann aktuell entsprechend Interpolation zwischen diesen Werte-Paare gebildet werden.
Der Beladevorgang geht von einem Anfangs-Beladepunkt B1 aus, der somit als Werte-Paar (d_B1, AL_B1) gegeben ist. Allgemein ist ein zweites Kriterium bzw. Relaxationskriterium K2 vorgesehen, das anzeigt, dass aktuell ein Punkt auf der idealen Federkennlinie KL erreicht ist, das zweite Kriterium zeigt an, dass das Fahrzeug 1 zuvor hinreichend gefahren ist. Bei einem nachfolgenden Beladevorgang werden sukzessive Belade-Punkte B2, B3, B4 bis z.B. B7 entlang der ersten (oberen) Hysterese-Linie Hy1 angenommen, wobei z.B. B7 eine vollständige Beladung anzeigt, so dass der Beladevorgang beendet wird. Die Hysterese-Linie Hy1 wird durch die Reibungskräfte zwischen den Federlagen 9 beim Beladevorgang definiert. Die Reibungskräfte wirken dem Durchbiegen der Blattfeder 6, bei dem sich die Federblätter 9 gegeneinander unter Druckbelastung verschieben, entgegen, so dass ein kleinerer Messabstand d ausgebildet wird, wobei sich hier eine gekrümmte Hysterese-Linie Hy1 ausbildet, die entsprechend gemessen werden kann als Wertepaare (d_B1, AL_B1), (d_B2, AL_B2), ...
Da das Hysterese-Feld 14 vorgespeichert ist, kann somit bei einem nachfolgenden Einfeder-Vorgang von B1 ausgehend ein aktuell gemessener Messabstand d, z.B. der Messabstands-Wert d_B2, direkt von d_B2 ausgehend auf Grundlage der ersten Hysterese-Linie Hy1 ein vorliegender Achslast-Projektionswert AL_B2 ermittelt werden. Somit kann ein Fehler durch Heranziehen der idealen Federkennlinie KL vermieden bzw. minimiert werden.
Somit wird die nicht direkt messbare Achslast projiziert, und es werden Achslast-Projektionswerte ermittelt, d.h. gemäß der grafischen Darstellung mittels der Hystereselinien als Werte auf der Abszisse.
3 zeigt einen Entladevorgang, bei dem die zweite (untere) Hysterese-Linie Hy2 für den Entladevorgang durchfahren wird. Das Fahrzeug 1 hat wiederum zuvor das zweite Kriterium K2 erfüllt, sodass die internen Reibkräfte und Verspannungen der Blattfeder 6 weitgehend abgebaut sind. Somit liegt ein Anfangs-Entladepunkt E1 mit hoher Genauigkeit auf der idealen Federkennlinie KL. Beim nachfolgenden Entladevorgang wird wiederum nicht die ideale Federkennlinie KL durchfahren, sondern die durch E1 festgelegte untere Hysterese-Linie Hy2 mit den Punkten E1, E2, E3 bis E7, die unterhalb der Federkennlinie KL verläuft.
Die 2 und 3 zeigen somit das Kennlinienfeld 14 mit Hysterese-Linien Hy1 und Hy2, die insbesondere eine Beladung des leeren Fahrzeugs 1 und eine Entladung vom vollständig beladenen Fahrzeug 1 aus darstellen können. Die oberste erste Hysterese-Linie Hy1, die von einem vollständig beladenen Fahrzeug 1 ausgeht, und die unterste zweite Hysterese-Linie Hy2 definieren und/oder begrenzen das Hysterese-Feld 14 als einhüllende Linien und bilden mit der idealen Feder-Kennlinie somit drei Hüllkurven.
