DE102019114259A1

DE102019114259A1 - Verfahren zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE102019114259A1
Application number: DE102019114259.8A
Authority: DE
Inventors: Felix Diet; Steffen Gerlach; Axel Stender
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse (6) in einer Steuereinheit (14) eines Fahrzeugs (1), bei dem an mindestens einer Fahrzeugachse eine mechanische Federeinrichtung (7) angeordnet sowie zumindest ein dieser Federeinrichtung zugeordneter Wegsensor (10) vorhanden ist, wobei in der Steuereinheit (14) die Werte einer Last-Weg-Kennlinie abgespeichert sind, in welcher die Achslast zum Einfederungsweg der Federeinrichtung in Beziehung gesetzt ist, wobei mittels des Wegsensors der Einfederungsweg gemessen wird, und bei dem mittels eines in der Steuereinheit abgespeicherten Algorithmus aus dem jeweiligen Messwert des Wegsensors und der Last-Weg-Kennlinie eine auf die Fahrzeugachse wirkende Achslast berechnet wird. Hierbei ist vorgesehen, dass während einer ungebremsten Fahrt des unbeladenen Fahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Fahrstrecke oder Fahrdauer fortlaufend Einfederungswegmesswerte (x_leer_1) ermittelt werden, dass aus den Einfederungswegmesswerten ein arithmetischer Mittelwert berechnet wird, dass dieser gemittelte Einfederungswert mit einem in der abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie (F_1) enthaltenen Einfederungswert verglichen wird, und dass bei einer relevanten Abweichung die abgespeicherte bisherige erste Last-Weg-Kennlinie (F_1) entsprechend der Abweichung zu einer zweiten Last-Weg-Kennlinie (F_2) angepasst oder zu einer solchen zweiten abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie (F_2) für die zukünftige Lastbestimmung gewechselt wird, welche einen entstandenen Verschleiß der mechanischen Federeinrichtung (7) berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse in einer elektronischen Steuereinheit eines Fahrzeugs, bei dem an mindestens einer Fahrzeugachse eine mechanische Federeinrichtung angeordnet sowie zumindest ein dieser Federeinrichtung zugeordneter Wegsensor vorhanden ist, und bei dem in der elektronischen Steuereinheit die Werte einer Last-Weg-Kennlinie abgespeichert sind, in welcher die Achslast zu dem Einfederungsweg der Federeinrichtung in Beziehung gesetzt ist, wobei mittels des Wegsensors der Einfederungsweg der Federeinrichtung oder eine mit diesem Einfederungsweg korrelierende Messgröße gemessen wird, und bei dem mittels eines in der Steuereinheit abgespeicherten Algorithmus aus dem jeweiligen Messwert des Wegsensors und der Last-Weg-Kennlinie eine auf die Fahrzeugachse wirkende Achslast berechnet wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektronische Steuereinheit und eine elektronisch geregelte Niveauregulierungseinrichtung, welche zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet und verwendbar sind, sowie ein Fahrzeug, welches mit diesem Verfahren betrieben werden kann.
Die Ermittlung der Achslast an einem Fahrzeug, also die sich aus der Summe von Eigengewicht und Ladungsgewicht ergebende Gewichtskraft, welche auf einer Fahrzeugachse lastet, dient der Anzeige und Überwachung von dessen Beladungszustand. Dadurch sollen sicherheitsgefährdende Überladungen sowie ungünstige Gewichtsverteilungen am Fahrzeug vermieden werden. Besonders bei Nutzfahrzeugen sind die zulässigen Achslasten der Fahrzeugachsen entscheidende Größen zur Überprüfung des zulässigen Gesamtgewichts sowie zur Begrenzung der Belastung von Fahrbahnen und Brücken durch die Kraftfahrzeuge. Mit der EU-Richtlinie 2015/719 werden zukünftig Maßnahmen zur weitgehend automatisierten Erfassung von Überschreitungen des zulässigen Gesamtgewichts von Nutzfahrzeugen vorgeschrieben sein. Das Wiegen des Fahrzeugs auf einer stationären externen Achslastwaage wird zukünftig nicht ausreichen, um die Rechtsvorschriften zu erfüllen. Daher besteht ein unmittelbarer Bedarf an einfachen und kostengünstigen bordeigenen, also im Fahrzeug eingebauten Gewichtserfassungssystemen, welche die Achslasten der Fahrzeugachsen elektronisch ermitteln, um sie dem Fahrer anzeigen zu können und gegebenenfalls per Funk an Kontrollstellen übermitteln zu können.
Bei luftgefederten oder hydraulisch gefederten Nutzfahrzeugen kann die Ermittlung der Achslasten mittels Drucksensoren erfolgen, die an den Federbälgen der Luftfedern beziehungsweise der Flüssigkeitsfedern angeschlossen sind.
Die DE 10 2017 009 146 A1 beschreibt ein Verfahren und ein Luftfederungssystem zur Achslastbestimmung an luftgefederten Fahrzeugachsen eines Fahrzeugs, bei dem berücksichtigt wird, dass die physikalische Beziehung zwischen Fluiddruck und Achslast aufgrund von Reibungseffekten beim Entfalten und Zusammenfalten der Faltenbalggummis der Luftfederelemente eine Hysterese aufweist, da diese Beziehung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Luftfederelements vor der Achslastbestimmung variiert, also ob das Luftfederelement unmittelbar vor der Achslastbestimmung aufgeblasen und gedehnt oder entleert und zusammengezogen wurde. Dabei werden, abhängig von der jeweiligen Bewegungsrichtung, zwei verschiedene dreidimensionale Kennfelder mit Last-Druck-Dehnungs-Beziehungen verwendet.
An mechanisch gefederten Fahrzeugachsen werden zur Achslastermittlung üblicherweise Wegmesseinrichtungen mit Wegsensoren genutzt, welche auch als Höhensensoren bezeichnet werden. Die Achslastermittlung beruht dabei auf der Messung eines Federwegs eines Federelements, mittels dem eine Fahrzeugachse oder einzelne Fahrzeugräder mit einem Fahrzeugaufbau federnd gekoppelt sind. Der Wegsensor befindet sich dabei in der Regel am Fahrzeugaufbau in der Nähe derjenigen Fahrzeugachse, deren Achslast gemessen werden soll. Bei einem häufig eingesetzten Sensortyp ist der Wegsensor über einen Hebel mit der betreffenden Achse verbunden, wobei mittels des als Drehwinkelsensor ausgebildeten Wegsensors eine Drehbewegung des Hebels gemessen und daraus auf eine Achslast geschlossen werden kann. Eine derartige Messeinrichtung zur Messung einer Achslast an einem mittels Blattfedern mechanisch gefederten Fahrzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2016 005 666 A1 bekannt. Es ist aber auch die Nutzung anderer Messeinrichtungen möglich, welche den Einfederungsweg direkt oder indirekt messen können.
Bei einer zum Beispiel in der WABCO-Firmenschrift „ECAS im Motorwagen“, 2. Ausgabe, 2007 beschriebenen und seit langem in Nutzfahrzeugen wie Lastkraftwagen, Bussen und Anhängefahrzeugen oder auch in Personenkraftwagen eingesetzten bekannten elektronisch geregelten Luftfederungsanlage zur Niveaureglung in Fahrzeugen (ECAS: Electronically Controlled Air Suspension) werden die mittels Drucksensoren ermittelten Balgdrücke der Luftfedern in einen CAN-Bus eingespeist und stehen somit im gesamten Kraftfahrzeug zur Ermittlung sowie Anzeige der Achslasten zur Verfügung. Die Niveauregelung der luftgefederten Fahrzeugachsen erfolgt durch Belüften und Entlüften der Federbälge, wobei Wegsensoren angeordnet sind, welche das jeweilige Niveau des Fahrzeugaufbaus messen. Das bekannte ECAS-System weist darüber hinaus bereits erweiterte Funktionen auf oder ermöglicht es zumindest, auch die Achslast an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen mittels Wegsensoren zu bestimmen. In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 011 753 A1 ist ein Verfahren zur bordeigenen Ermittlung einer Achslast an einem mechanisch und/oder pneumatisch/hydraulisch gefederten Fahrzeug mit einem ECAS-System bekannt.
Allerdings unterliegen die Komponenten mechanischer Federeinrichtungen aufgrund ständiger Reibung einem Verschleiß. Dieser Verschleiß kann im Laufe der Zeit das Ergebnis der elektronischen Bestimmung der Achslast aus dem Wegsignal sowie der Last-Weg-Kennlinie zunehmend verfälschen und dadurch die Genauigkeit der automatisierten Ermittlung von Überschreitungen des zulässigen Gesamtgewichts eines Fahrzeugs beeinträchtigen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, mit dem an mechanisch gefederten Fahrzeugen eine Achslastermittlung durchgeführt werden kann, bei dem die beschriebenen Nachteile hinsichtlich der verschleißbedingten Einschränkungen der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Achslastermittlung nicht entstehen. Dieses Verfahren soll für den Einsatz in einem Nutzfahrzeug oder einem Personenkraftfahrzeug mit einer Niveauregulierungseinrichtung geeignet sein, es soll aber auch bei einem Nutzfahrzeug oder einem Personenkraftfahrzeug in einer elektronischen Steuereinheit mit Vorteil einsetzbar sein, welches keine Niveauregulierungseinrichtung aufweist, beispielsweise bei einem Nutzfahrzeug mit fluidisch betätigbaren Bremsen und rein mechanisch gefederten Fahrzeugachsen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass ein System zur Achslastermittlung an mechanisch gefederten Fahrzeugen mithilfe einer automatischen Kalibrierung ohne zusätzlichen Serviceaufwand angepasst werden kann, um über die maximale Gebrauchsdauer der Federeinrichtungen an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen stets eine gleichbleibend genaue sowie zuverlässige Achslastanzeige zu erhalten. Außerdem kann ein bestehendes integriertes System zur Niveauregelung und zur Achslastmessung an gemischtgefederten Fahrzeugen mittels einer solchen automatischen Kalibrierung an zukünftige Anforderungen besser angepasst werden.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse in einer elektronischen Steuereinheit eines Fahrzeugs, bei dem an mindestens einer Fahrzeugachse eine mechanische Federeinrichtung angeordnet sowie zumindest ein dieser Federeinrichtung zugeordneter Wegsensor vorhanden ist, und bei dem in der elektronischen Steuereinheit die Werte einer Last-Weg-Kennlinie abgespeichert sind, in welcher die Achslast zu dem Einfederungsweg der Federeinrichtung in Beziehung gesetzt ist, wobei mittels des Wegsensors der Einfederungsweg der Federeinrichtung oder eine mit diesem Einfederungsweg korrelierende Messgröße gemessen wird, und bei dem mittels eines in der Steuereinheit abgespeicherten Algorithmus aus dem jeweiligen Messwert des Wegsensors und der Last-Weg-Kennlinie eine auf die Fahrzeugachse wirkende Achslast berechnet wird.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass während einer ungebremsten Fahrt des unbeladenen Fahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Fahrstrecke oder Fahrdauer fortlaufend Einfederungswegmesswerte ermittelt werden, dass aus den Einfederungswegmesswerten dieser Fahrstrecke oder Fahrdauer ein arithmetischer Mittelwert berechnet wird, dass dieser gemittelte Einfederungswert des unbeladenen Fahrzeugs mit einem in der abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie enthaltenen Einfederungswert verglichen wird, und dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegenden Abweichung die abgespeicherte bisherige erste Last-Weg-Kennlinie entsprechend der ermittelten Abweichung zu einer zweiten Last-Weg-Kennlinie angepasst oder zu einer solchen zweiten abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie für die zukünftige Lastbestimmung gewechselt wird, welche einen entstandenen Verschleiß der mechanischen Federeinrichtung berücksichtigt.
Soweit das Verfahren denjenigen Verfahrensschritt vorsieht, dass während einer ungebremsten Fahrt des unbeladenen Fahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Fahrstrecke oder Fahrdauer fortlaufend Einfederungswegmesswerte ermittelt werden, so wird unter dem Begriff „unbeladenes Fahrzeug“ auch ein Fahrzeug verstanden, welches sehr weitgehend unbeladen ist. So kann das Fahrzeug beispielsweise mit Spanngurten, Spannklemmen, Kettenzügen, Anti-Rutschmatten zur Ladungssicherung, mit wenigen leeren Paletten oder einer anderen geringfügigen Last beladen sein, welche nicht mehr als 10% der maximal zulässigen Zuladung des Fahrzeugs oder Anhängerfahrzeugs ausmacht. Eine derartig geringe zusätzliche Last bewirkt nur eine sehr geringe Einfederung der mechanischen Federn des Fahrzeugs, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem so sehr gering beladenen Fahrzeug durchgeführt werden kann.
Unter einer Achslast wird eine sich aus der Summe von Eigengewicht und Ladungsgewicht ergebende Gewichtskraft, welche auf einer Fahrzeugachse lastet, verstanden. Aus der Summe der Achslasten aller Fahrzeugachsen ergibt sich das Gesamtgewicht des Fahrzeugs.
Unter dem verwendeten Begriff einer mechanischen Federung wird üblicherweise eine Stahlfederung verstanden. Grundsätzlich kann eine mechanische Federung anstelle von Stahlfedern Federn aus anderen Materialen, wie anderen Legierungen oder Verbundwerkstoffen aufweisen. Wenn hier von stahlgefederten Achsen die Rede ist, soll dies keine Einschränkung der Erfindung auf mechanische Federn aus diesem Material beinhalten. Bei einer mechanischen Feder kann es sich um einen beliebigen Typ von Feder handeln. Eine mechanische Federeinrichtung kann aus einem einzelnen Federelement oder aus mehreren zu einem Federpaket zusammengesetzten einzelnen Federelementen bestehen Die mechanische Federeinrichtung kann also beispielsweise eine Schraubendruckfederung oder ein Blattfederung sein.
Unter einem Niveau oder einem Fahrzeugniveau wird der vertikale Abstand eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs von einer an dem Fahrzeugaufbau angeordneten Fahrzeugachse verstanden.
Unter einer Einfederung wird der Federweg einer mechanischen Federeinrichtung an einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse bei der Auslenkung der Federeinrichtung aufgrund einer Gewichtskraft verstanden. Eine Einfederung beschreibt mit anderen Worten den Weg einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse gegenüber einem Fahrzeugaufbau beim Beladen des Fahrzeugs. Eine Ausfederung oder negative Einfederung beschreibt den Weg einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse gegenüber einem Fahrzeugaufbau beim Entladen des Fahrzeugs.