Die jeweilige Hysterese-Linie ist somit durch den Achslastwert AL des Anfangs-Beladepunktes B1 gekennzeichnet, der sich jedoch grundsätzlich auch ändern kann. So können Änderungen am Fahrzeug vorgenommen werden, die die Gesamtmasse der Ladung 8 verändern. Insbesondere aber können Fahrzeuge auch teilentladen und teilbeladen werden, so dass unterschiedliche Anfangs-Beladepunkte B1 und unterschiedliche Anfangs-Entladepunkte E1 zu wählen sind, die nachfolgend jeweils andere obere und untere Hysterese-Linien Hy1, Hy2 ausbilden. Dies ist in 4 gezeigt, wo beispielhaft nach längerer Fahrt, d.h. nach Erfüllen des zweiten Kriterium K2 das erste Kriterium K1 herangezogen wird und somit insbesondere die Änderung des Mess-Abstandes dx überprüft wird. So wird hier eine Abnahme des Mess-Abstandes dx ermittelt, die somit einer Zunahme der Achslast, d.h. einem Beladevorgang entspricht. Somit kann hier der Anfangs-Beladepunkt Bx mit Achslast-Projektionswert Ax gewählt werden, der von dx ausgehend auf der Federkennlinie KL liegt, und die von Bx ausgehende Hysterese-Linie Hy3 gewählt werden, z.B. durch Interpolation von Messwerten und/oder durch ein Polynom-n-ten Grades.
Somit ist bereits eine sichere Bestimmung der Achslast möglich, indem aus einem Hysterese-Feld 14 eine relevante Hysterese-Linie Hy1, Hy2, Hyx,... durch Auswahl des relevanten Anfangs- Beladepunktes B1 oder Entladepunktes E1 definiert ist. Somit ist bei dieser Ermittlung einer Achslast AL als Achslast-Projektionswert auch zunächst keine Rück-Berechnung auf die ideale Federkennlinie KL erforderlich, sondern es kann direkt auf Grundlage des Hysterese-Feldes 14 der aktuelle Achslast-Projektionswert AL-RV bzw. Ax bestimmt werden.
Da das Hysterese-Feld 14 sich im Laufe der Zeit dynamisch ändert, insbesondere durch Alterung bzw. Materialermüdung, Korrosion, Änderung der Grenzflächen und somit der Reibungskräfte zwischen den Federlagen 9, wird gemäß einer bevorzugten Ausbildung das Hysterese-Feld 14 fortlaufend aktualisiert. Dies ist beispielshaft an den 5a bis 5c gezeigt:
Zum Ausgangs-Zeitpunkt ist das Hysterese-Feld 14 gespeichert. Das Fahrzeug wird wiederum nach einer Fahrt, die das Kriterium K2 erfüllt, beladen, so dass ein Anfangs-Beladepunkt B1 angesetzt werden kann, der aus dem aktuell gemessenen Messabstands-Wert d_B1 und der Federkennlinie KL direkt ermittelt werden kann. Die Beladung folgt aufgrund eines geänderten Hysterese-Verhaltens tatsächlich der gepunkteten Linie Hy_neu, bis z.B. bei dem Ladevorgang der zweite Beladepunkt B2 erreicht wird. Aufgrund der veralteten bzw. fehlerhaften Hysterese-Linie Hy1 wird der gemessene Messabstands-Wert d_B2 fälschlicherweise dem Punkt B2_old zugeordnet und somit ein Achslast-Projektionswert AL_B2_old ermittelt.
Nachfolgend wird bei einem Fahrtantritt, bei dem somit im Allgemeinen davon ausgegangen werden kann, dass sich die Ladung 8 nicht mehr ändert, das zweite Kriterium K2 zurückgesetzt. Nach einer Fahrt, bei der das zweite Kriterium K2 wieder erfüllt ist, wird somit wieder die ideale Federkennlinie KL erreicht und somit gemäß 5b - bei unveränderter Achslast AL - der Punkt B3. Somit wird nachfolgend der Messabstands-Wert d_B3 gemessen und nicht der zuvor fehlerhaft ermittelte Messabstands-Wert d_B2_old. Hierdurch kann zum einen der Fehler qualitativ erkannt werden und der aktuelle Achslast-Projektionswert AL-RV auf Grundlage des aktuell gemessenen Messabstands-Wertes d_B3 und der bekannten idealen Federkennlinie KL korrigiert werden. Weiterhin kann gemäß 5c das Hysterese-Feld 14 angepasst und die für den Beladevorgang relevante Hysterese-Linie Hy1 korrigiert werden, d.h. gemäß 5c anschaulich nach oben versetzt werden auf die ermittelten Werte.
Hierbei kann die neue, korrigierte Hysterese-Linie Hy1 aus einem oder mehreren ermittelten Beladepunkten B2 festgelegt werden. Sie kann grundsätzlich aus dem Anfangs-Beladepunkt B1 und einem weiteren Beladepunkt B2 mathematisch durch ein geeignetes Polynom-n-ten Grades ermittelt werden.