Unter einem Wegsensor wird eine Wegmesseinrichtung zur Messung einer Einfederung einer mechanischen Federeinrichtung oder einer mit der Einfederung korrelierten anderen Messgröße wie einem Niveau an einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse verstanden. Ein Wegsensor kann aus einem oder mehreren einzelnen Sensorelementen bestehen.
Unter einer Last-Weg-Kennlinie wird der Zusammenhang zwischen einer von einem Wegsensor gemessenen Messgröße an einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse und einer auf der Fahrzeugachse lastenden Achslast verstanden. Wenn hier von einer Last-Weg-Kennlinie die Rede ist, handelt es sich um den Zusammenhang zwischen der Messgröße Einfederung und der daraus abgeleiteten Achslast, also um eine Last-Einfederung-Kennlinie, in der die Achslast über den Weg der Einfederung einer mechanischen Federeinrichtung abgebildet ist. Dies soll jedoch keine Einschränkung der Erfindung auf diese Art von Last-Weg-Kennlinie sein. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist im übertragenen Sinn ebenso mit anderen Last-Weg-Kennlinien, beispielsweise mit einer Last-Niveau-Kennlinie oder mit einer Last-Sensorauslenkung-Kennlinie, durchführbar. In einem zugeordneten Steuergerät ist eine solche Kennlinie beispielsweise in Form einer Tabelle abgespeichert.
Unter einer ungebremsten Fahrt eines Fahrzeugs wird eine Fahrt ohne Verzögerung durch eine Bremseinrichtung des Fahrzeugs oder eine Fahrt mit einer allenfalls geringen Verzögerung unterhalb einer vorgegebenen, vergleichsweise niedrigen Bremsmomentschwelle verstanden.
Die Bezeichnung „ECAS“ steht, wie eingangs bereits erwähnt, als Abkürzung für eine elektronisch geregelte Luftfederungseinrichtung (Electronically Controlled Air Suspension).
Demnach wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zunächst festgestellt, dass das Fahrzeug unbeladen oder doch zumindest nur sehr gering beladen ist. Vorzugsweise erfolgt diese Feststellung automatisch. Dies kann beispielsweise daran erkannt werden, dass die aktuell angezeigte Achslast dem achsenspezifischen Eigengewicht des Fahrzeugs entspricht oder indem der Verlauf des Motormoments des Antriebsmotors des Fahrzeugs während der Fahrt überwacht und im Vergleich mit abgespeicherten Kenngrößen daraus auf den Leerzustand des Fahrzeugs geschlossen wird. Bei einem Anhängefahrzeug kann beispielsweise mithilfe einer Anhängererkennungslogik über die auf der Anhängerkupplung lastende Stützlast auf den Beladungszustand des Fahrzeugs geschlossen werden. Alternativ dazu kann der Fahrer den Leerzustand des Fahrzeugs durch eine Eingabe an einer Bedien- und Anzeigeeinheit bestätigen und dies der Steuereinheit des Fahrzeugs signalisieren.
Nachdem der in der Steuereinheit abgespeicherte Algorithmus den unbeladenen oder zumindest sehr weitgehend unbeladenen Zustand des Fahrzeugs festgestellt hat, werden bei ungebremster Fahrt, also bei einer Fahrt, bei der weder die Betriebsbremsen noch gegebenenfalls vorhandene Motorbremsen oder andere Bremseinrichtungen des Fahrzeugs aktiv sind, mit dem an einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse angeordneten Wegsensor fortlaufend Einfederungsmesswerte der Federeinrichtung der betreffenden Fahrzeugachse gemessen und in einem flüchtigen Registerspeicher der Steuereinheit zwischengespeichert. Da bei Bremsmanövern Stellmomente über den Wegsensor und/oder über den Fahrzeugaufbau auf die mechanische Federeinrichtung der Fahrzeugachse übertragen werden können, ist es gemäß dem Verfahren vorgesehen, die Einfederung bei ungebremster Fahrt zu messen. Dies soll für eine vorgegebene Fahrstrecke, beispielsweise 10 Kilometer, oder für eine vorgegebene Zeitspanne, beispielsweise 10 Minuten, erfolgen. Daraus ergibt sich ein abgespeicherter dynamischer Einfederungsverlauf. Aus den gemessenen Einzelwerten oder aus einer Verlaufskurve der dynamischen Einfederung errechnet der Algorithmus dann einen Einfederungsmittelwert des unbeladenen Fahrzeugs.
Dieser Einfederungsmittelwert wird mit dem in der Last-Weg-Kennlinie gespeicherten entsprechenden Einfederungswert des unbeladenen Fahrzeugs verglichen. Weicht der aktuelle Einfederungsmittelwert von dem gespeicherten Einfederungswert des unbeladenen Fahrzeugs um mehr als eine vorgegebene Toleranz ab, wird der bisherige Einfederungswert durch den neuen Einfederungsmittelwert ersetzt und der Federweg der mechanischen Federeinrichtung der betreffenden Fahrzeugachse rechnerisch nachgeführt. Dies geschieht, indem die abgespeicherte bisherige Last-Weg-Kennlinie um den Betrag der erkannten Abweichung im Last-Weg-Diagramm parallel verschoben wird beziehungsweise die Tabellenwerte der Einfederungswege beispielsweise um einen konstanten Betrag erhöht und abgespeichert werden. Alternativ dazu kann in Abhängigkeit von dem Betrag der ermittelten Abweichung aber auch auf eine von mehreren abgespeicherten anderen Last-Weg-Kennlinien gewechselt werden. Die Achslast wird fortan mithilfe der angepassten neuen Last-Weg-Kennlinie beziehungsweise den neuen abgespeicherten Einfederungswerten ermittelt und angezeigt, solange bis eine neue Nachkalibrierung erforderlich ist.
Durch diese einfache automatische Nachkalibrierung wird der Verschleiß der Federeinrichtung rechnerisch kompensiert, so dass eine quasi verschleißunabhängige Achslastbestimmung an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen erreicht ist. Aufwendige manuelle Nachkalibrierungen sind somit nicht erforderlich. Durch die Mittelwertbildung der dynamischen Einfederung wird dabei eine hohe Genauigkeit der verschleißbedingten Anpassung der Last-Weg-Kennlinie erreicht. Das Verfahren kann vorteilhaft mit geringem Aufwand durch ein Softwaremodul in eine vorhandene Steuereinrichtung eines vorhandenes Achslastermittlungssystems und/oder einer vorhandenen Niveauregelung integriert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der gemittelte Einfederungswert in mehreren, mit Unterbrechungen aufeinander folgenden Fahrabschnitten ermittelt wird. Demnach kann die Erfassung von Einfederungswerten zur Errechnung eines Einfederungsmittelwerts unterbrochen werden, wenn die verfahrensgemäße Bedingung einer ungebremsten und unbeladenen Fahrt vorübergehend nicht gegeben ist, beispielsweise bei einem Bremsmanöver, und wieder fortgesetzt werden, sobald diese Bedingung wieder erfüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Algorithmus nicht mehrfach erneut gestartet werden muss, um durch Sammeln von bei ungebremster und unbeladener Fahrt erfassten Einfederungswerten innerhalb einer vorgegebenen Fahrstrecke beziehungsweise innerhalb einer vorgegebenen Fahrzeit den gemittelten Einfederungswert zu erhalten.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels einer Einrichtung, welche zur Messung einer Fahrbahnneigung und zur Messung einer Aufbauneigung ausgebildet ist, ständig eine Längsneigung der Fahrbahn und eine Längsneigung des Fahrzeugaufbaus gemessen werden, und dass Einfederungsmesswerte ermittelt werden, welche bei einer mithilfe dieser Einrichtung erkannten Gefällefahrt oder Steigungsfahrt und/oder bei einem mithilfe dieser Einrichtung erkannten anderen Fahrmanöver, welches Hangabtriebskräfte und/oder Nickmomente des Fahrzeugaufbaus verursacht, bei der Berechnung des Einfederungsmittelwerts unberücksichtigt bleiben oder mit einem rechnerisch oder empirisch ermittelten Korrekturfaktor versehen werden.
Bei einer Gefällefahrt oder Steigungsfahrt können Hangabtriebskräfte auf die Federeinrichtungen der einzelnen Fahrzeugachsen unterschiedlich einwirken. Bei einem sogenannten Anfahrnicken oder Bremsnicken kann es aufgrund einer Längsbeschleunigung zu einer kurzfristigen Rotationsbewegung des Fahrzeugaufbaus um die Querachse, also zu einer Neigung des Fahrzeugaufbaus in Längsrichtung kommen. Dies kann auch bei einer Fahrt über eine unebene Fahrbahn vorkommen. Um die Genauigkeit bei einer Nachkalibrierung zu erhöhen, ist es daher vorteilhaft, gemessene Einfederungswerte, welche durch Kräfte und Momente aufgrund von Fahrmanövern oder vom Straßenzustand beeinflusst sein können, bei der Berechnung des Einfederungsmittelwerts möglichst auszulassen oder mit einem Korrekturfaktor zu multiplizieren.
Eine Einrichtung, welche zur Erfassung einer Fahrbahnneigung und zur Erfassung einer Aufbauneigung des Fahrzeugaufbaus geeignet ist, kann mehrere Wegsensoren zur Niveaumessung an mehreren Fahrzeugachsen sowie mindestens einen Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus aufweisen. Die Aufbauneigung des Fahrzeugs ist der Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs und der Fahrbahnebene. Dieser Fahrzeugneigungswinkel kann mithilfe eines ersten Wegsensors, welcher das Niveau an einer Vorderachse misst und eines zweiten Wegsensors, welcher das Niveau an einer Hinterachse misst, bestimmt werden. Die Fahrbahnneigung kann mithilfe eines am Fahrzeugaufbau angeordneten Beschleunigungssensors ermittelt werden. Der Algorithmus kann in Abhängigkeit von der Fahrbahnneigung und der Fahrzeugneigung notwendige Korrekturen der gemessenen Einfederungswerte ableiten. Als Kriterien für das Auslassen sowie für eine Korrektur von gemessenen Einfederungswerten bei der Bestimmung des Einfederungsmittelwerts können Toleranzwerte für den Grad der Fahrbahnneigung und für den Grad der Fahrzeugneigung vorgegeben werden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass Einfederungsmesswerte, welche bei einer Kurvenfahrt oder bei einem anderen Querbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus verursachenden Fahrmanöver ermittelt werden, bei der Berechnung des Einfederungsmittelwerts unberücksichtigt bleiben oder mit einem rechnerisch oder empirisch ermittelten Korrekturfaktor versehen werden, wobei zur Erkennung einer Kurvenfahrt oder eines anderen Querbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus verursachenden Fahrmanövers des Fahrzeugs mittels eines Querbeschleunigungssensors ständig ein Querbeschleunigungssignal erzeugt und dieses ausgewertet wird, wobei auf eine Kurvenfahrt oder ein gleichwirkendes Fahrmanöver des Fahrzeugs geschlossen wird, wenn der Betrag der Querbeschleunigung einen vorgegebenen Querbeschleunigungsgrenzwert überschreitet.
Um die Genauigkeit des Einfederungsmittelwerts noch weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, Einfederungswerte, welche bei Kurvenfahrten ermittelt werden, bei der Bildung des Mittelwertes nicht zu berücksichtigen oder mit einem Korrekturfaktor zu multiplizieren, da diese Werte durch Querbeschleunigungen, welche auf den Fahrzeugaufbau und die Federelemente einwirken, beeinflusst sind. Zur sicheren Erkennung einer Kurvenfahrt oder eines anderen Querbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus verursachenden Fahrmanövers des Fahrzeugs kann mittels eines Querbeschleunigungssensors ständig ein Querbeschleunigungssignal erzeugt und ausgewertet werden. Eine Kurvenfahrt oder ein gleichwirkendes Fahrmanöver des Fahrzeugs wird erkannt, wenn der Betrag der Querbeschleunigung einen vorgegebenen Querbeschleunigungsgrenzwert überschreitet.
Da die Idealbedingung für eine Nachkalibrierung der Achslastanzeige der mechanischen Federung an einer Fahrzeugachse, nämlich eine ungebremste, nahezu gefällefreie, steigungsfreie und kurvenfreie Fahrt auf einer Fahrbahn ohne Unebenheiten über eine längere Fahrstrecke von beispielsweise 10 km eher selten anzutreffen sein wird, ist es zur Bestimmung des Einfederungsmittelwerts vorteilhaft, erstens Einfederungswerte über mehrere geeignete kürzere einzelne Fahrabschnitte zu sammeln und zweitens Einfederungswerte, welche unter von der Idealbedingung signifikant abweichenden Fahrzuständen gemessen wurden, auszufiltern oder zumindest mit einem Korrekturfaktor anzupassen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das beschriebene Verfahren durch einen Bediener mithilfe einer Bedien- und Anzeigeeinheit manuell ausgelöst und/oder nach einer angezeigten Aufforderung in vorgebbaren zeitlichen und/oder betriebsstundenabhängigen Abständen wiederholt werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren in bestimmten Zeitabständen wiederholt sowie zusätzlich bedarfsweise durchgeführt wird. Die Last-Weg-Kennlinie kann dadurch stets an den aktuellen Verschleißzustand der Federung angepasst werden. Das Verfahren ist außerdem geeignet, nach reparaturbedingten Änderungen oder einem Austausch von mechanischen Federelementen eine erste Überprüfung der Korrektheit der abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie vorzunehmen und gegebenenfalls die Notwendigkeit zur Ermittlung einer neuen Last-Weg-Kennlinie anzuzeigen. Dies kann dann an einer Achslastwaage erfolgen. Die neue Last-Weg-Kennlinie kann dann wiederum mit dem Verfahren gemäß der Erfindung regelmäßig an den Verschleißzustand der Federung durch ein Verschieben der Last-Weg-Kennlinie im Last-Weg-Diagramm beziehungsweise durch entsprechende automatische Änderungen in der abgespeicherten Wertetabelle angepasst werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verfahren für jede mit einem Wegsensor ausgestattete mechanisch gefederte Fahrzeugachse des Fahrzeugs individuell durchgeführt wird. Demnach kann jeder mechanisch gefederten Fahrzeugachse eine individuelle Last-Weg-Kennlinie zugeordnet sein, welche mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verschleißbedingt nachkalibriert werden kann. Dadurch kann die gesamte Achslastcharakteristik eines mechanisch gefederten Fahrzeugs nachkalibriert werden. An jeder Fahrzeugachse wird eine verschleißbedingte Verfälschung der Achslastermittlung zuverlässig vermieden, so dass für jede mechanisch gefederte Fahrzeugachse eine zuverlässige Achslastanzeige zur Verfügung steht. Dadurch kann beispielsweise ausgeschlossen werden, dass die zulässige Achslast an einer Fahrzeugachse aufgrund nur einer verschleißbedingten ungenauen Achslastanzeige überschritten wird, oder dass ein Beladungspotenzial möglicherweise nicht vollständig ausgeschöpft wird.
Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, mit geringen Genauigkeitseinbußen eine einzige gemäß dem Verfahren nachkalibrierte Last-Weg-Kennlinie für alle mechanisch gefederten Fahrzeugachsen zu verwenden, unter der Annahme, dass an jeder mechanisch gefederten Fahrzeugachse baugleiche Komponenten für die Federung verbaut sind und diese Komponenten annährend dem gleichen Verschleiß unterliegen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer elektronisch geregelten Niveauregulierungseinrichtung eines Fahrzeugs, welche zur Niveauregelung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen und zur Achslastermittlung an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen sowie zur Achslastermittlung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen aufgebaut sowie mithilfe eines in einer elektronischen Steuereinheit der Niveauregulierungseinrichtung des Fahrzeugs abgespeicherten Algorithmus zur Durchführung eines Verfahrens gemäß wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann aber auch in einer elektronischen Steuereinheit eines Fahrzeugs vorteilhaft verwendet werden, welches ausschließlich mechanisch gefederte Fahrzeugachsen aufweist. So kann beispielsweise ein Anhängerfahrzeug zwar eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Bremsanlage mit einer zugehörigen zugfahrzeugseitigen Steuereinheit aufweisen, die mechanisch gefederten Fahrzeugachsen, beispielsweise am Anhängerfahrzeug, werden hinsichtlich der auf ihnen ruhenden Last jedoch von einer anhängerfahrzeugseitigen elektronischen Steuereinheit überwacht. In letzterer Steuereinheit ist dann auch diejenige Software abgespeichert, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, wie beispielsweise Nutzfahrzeug, Anhängerfahrzeug oder Personenkraftwagen mit einer solchen Niveauregulierungseinrichtung, welches selektiv oder kumulativ zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Demnach kann das Verfahren gemäß der Erfindung zur Kalibrierung einer Achslastanzeige vorteilhaft in ein System wie ECAS zur Ermittlung einer Achslast an einem mechanisch und pneumatisch oder hydraulisch gemischt gefederten Fahrzeug integriert werden. Hierbei wird die Achslast mithilfe eines in einer elektronischen Steuereinheit einer elektronisch geregelten Niveauregulierungseinrichtung des Fahrzeugs abgespeicherten Algorithmus ermittelt, wobei für die Niveauregelung vorgesehene Steuer- und Sensormittel in dem Fahrzeug derart installiert und/oder funktional erweitert sind, dass zusätzlich zu einer Niveauregelung auch Funktionen zur Achslastermittlung an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen sowie zur Achslastermittlung an pneumatisch/hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen verfügbar sind. Die Achslastermittlung an den mechanisch gefederten Fahrzeugachsen erfolgt mithilfe von Wegsensoren, wobei die zugehörigen Last-Weg-Kennlinien bei Verschleiß der mechanischen Federn mit Vorteil nachkalibriert werden. Die Achslastermittlung an den pneumatisch/hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen erfolgt mithilfe von Drucksensoren in den Federbälgen der Luftfederelemente.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie beispielsweise Nutzfahrzeug, Anhängerfahrzeug oder Personenkraftwagen, mit ausschließlich mechanisch gefederten Fahrzeugachsen sowie mit einer elektronischen Steuereinheit zur Achslastermittlung, welches selektiv oder kumulativ zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 schematisch ein zumindest an einer Fahrzeugachse mechanisch gefedertes Fahrzeug, welches gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung betrieben werden kann,
2a eine neue oder neuwertige Blattfederung der mechanisch gefederten Achse des Fahrzeugs gemäß 1,
2b ein Last-Weg-Diagramm mit einer Last-Weg-Kennlinie F_1 der neuen oder neuwertigen Blattfederung gemäß 2a,
3a eine verschlissene Blattfederung der mechanisch gefederten Achse des Fahrzeugs gemäß 1,
3b ein Last-Weg-Diagramm mit der Last-Weg-Kennlinie F_1 der neuen oder neuwertigen Blattfeder gemäß 2b und einer Last-Weg-Kennlinie F_2 der verschlissenen Blattfederung gemäß 3a, und
4 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens gemäß der Erfindung.

1 zeigt demnach ein dreiachsiges Fahrzeug 1 in einer schematischen Seitenansicht. Vorliegend handelt es sich bei dem Fahrzeug 1 um einen Sattelzug, bestehend aus einer Zugmaschine 2 mit einer ersten Fahrzeugachse 4 und einer zweiten Fahrzeugachse 5 sowie einem Sattelauflieger 3 mit einer dritten Fahrzeugachse 6. Die zwei Fahrzeugachsen 4, 5 der Zugmaschine 2 können mechanisch oder pneumatisch/hydraulisch gefedert sein. Die Fahrzeugachse 6 des Sattelaufliegers 3 weist hier eine später näher beschriebene mechanische Federeinrichtung 7 auf.
In der eingangs erwähnten nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 011 753 A1 ist bereits ein Verfahren zur bordeigenen Ermittlung einer Achslast an einem mechanisch und/oder pneumatisch/hydraulisch gefederten Fahrzeug mit einem ECAS-System beschrieben. Die folgende Beschreibung kann sich daher auf das hier vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung einer Achslastbestimmung an einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse beschränken. Grundsätzlich kann das Verfahren gemäß der Erfindung an beliebig vielen mechanisch gefederten Fahrzeugachsen durchgeführt werden. Im Folgenden wird das Verfahren beispielhaft an der Fahrzeugachse 6 des Sattelaufliegers 3 gemäß 1 beschrieben, deren Achslast gemessen und deren Achslastbestimmung beziehungsweise Achslastanzeige kalibriert werden soll.
Demnach ist die mechanische Federeinrichtung 7 vorliegend als ein aus mehreren Blattfedern geschichtetes Federpaket, im folgenden Blattfederpaket 7 genannt, ausgebildet. Die Fahrzeugachse 6 ist über zwei seitlich angeordnete solche Blattfederpakete 7 an einem Fahrzeugaufbau 9 aufgehängt. In der Seitenansicht ist nur ein Blattfederpaket 7 erkennbar. Das Blattfederpaket 7 ist an seinen beiden Enden über jeweils einen Aufhängepunkt 8a, 8b am Fahrzeugaufbau 9 befestigt. Am Fahrzeugaufbau 9, in der Nähe der Fahrzeugachse 6, befindet sich ein Wegsensor 10 zur elektronischen Messung der Achslast an der besagten Fahrzeugachse 6.
Die Bauform eines derartigen Wegsensors ist an sich bekannt, beispielsweise aus der eingangs erwähnten DE 10 2016 005 666 A1 . Demnach ist der Wegsensor 10 als ein induktiv wirksamer Drehwinkelsensor ausgebildet, welcher aus einem drehbar gelagerten Anker 12 und einer über dem Anker 12 gehäusefest angeordneten, hier nicht dargestellten, elektrischen Spule besteht. Der Wegsensor 10 ist über einen zweiteiligen Hebel 11 mit der Fahrzeugachse 6 verbunden. Der Hebel 11 besteht aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Hebelstangen 11a, 11b, von denen eine erste Hebelstange 11a weitgehend radial an der Fahrzeugachse 6 und eine zweite Hebelstange 11b radial und quer an dem drehbar gelagerten Anker 12 befestigt ist.