6 zeigt somit ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Achslast als Achslast-Projektionswert gemäß einer Ausführungsform:

Nach dem Start in Schritt St0 wird nachfolgend in Schritt St1 überprüft, ob das zweite Kriterium K2 erfüllt ist, d.h. K2 = 1, z.B. durch Vergleich der seit dem letzten Beladevorgang oder Entladevorgang durchgeführten Fahrten. Hierbei kann insbesondere überprüft werden, ob
eine Fahrtdauer (Δ_t) oberhalb einer Minimal-Fahrtdauer (min_Δ_t) liegt und/oder
eine Fahrstrecke (Δ_s) oberhalb einer Minimal-Fahrstrecke (min:Δ_s) liegt.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Fahrtdauer oder Fahrstrecke durchgängig in einer einzigen Fahrt erfüllt wurde, oder es werden auch mehrere hintereinander durchgeführte Fahrten zugelassen.
Gegebenenfalls kann ergänzend z.B. auch überprüft werden, ob während der Fahrten eine Mindest-Geschwindigkeit eingehalten wurde.
Falls K2 nicht erfüllt ist, wird das Verfahren vor den Schritt St1 zurückgesetzt; ist K2 erfüllt, wird erkannt, dass die ideale Federkennlinie KL als Ausgangspunkt für eine nachfolgende Änderung der Achslast herangezogen werden kann.
In Schritt St2 wird nachfolgend der Messabstand-Wert d_B1 gemessen und hieraus mittels der idealen Federkennlinie KL der Punkt B1 als aktuelles Wertepaar (d_B1, AL_B1) ermittelt, wodurch der aktuelle Achslast-Projektionswert AL_B1 ermittelt ist.
Nachfolgend wird gemäß Schritt St3 überprüft, ob das erste Kriterium K1 bzw. Ladevorgangs-Kriterium K1 erfüllt ist, d.h. ein Belade- oder Entladevorgang vorliegt, wozu z.B. überprüft werden kann,
ob die Fahrtgeschwindigkeit v=0,
ob eine Änderung des Messabstandes d größer als ein Minimalwert d_min vorliegt, wobei d_min kleine Schwankungen zulässt,
und/oder gegebenenfalls auch ein Eingabesignal des Fahrers erforderlich ist.
Weiterhin kann als Teil des ersten Kriteriums K1 bereits die Unterscheidung zwischen Be- und Entladevorgang vorgesehen sein, d.h. ob d zunimmt oder abnimmt.
Im vorliegenden Fall wird eine Abnahme von d gemessen, so dass in Schritt St3 auf einen Beladevorgang geschlossen werden kann. Somit kann in Schritt St4 die obere Hysterese-Linie Hy1 herangezogen werden, die durch B1 und das Kennlinienfeld 14 festgelegt ist. Wird hingegen ein Entladevorgang ermittelt, d.h. d nimmt zu, so wird die untere Hysterese-Linie Hy2 herangezogen.
Nachfolgend wird dann in Schritt St5 am Ende des Beladevorgangs der neue Messabstand d2 gemessen, aus dem auf Grundlage der Hysterese-Linie Hy1 jeweils der aktuelle Achslast-Projektionswert AL_B2 ermittelt wird. Dieser aktuelle Achslast-Projektionswert AL_B2 kann nachfolgend angezeigt bzw. auch für Fahrdynamik-Regelungen herangezogen werden, bei denen die Achslast AL eingeht, d.h. insbesondere für eine Regelung der Achslastverteilung durch Ansteuerung der pneumatischen Federn, für Bremsvorgänge und auch Stabilisierungs-Vorgänge. Da ein Beladevorgang unter Ausbildung eines Hysterese-Verhaltens der Blattfeder 6 erfolgt ist, ist das zweite Kriterium K2 nicht mehr erfüllt, so dass in Schritt St6 K2 zurückgesetzt werden kann, d.h. K2= 0.
Nachfolgend wird in Schritt St7 nach z.B. einer kurzen Fahrt wiederum das zweite Kriterium K2 erfüllt als K2=1, so dass davon ausgegangen werden kann, dass das Verhalten der Blattfeder 6 wiederum der idealen Federkennlinie KL folgt. Es wird der aktuelle Messabstand d gemessen und zum einen hieraus ein korrigierter Achslast-Projektionswert AL-RV auf Grundlage der Federlinie KL ermittelt. Weiterhin wird in Schritt St8 nachfolgend das Hysterese-Feld 14 gemäß 5c) korrigiert, eine neue Hysterese-Linie Hy1 ermittelt und in der Speichereinrichtung 11 gespeichert, woraufhin das Verfahren vor den Schritt St1 zurückgesetzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
2: Fahrzeugrad
3: Fahrwerk, insbesondere Starr-Achse
4: Fahrzeug-Aufbau
5: Federungssystem
6: Blattfeder
6a,b: seitliche Enden der Blattfeder 6
6c: mittlerer Bereich der Blattfeder 6
7a,b: Federaufnahmen
d: Abstand, Messabstand
8: Ladung
9: Federblätter, Federlagen der Blattfeder 6
10: Abstandsmesseinrichtung
11: Speichereinrichtung
12: Steuer- und Auswerteeinrichtung
14: Hysterese-Feld
S1: Abstand-Messsignal
d_B1, d_B2, d_B3: Messabstand-Werte bei den Beladepunkten B1, B2, B3,...
AL: Achslast
AL-RV, AL_B2_old: Achslast-Projektionswerte
KL: ideale Federkennlinie
K1: erstes Kriterium, Ladevorgangskriterium
K2: zweites Kriterium, Relaxationskriterium
Hy1, Hy2, Hy3, Hy_neu,: Hysterese-Linien des Hysterese-Feldes 14
B1: Anfangs-Beladepunkt
B2, B3, B4,..., B7: weitere Beladepunkte auf der ersten Hysterese-Linie
Hy1 E1: Anfangs-Entladepunkt
E2, E3, ...E7: weitere Entladepunkte auf der zweiten Hysterese-Linie Hy2
St0 bis St8: Schritte des Verfahrens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1571429 B1 [0007]
US 6590168 B2 [0008]
EP 1604179 B1 [0009]
GB 1479192 A [0010]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Achslast (AL) eines Fahrzeugs (1), das ein Federungssystem (5) mit mindestens einer in ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und in ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1) angebundenen Blattfeder (6) aufweist, mit mindestens folgenden Schritten: Messen eines Messabstandes (d, d_B1) des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3) (St2), Ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1) vorliegt (St3), Ermitteln einer relevanten Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) eines vorgespeicherten Hysterese-Feldes (14) in Abhängigkeit der Ermittlung eines Be- oder Entladevorganges (St4), Ermitteln eines aktuellen Achslast-Projektionswertes (AL-RV) aus dem Messabstand (d) und der relevanten Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) (St5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1) vorliegt, in Abhängigkeit eines ersten Kriteriums (K1) erfolgt, das eines oder mehrere der folgenden Bedingungen beinhaltet: - die Ermittlung einer Abnahme oder Zunahme des gemessenen Abstandes (d), - eine Eingabe eines Aktivierungssignals und/oder - das Feststellen eines Stillstands des Fahrzeugs (v=0) (St3).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ermittlung, ob ein Be- oder Entladevorgang vorliegt, überprüft wird, ob ein zweites Kriterium (K2) erfüllt ist, das eine zurückliegende Fahrt nach dem letzten Belade- oder Entladevorgang bewertet, (St1) und falls das zweite Kriterium (K2) erfüllt ist, Heranziehen einer idealen Federkennlinie (KL) als Ausgangspunkt der Ermittlung des aktuellen Achslast-Projektionswertes (AL_B1) und/oder der relevanten Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) (St2).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Kriterium (K2) überprüft wird, ob eine zurückliegende Fahrt nach dem letzten Belade- oder Entladevorgang und/oder nach dem letzten Zurücksetzen des zweiten Kriteriums (K2) - eine Fahrtdauer (Δ_t) oberhalb einer Minimal-Fahrtdauer (min_Δ_t) aufweist und/oder - eine Fahrstrecke (Δ_s) oberhalb einer Minimal- Fahrstrecke (min:Δ_s) aufweist, zur Ausbildung einer hinreichenden Anzahl von Vibrationen oder Be- und Entlastungen der Blattfeder (6).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hysterese-Feld (14) aufweist: eine ideale Federkennlinie (KL), die einen reversiblen elastischen Einfederungsvorgang darstellt, zumindest eine einen inelastischen Beladevorgang anzeigende erste Hysterese-Linie (Hy1) und eine einen inelastischen Entladevorgang anzeigende zweite Hysterese-Linie (Hy2),