Der Wegsensor 10 misst bei einer Auslenkung des Blattfederpakets 7 aufgrund einer auf die Fahrzeugachse 6 einwirkenden Achslast über eine Drehbewegung des Hebels 11b beziehungsweise des Ankers 12 den Weg der Einfederung x der Fahrzeugachse 6 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 9 und wandelt den gemessenen Federweg in ein elektronisches Wegsignal um. Die Auflösung der Messung des Wegsensors sollte ein 1/200 seines Sensormessbereichs oder besser sein, um ein empfindliches Ansprechen des Wegsensors 10 schon bei kleinen Einfederungswegen gewährleisten zu können. Mit zunehmender Achslast federt die Fahrzeugachse 6 weiter ein, so dass sich der vertikale Abstand zwischen der Fahrzeugachse 6 und dem Fahrzeugaufbau 9 verringert (siehe 2a, 2b). Der dabei ausgehend von einem Einfederungswert bei unbeladenem Fahrzeug 1 zurückgelegte Einfederungsweg x ist ein Maß für die aktuelle Achslast F_G der Fahrzeugachse 6. Der Zusammenhang zwischen der Einfederung x und der Achslast F_G wird später anhand der 2a, 2b und 3a, 3b noch näher erläutert.
Der Wegsensor 10 steht über eine Sensorleitung 13 mit einer elektronischen Steuereinheit 14 (ECU) in Verbindung. In der elektronischen Steuereinheit 14 werden die Sensorsignale des Wegsensors 10 mithilfe einer in der Steuereinheit 14 gespeicherten Last-Weg-Kennlinie F_1 (2b und 3b) ausgewertet. Die Achslastermittlung an der mechanisch gefederten Fahrzeugachse 6 macht sich dabei grundsätzlich den einfachen Zusammenhang zunutze, dass aus der Federkonstante des Blattfederpakets 7 und der gemessenen Einfederung x diejenige Gewichtskraft ermittelt wird, welche auf der Fahrzeugachse 6 liegt. Die so ermittelte Achslast F_G der Fahrzeugachse 6 wird über eine Datenleitung 15 an einem Display einer Bedien- und Anzeigeeinheit 16 zur Anzeige für den Fahrer gebracht. An der Bedien- und Anzeigeeinheit 16 kann der Fahrer zudem verschiedene Einstellungen vornehmen sowie Routinen und Kalibrierungen durchführen oder auslösen.
Außerdem weist die Steuereinheit 14 einen CAN-Controller auf, über den die Steuereinheit 14 an einen CAN-Bus 17 angeschlossen ist. Der CAN-Controller steuert Unterbrechungsanforderungen und regelt den Datentransfer. Der Aufbau eines CAN-Busses in einem Fahrzeug sowie die Anbindung verschiedener Busteilnehmer an den CAN-Bus sind bekannt. Das Achslastsignal kann auf dem CAN-Bus 17 gesendet werden, beispielsweise um es über einen Transponder drahtlos an eine Kontrollstelle zu übermitteln oder um es für eine achslastabhängige Steuerung einer Bremsanlage des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
2a zeigt die mechanische Federeinrichtung beziehungsweise das Blattfederpaket 7 des Fahrzeugs 1 gemäß 1, wobei das Blattfederpaket 7 noch fabrikneu oder zumindest neuwertig ist. Im unbeladenen Zustand des Fahrzeugs 1 ist das Blattfederpaket 7 um den Federweg x_1 eingefedert. Die Achslast F_G hat dabei den Wert leer₁ (2b).
2b zeigt eine in der Steuereinheit 14 gespeicherte erste Last-Weg-Kennlinie F_1 eines neuwertigen beziehungsweise nicht verschlissenen Blattfederpakts 7. Die Last-Weg-Kennlinie F_1 ist in einem Last-Weg-Diagramm dargestellt, in dem die Achslast F_G über der Einfederung x abgebildet ist. Die Last-Weg-Kennlinie F_1 ist durch einen ersten Einfederungsparameter leer_1 bei unbeladenem Fahrzeug 1 und einen zweiten Einfederungsparameter beladen_1 bei beladenem Fahrzeug 1 definiert. Zwischen den zwei Einfederungsparametern leer_1, beladen_1 verläuft die Last-Weg-Kennlinie F_1 im vorliegenden Beispiel vereinfacht dargestellt linear. Tatsächlich wird eine solche Last-Weg-Kennlinie eher einen zunehmend progressiven Verlauf aufweisen.
Für den ersten Einfederungsparameter leer_1 der Last-Weg-Kennlinie F_1 ist in einer diesbezüglichen Tabelle in der Steuereinheit 14 der erste Einfederungswert x_leer_1 = 0 mm abgespeichert, wenn nur das Eigengewicht des Fahrzeugs, also die Achslast F_G(x_1) des unbeladenen Fahrzeugs 1 auf der Fahrzeugachse 6 lastet. Für den zweiten Einfederungsparameter beladen_1 der Last-Weg-Kennlinie F_1 ist in der Tabelle der zweite Einfederungswert x_beladen_1 abgespeichert. Im vorliegenden Beispiel ist der Einfederungswert x_beladen_1 = 30 mm, sofern das Eigengewicht des Fahrzeugs und die maximal zulässige Ladung, also die Achslast F _G(x_beladen_1) des voll beladenen Fahrzeugs 1 auf der Fahrzeugachse 6 lastet. Die Fahrzeugachse 6 kann also im vorliegenden Beispiel durch volles Beladen des Fahrzeugs 1 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 9 um 30 mm einfedern. Der zweite Einfederungswert x_beladen_1 ist die maximal mögliche Einfederung des Blattfederpakets 7, die nicht oder allenfalls geringfügig überschritten werden kann. Gegebenenfalls sind dazu geeignete mechanische Begrenzungsmittel angeordnet.
Im Vergleich dazu zeigt 3a die mechanische Federeinrichtung beziehungsweise das Blattfederpaket 7 des unbeladenen Fahrzeugs 1 gemäß 1, wobei das Blattfederpaket 7 schon stärkere Verschleißerscheinungen aufweist. Erkennbar ist das Blattfederpaket 7 dabei stärker eingefedert als bei dem noch neuen Blattfederpaket 7 gemäß 2a.
Die in 3b zeigt zusätzlich zur ersten Last-Weg-Kennlinie F_1 des noch neuen Blattfederpakts 7 eine zweite Last-Weg-Kennlinie F_2 des verschlissenen Blattfederpakts 7. Die zweite Last-Weg-Kennlinie F_2 ist durch einen ersten Einfederungsparameter leer_2 bei unbeladenem Fahrzeug 1 und einen zweiten EinfederungsParameter beladen_2 bei beladenem Fahrzeug 1 als Gerade definiert. Demnach ist durch Verschleiß des Blattfederpaktes 7 ein in 3a dargestellter Federwegversatz Δx der Fahrzeugachse 6 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 9 in Höhe eines Betrags Δx = x_1 - x_2 der Federwege x_1, x_2 des Federpakets 7 im neuwertigen Zustand gegenüber dem verschlissenen Zustand entstanden. Dieser Federwegversatz beträgt im dargestellten Beispiel Δx = 5 mm.
Aufgrund der Federwegbegrenzung hat sich der gesamte mögliche Federweg des Blattfederpakets 7 zwischen dem unbeladenen und dem beladenen Zustand des Fahrzeugs 1 entsprechend um 5 mm verkürzt. Der Wegsensor 10 misst im unbeladenen Zustand bereits eine Einfederung von 5 mm. Demzufolge ist die Achslastanzeige verfälscht, indem schon im Leerzustand fälschlicherweise bereits ein Gewicht oberhalb des Leergewichts des Fahrzeugs 1 angezeigt wird. Der Anzeigefehler setzt sich mit zunehmender Beladung des Fahrzeugs fort. Um eine aufgrund von Federverschleiß falsche Achslastanzeige zu vermeiden, wird ein im Folgenden beschriebenes Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt.
Demnach zeigt 4 ein Flussdiagramm mit Funktionsblöcken F1 bis F12 von Verfahrensschritten zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse 6 gemäß 1. Das Verfahren startet mit der Aktivierung einer Kalibrierungsroutine, beispielsweise beim Einschalten einer Zündanlage des Fahrzeugs 1 oder nach einer Anforderung des Fahrers in einem ersten Funktionsblock F1. In Funktionsblock F2 wird die aktuelle Achslast F_G an der betreffenden Fahrzeugachse 6 abgefragt. Befindet sich die aktuelle Achslast F_G in einem vorgegebenen Toleranzbereich des leeren Fahrzeugs 1, mit anderen Worten: Erkennt der Algorithmus in der Steuereinheit 14, dass das Fahrzeug 1 unbeladen ist, so wird der Verfahrensablauf mit Funktionsblock F4 fortgesetzt. Andernfalls, also bei beladenem Fahrzeug 1, endet das Verfahren mit Funktionsblock F3.
In Funktionsblock F4 folgt eine Geschwindigkeitsabfrage derart, ob sich das Fahrzeug in Fahrt befindet. Ist die Fahrgeschwindigkeit v größer als eine Fahrgeschwindigkeitsuntergrenze v_min von Null oder nahe Null, so wird erkannt, dass sich das Fahrzeug 1 in Fahrt befindet. Andernfalls wird in einer Schleife die Abfrage nach der Fahrgeschwindigkeit erneut durchgeführt, welches verfahrensgemäß einem Standby-Betrieb entspricht.
Sofern eine Fahrgeschwindigkeit vorliegt, folgt im Funktionsblock F5 eine Abfrage des aktuellen Bremsmoments M_brems. Ist die Fahrt ungebremst oder zumindest in einem als ungebremste Fahrt erkannten Toleranzbereich, beginnt in Funktionsblock F6 die eigentliche Routine zur Messung der Einfederung. Andernfalls wird zum Eingang des Funktionsblocks F4 zurück verzweigt und der Standby-Betrieb fortgesetzt.
In Funktionsblock F6 beginnt die Messung der aktuellen Einfederung durch den Wegsensor 10 bei ungebremster Fahrt in unbeladenem Zustand des Fahrzeugs 1. In Funktionsblock F7 werden fortlaufend Einfederungswerte x erfasst und in einem flüchtigen Registerspeicher der Steuereinheit 14 gezählt sowie abgespeichert, wobei ein Zyklus der Funktionsblöcke F4 bis F8 permanent durchlaufen wird. Dies erfolgt in Funktionsblock F8 durch Abfragen der Fahrstrecke s bis zum Erreichen eines vorgegebenen Fahrstreckenlimits s_lim und/oder durch Abfragen der Fahrzeit t bis zum Erreichen eines vorgegebenen Fahrzeitlimits t_lim.
Anschließend wird in Funktionsblock F9 aus den erfassten n Einfederungswerten x ein arithmetischer Einfederungsmittelwert x_m berechnet. Es folgt dann in Funktionsblock F10 ein Vergleich des aktuell ermittelten Einfederungsmittelwerts x_m mit demjenigen Einfederungswert x_alt eines unbeladenen Fahrzeugs 1, welcher als Einfederungswert x_leer_1 in einer in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuereinheit 14 abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie F_1 beziehungsweise Tabelle enthalten ist. Sofern keine Abweichung festgestellt wird, wird der Verfahrensablauf zur Nachkalibrierung mit Funktionsblock F12 beendet.
Ergibt dieser Vergleich in Funktionsblock F10, dass der ermittelte Einfederungsmittelwert x_m außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze Δx_lim des in der bisherigen Last-Weg-Kennlinie F_1 enthaltenen Einfederungswerts x_alt beziehungsweise x_leer_1 liegt, wird ein verschlissenes Blattfederpaket 7 erkannt und eine Nachkalibrierung der bisher genutzten Last-Weg-Kennlinie F_1 mittels einer Korrektur beziehungsweise mittels Nachführen des Last-Weg-Verhältnisses durchgeführt.
So wird im vorliegenden Beispiel im Verfahrensablauf ein Einfederungswert x_m deutlich größer Null für das unbeladene Fahrzeug 1 ermittelt, weshalb eine Nachkalibrierung der Last-Weg-Kennlinie F_1 erforderlich ist. Dies erfolgt in der Steuereinheit 14 automatisch, indem die dort abgespeicherte und bisher genutzte erste Last-Weg-Kennlinie F_1 entsprechend der erkannten Abweichung x_m - x_alt rechnerisch geändert und dadurch eine neue, zweite Last-Weg-Kennlinie F_2 der verschlissenen Federung erzeugt sowie in Form einer Tabelle abgespeichert wird. In Anlehnung an das Last-Weg-Diagramm F_G(x) gemäß 3b geschieht dies geometrisch durch eine Parallelverschiebung der ersten Last-Weg-Kennlinie F_1 hin zu der dargestellten Position der zweite Last-Weg-Kennlinie F_2. Rechnerisch kann dies dadurch bewältigt werden, dass auf jeden Tabellenwert der ersten Last-Weg-Kennlinie F_1 ein konstanter Wert hinzuaddiert wird. Dies hat, wie 3b veranschaulicht, den Effekt, dass zukünftig ein Einfederungswert von x = 5 mm ein unbeladenes Fahrzeugs und ein Einfederungswert von x = 30 mm ein vollständig zulässig beladenes Fahrzeug kennzeichnet.
Der Verfahrensablauf endet nach der beschriebenen Kennlinienkalibrierung mit Funktionsblock F12 und die Achslastermittlung erfolgt anschließend mithilfe der neuen, zweiten Last-Weg-Kennlinie F_2.