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem leeren oder vollständig entladenen Fahrzeug (1) ausgehende oberste erste Hysterese-Linie (Hy1) und eine von einem vollständig beladenen Fahrzeug (1) ausgehende unterste zweite Hysterese-Linie (Hy2) das Hysterese-Feld (14) definieren und/oder begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysterese-Linien (Hy1, Hy2) jeweils Wertepaare eines Messabstandes (d) und eines Achslast-Projektionswertes (AL-RV) enthalten.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hysterese-Linie (Hy1) für einen Beladevorgang in einem Anfangs-Beladepunkt (B1) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegt und für geringere Abstände (d) zunehmend von der idealen Federkennlinie (KL) abweicht, und eine zweite Hysterese-Linie (Hy2) für einen Entladevorgang in einem Anfangs-Entladepunkt (E1) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegt und für zunehmende Abstände (d) zunehmend von der idealen Federkennlinie (KL) abweicht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Ermittlung eines aktuellen Achslast- Projektionswertes (AL-RV) aufgrund einer Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) bei einem Entlade- oder Beladevorgang nachfolgend das zweite Kriterium (K2) zurückgesetzt wird, und bei einem nachfolgenden Erfüllen des zweiten Kriteriums (K2) überprüft wird, ob der ermittelte Achslast-Projektionswert (AL-RV) und der aktuelle Messabstand (d) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegen, wobei Abweichungen von der idealen Federkennlinie (KL) als Fehler in der gespeicherten Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) bewertet werden und ein korrigierter Achslast-Projektionswert (AL_korr) auf Basis der idealen Federkennlinie (KL) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung einer Abweichung des korrigierten Achslast-Projektionswertes (AL_korr) von dem zuvor aufgrund der Hysterese-Linie ermittelten Achslast-Projektionswertes (AL_Bi) nachfolgend eine neue Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) und/oder ein korrigiertes Hysterese-Feld (14) ermittelt und in der Speichereinrichtung (11) gespeichert wird.
Federungssystem (5) für ein Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, das aufweist: eine Blattfeder (6), die mit ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und mit ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1) angebunden ist, zur Federung des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3), eine Abstands-Messeinrichtung (10) zur Messung eines Messabstandes (d) des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3) und Ausgabe eines Messabstands-Messsignals (S1), eine Speichereinrichtung (11) zur Speicherung eines Hysterese-Feldes (14), eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (12), die ausgelegt ist, - das Messabstands-Messsignal (S1) aufzunehmen, - zu ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1) vorliegt, - in Abhängigkeit der Ermittlung des Beladevorganges oder Entladevorganges eine relevante Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) des Hysterese-Feldes (14) zu ermitteln, aus dem Messabstands-Messsignal (S1) und der relevante Hysterese-Linie (Hy1, Hy2) ein aktueller Achslast-Projektionswert (AL-RV) ermittelt.
Federungssystem (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (6) als Stapelfeder oder Trapezfeder mit einem Stapel von Federlagen (9) oder Federblättern ausgebildet ist, zwischen denen bei Beladevorgängen und Entladevorgängen Reibung auftritt.
Federungssystem (5) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk eine Star-Achse (3) aufweist, auf oder an der der mittlere Bereich (6c) der Blattfeder (6) gelagert ist.
Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstands-Messeinrichtung (10) den Messabstand (d) mechanisch als Längenabstand oder kontaktlos, z.B. durch einen Ultraschallsensor, misst.
Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, einem aktuell gemessenen Messabstand (d) einen Punkt auf der idealen Federkennlinie (KL) zuzuordnen, wenn ein zweites Kriterium (K2) erfüllt ist, das eine vorher zurückgelegte Fahrt des Fahrzeugs (1) anzeigt.
Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug (1), das aufweist: ein Fahrwerk mit mindestens einer Starr-Achse (3), einen Fahrzeug-Aufbau (4), und ein Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das zwischen der Starr-Achse (3) und dem Fahrzeug-Aufbau (4) vorgesehen ist.