Abschließend sei angemerkt, dass das Verfahren vorteilhaft auch für eine zuverlässige Verschleißanzeige genutzt werden kann, welche dem Fahrer eine notwendige Reparatur oder einen notwendigen Austausch der Federeinrichtung anzeigt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Zugmaschine, Zugfahrzeug
3: Anhängerfahrzeug, Sattelauflieger
4: Erste Fahrzeugachse
5: Zweite Fahrzeugachse
6: Dritte Fahrzeugachse
7: Mechanische Federeinrichtung, Blattfederpaket
8a: Erster Aufhängepunkt am Fahrzeugaufbau
8b: Zweiter Aufhängepunkt am Fahrzeugaufbau
9: Fahrzeugaufbau, Fahrzeugrahmen
10: Wegsensor
11: Hebel des Wegsensors
11a: Erste Hebelstange des Hebels
11b: Zweite Hebelstange des Hebels
12: Anker des Wegsensors
13: Sensorleitung
14: Elektronische Steuereinheit
15: Datenleitung
16: Bedien- und Anzeigeeinheit
17: CAN-Bus
F_G: Achslast
F_1: Erste Last-Weg-Kennlinie des nicht verschlissenen Blattfederpakets
F_2: Zweite Last-Weg-Kennlinie des verschlissenen Blattfederpakets
M_brems: Bremsmoment
n: Registerzähler
s: Fahrstrecke
s_lim: Fahrstreckenlimit
t: Fahrzeit
t_lim: Fahrzeitlimit
v: Fahrgeschwindigkeit
v_min: Fahrgeschwindigkeitsuntergrenze
x: Federweg, Einfederung
x_1: Federweg der ersten Last-Weg-Kennlinie
x_2: Federweg der zweiten Last-Weg-Kennlinie
Δx: Federwegversatz
Δx_lim: Toleranzgrenze für Federwegversatz
x_alt: Abgespeicherter Einfederungswert, x_leer_1
x_m: Aktueller ermittelter mittlerer Einfederungswert, x_leer_2
leer_1: Erster Einfederungsparameter der ersten Last-Weg-Kennlinie
leer_2: Erster Einfederungsparameter der zweiten Last-Weg-Kennlinie
beladen_1: Zweiter Einfederungsparameter der ersten Last-Weg-Kennlinie
beladen_2: Zweiter Einfederungsparameter der zweiten Last-Weg-Kennlinie
x_leer_1: Erster Einfederungswert der ersten Last-Weg-Kennlinie
x_leer_2: Erster Einfederungswert der zweiten Last-Weg-Kennlinie
x_beladen_1: Zweiter Einfederungswert der ersten Last-Weg-Kennlinie
x_beladen_2: Zweiter Einfederungswert der zweiten Last-Weg-Kennlinie
F1 - F12: Funktionsblöcke eines Steuerungsverfahrens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017009146 A1 [0004]
DE 102016005666 A1 [0005, 0046]
DE 102017011753 A1 [0006, 0044]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung einer Last-Weg-Kennlinie einer mechanisch gefederten Fahrzeugachse (6) in einer elektronischen Steuereinheit (14) eines Fahrzeugs (1), bei dem an mindestens einer Fahrzeugachse (6) eine mechanische Federeinrichtung (7) angeordnet sowie zumindest ein dieser Federeinrichtung (7) zugeordneter Wegsensor (10) vorhanden ist, und bei dem in der elektronischen Steuereinheit (14) die Werte einer Last-Weg-Kennlinie abgespeichert sind, in welcher die Achslast zu dem Einfederungsweg der Federeinrichtung (7) in Beziehung gesetzt ist, wobei mittels des Wegsensors (10) der Einfederungsweg der Federeinrichtung (7) oder eine mit diesem Einfederungsweg korrelierende Messgröße gemessen wird, und bei dem mittels eines in der Steuereinheit (14) abgespeicherten Algorithmus aus dem jeweiligen Messwert des Wegsensors (10) und der Last-Weg-Kennlinie eine auf die Fahrzeugachse (6) wirkende Achslast berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ungebremsten Fahrt des unbeladenen Fahrzeugs (1) innerhalb einer vorgegebenen Fahrstrecke oder Fahrdauer fortlaufend Einfederungswegmesswerte (x_leer_1) ermittelt werden, dass aus den Einfederungswegmesswerten (x_leer_1) dieser Fahrstrecke oder Fahrdauer ein arithmetischer Mittelwert berechnet wird, dass dieser gemittelte Einfederungswert des unbeladenen Fahrzeugs (1) mit einem in der abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie (F_1) enthaltenen Einfederungswert verglichen wird, und dass bei einer außerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze liegenden Abweichung die abgespeicherte bisherige erste Last-Weg-Kennlinie (F_1) entsprechend der ermittelten Abweichung zu einer zweiten Last-Weg-Kennlinie (F_2) angepasst oder zu einer solchen zweiten abgespeicherten Last-Weg-Kennlinie (F_2) für die zukünftige Lastbestimmung gewechselt wird, welche einen entstandenen Verschleiß der mechanischen Federeinrichtung (7) berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemittelte Einfederungswert in mehreren, mit Unterbrechungen aufeinander folgenden Fahrabschnitten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Einrichtung, welche zur Messung einer Fahrbahnneigung und zur Messung einer Aufbauneigung ausgebildet ist, ständig eine Längsneigung der Fahrbahn und eine Längsneigung des Fahrzeugaufbaus (9) gemessen werden, und dass Einfederungsmesswerte ermittelt werden, welche bei einer mithilfe dieser Einrichtung erkannten Gefällefahrt oder Steigungsfahrt und/oder bei einem mithilfe dieser Einrichtung erkannten anderen Fahrmanöver, welches Hangabtriebskräfte und/oder Nickmomente des Fahrzeugaufbaus (9) verursacht, bei der Berechnung des Einfederungsmittelwerts unberücksichtigt bleiben oder mit einem rechnerisch oder empirisch ermittelten Korrekturfaktor versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Einfederungsmesswerte, welche bei einer Kurvenfahrt oder bei einem anderen Querbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus (9) verursachenden Fahrmanöver ermittelt werden, bei der Berechnung des Einfederungsmittelwerts unberücksichtigt bleiben oder mit einem rechnerisch oder empirisch ermittelten Korrekturfaktor versehen werden, wobei zur Erkennung einer Kurvenfahrt oder eines anderen Querbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus (9) verursachenden Fahrmanövers des Fahrzeugs (1) mittels eines Querbeschleunigungssensors ständig ein Querbeschleunigungssignal erzeugt und dieses ausgewertet wird, wobei auf eine Kurvenfahrt oder ein gleichwirkendes Fahrmanöver des Fahrzeugs (1) geschlossen wird, wenn der Betrag der Querbeschleunigung einen vorgegebenen Querbeschleunigungsgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch einen Bediener mithilfe einer Bedien- und Anzeigeeinheit (16) manuell ausgelöst und/oder nach einer angezeigten Aufforderung in vorgebbaren zeitlichen und/oder betriebsstundenabhängigen Abständen wiederholt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für jede mit einem Wegsensor (10) ausgestattete mechanisch gefederte Fahrzeugachse (4, 5, 6) des Fahrzeugs (1) individuell durchgeführt wird.
Verwendung einer elektronisch geregelten Niveauregulierungseinrichtung eines Fahrzeugs (1), welche zur Niveauregelung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen (4, 5, 6) und zur Achslastermittlung an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen (4, 5, 6) sowie zur Achslastermittlung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen (4, 5, 6) aufgebaut sowie mithilfe eines in einer elektronischen Steuereinheit (14) der Niveauregulierungseinrichtung des Fahrzeugs (1) abgespeicherten Algorithmus zur Durchführung eines Verfahrens gemäß wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Verwendung einer elektronischen Steuereinheit (14) in einem Fahrzeug (3), welches ausschließlich mechanisch gefederte Fahrzeugachsen (6) aufweist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Fahrzeug (1), wie beispielsweise Nutzfahrzeug, Anhängerfahrzeug oder Personenkraftwagen, mit einer elektronisch geregelten Niveauregulierungseinrichtung zur Niveauregelung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen (4, 5, 6) und zur Achslastermittlung an mechanisch gefederten Fahrzeugachsen (4, 5, 6) sowie zur Achslastermittlung an pneumatisch oder hydraulisch gefederten Fahrzeugachsen, welches selektiv oder kumulativ zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
Fahrzeug (1), wie beispielsweise Nutzfahrzeug, Anhängerfahrzeug oder Personenkraftwagen, mit ausschließlich mechanisch gefederten Fahrzeugachsen (6) sowie mit einer elektronischen Steuereinheit (14) zur Achslastermittlung, welches selektiv oder kumulativ zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.