DE102019212224A1

DE102019212224A1 - Anordnung und Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung

Info

Publication number: DE102019212224A1
Application number: DE102019212224.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Roth; Florian Goldschmidt; Fred Gaiser
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Eine Anordnung zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug (10) weist eine Vielzahl von Sensoren (28) auf, wobei jeder der Vielzahl von Sensoren (28) an einer unterschiedlichen Stelle im Fahrzeug angeordnet und dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter zu bestimmen. Die Anordnung weist weiterhin ein Steuergerät (30) auf, das dazu ausgebildet ist, die von der Vielzahl von Sensoren (28) bestimmten Parameter zu empfangen, anhand der empfangenen Parameter auf eine Verteilung der Radlasten im Fahrzeug (10) zu schließen, und eine Fahrwerksregelung basierend auf der Verteilung der Radlasten durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung, insbesondere zur Fahrwerksregelung in einem Personenkraftwagen oder einem Nutzfahrzeug.
Fahrzeuge können verschiedenste Mechanismen zur Federung und/oder Dämpfung aufweisen. Dabei können beispielsweise mechanische oder pneumatische Federungssysteme und hydraulische Dämpfungssysteme Verwendung finden. Durch Federungssysteme kann beispielsweise ein möglichst guter Kontakt des Fahrzeugs zur Fahrbahnoberfläche hergestellt werden. Zudem können auch Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche ausgeglichen werden. Dämpfungssysteme können beispielsweise die durch Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche erzeugten Schwingungen des Fahrzeugs möglichst schnell abklingen lassen. Manche Fahrzeuge ermöglichen es beispielsweise, das Fahrwerk mittels eines Schalters anzupassen. Ein Nutzer kann beispielsweise zwischen verschiedenen Modi (z. B. Sport-Modus, Komfort-Modus, Eco-Modus) wählen, wobei die Federung/Dämpfung je nachdem welcher Modus aktiv ist härter oder weicher eingestellt sein kann. Zum Einstellen der Federung kann bei mechanischen Systemen beispielsweise die Vorspannung einer Schraubenfeder entsprechend verändert werden. Durch diese Vorspannung wird der Feder eine Verschiebung aufgezwungen, sodass eine (z. B. durch Beladung hervorgerufene Gewichts-) Kraft bereits bei kürzerer Auslenkung ihre Gleichgewichtslage erreicht. Bei Systemen mit Luftfederbalgen kann beispielsweise der Druck im Luftfederbalg verringert oder erhöht werden.
Bei aktiven Fahrwerken kann das Fahrwerk auch dynamisch angepasst werden. Dabei kann beispielsweise die Fahrbahn mittels einer Kamera gescannt werden und die Neigung und Federung des Fahrzeugs automatisch an die Fahrsituation angepasst werden. Systeme zur automatischen Fahrwerksregelung sind oft jedoch nur aufwendig zu realisieren, erfordern viele zusätzliche Komponenten im Fahrzeug und sind daher häufig mit hohen Kosten verbunden. Weiterhin berücksichtigen derartige Systeme nicht alle Fahrzeugparameter, so dass die Fahrwerksregelung auf eine aktuelle Situation oft nicht ausreichend genau reagiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung bereitzustellen, welche die Sicherheit eines Fahrzeugs erhöhen und dabei möglichst einfach und kostengünstig implementierbar sind und gleichzeitig einen hohen Fahrkomfort bieten.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Es wird eine Anordnung zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug beschrieben. Die Anordnung weist eine Vielzahl von Sensoren auf, wobei jeder der Vielzahl von Sensoren an einer unterschiedlichen Stelle im Fahrzeug angeordnet und dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter zu bestimmen. Die Anordnung weist weiterhin ein Steuergerät auf, das dazu ausgebildet ist, die von der Vielzahl von Sensoren bestimmten Parameter zu empfangen, anhand der empfangenen Parameter auf eine Verteilung von Radlasten im Fahrzeug zu schließen, und eine Fahrwerksregelung basierend auf der Verteilung der Radlasten durchzuführen.
Die Anordnung kann einfach und kostengünstig implementiert werden und bietet eine hohe Sicherheit sowie einen hohen Fahrkomfort für die Insassen des Fahrzeugs. Die verwendeten Komponenten können dabei auch gleichzeitig für andere Systeme im Fahrzeug Verwendung finden, wodurch sich die Gesamtkosten für das Fahrzeug verringern.
Die Fahrwerksregelung kann das Ansteuern eines entsprechenden Aktuators aufweisen.
Jeder der Vielzahl von Sensoren kann beispielsweise an einer Achse, einem Rad, einer Lasche oder einer (Blatt-)Feder eines Federsystems des Fahrzeugs befestigt sein.
An diesen Positionen können recht zuverlässig Parameter bestimmt werde, aus welchen auf eine Verteilung der Radlasten im Fahrzeug geschlossen werden kann.
Jeder der Vielzahl von Sensoren kann dazu ausgebildet sein, eine Dehnung oder Stauchung der entsprechenden Achse, des entsprechenden Rads, der entsprechenden Lasche oder der entsprechenden Feder zu bestimmen.
Aus einer Dehnung oder Stauchung derartiger Elemente des Fahrzeugs ist es möglich, auf die entsprechenden Radlasten und somit auch auf eine Verteilung der Radlasten im Fahrzeug zu schließen.
Jeder der Vielzahl von Sensoren kann wenigstens einen Dehnungsmesstreifen aufweisen.
Dehnungsmessstreifen sind dazu geeignet, eine Dehnung oder Stauchung eines Elements des Fahrzeugs zu bestimmen. Aus der Dehnung oder Stauchung des entsprechenden Elements kann auf die entsprechenden Radlasten und somit auch auf eine Verteilung der Radlasten im Fahrzeug geschlossen werden.
Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten im Fahrzeug ein Federsystem des Fahrzeugs zu regulieren.
Das dynamische Regulieren eines Federsystems in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation kann sowohl die Sicherheit als auch den Fahrkomfort deutlich verbessern.
Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten im Fahrzeug eine Federkennlinie einer Luftfeder des Federsystems zu regulieren oder durch Vorspannen einer Feder eines mechanischen Federsystems einen Zustand zu erzeugen, bei welchem ein definierter Arbeitspunkt in der Kennlinie der Feder (z. B. Kraft-Weg-Diagramm) angefahren wird.
Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, ein Federsystem einzustellen.
Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten im Fahrzeug die Dämpfung eines Dämpfungssystems des Fahrzeugs zu regulieren.
Das dynamische Regulieren eines Dämpfungssystems in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation kann sowohl die Sicherheit als auch den Fahrkomfort deutlich verbessern
Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten eine Druckstufe und/oder eine Zugstufe des Dämpfungssystems zu regulieren.
Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, ein Dämpfungssystem einzustellen.
Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Nutzfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit Starrachsen, ein Kraftfahrzeug mit Luftfederung, oder ein Kraftfahrzeug mit Blattfedern sein.
Bei derartigen Fahrzeugen kann eine automatische Fahrwerksregelung sowohl die Sicherheit als auch den Fahrkomfort besonders erhöhen.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren weist auf, mit jedem einer Vielzahl von Sensoren, Bestimmen jeweils mindestens eines Parameters, Ermitteln einer Verteilung von Radlasten im Fahrzeug anhand der bestimmten Parameter, und Durchführen einer Fahrwerksregelung basierend auf der bestimmten Verteilung der Radlasten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:

1 in einer skizzenhaften Darstellung ein beladenes Nutzfahrzeug bei Geradeausfahrt und bei Kurvenfahrt,
2 in einer skizzenhaften Darstellung eine Anordnung zur automatischen Fahrwerksregelung gemäß einem Beispiel in verschiedenen Zuständen,
3 in einem Ablaufdiagramm ein beispielhaftes Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung,
4 in einer skizzenhaften Darstellung ein Fahrzeug in verschiedenen Zuständen,
5 in einer skizzenhaften Darstellung verschiedene in einem Fahrzeug auftretende Radlasten bei Kurvenfahrt, und
6 in einem Ablaufdiagram ein Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung gemäß einem Beispiel.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10 bei Geradeausfahrt (links) und bei Kurvenfahrt (rechts). Das Fahrzeug 10 weist ein Fahrgestell und einen Fahrzeugaufbau 12 auf. Das Fahrgestell weist, neben anderen (nicht dargestellten) Komponenten, wenigstens eine Achse 20 sowie mit der Achse 20 verbundene Räder 22 auf. Viele Fahrzeuge wie beispielsweise PKWs sowie die meisten Nutzfahrzeuge weisen zwei oder mehr Achsen 20 auf. Mit jedem Ende einer Achse 20 ist dabei beispielsweise ein Rad 22 verbunden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass mit jedem Ende einer Achse zwei Räder 22 verbunden sind (so genannte Zwillingsbereifung oder Doppelbereifung).
In 1 ist beispielhaft ein Nutzfahrzeug dargestellt. In dem dargestellten Beispiel ist das Nutzfahrzeug ein Tankwagen, welcher mit einer Flüssigkeit beladen ist. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Das Nutzfahrzeug kann auch jegliche andere Art von Nutzfahrzeug sein und jegliche Art von Ladung aufweisen, wie beispielsweise Schüttgut oder lebende Tiere, um nur wenige Beispiele zu nennen. Bei Geradeausfahrt liegt der Fahrzeugaufbau 12 im Wesentlichen gerade auf dem Fahrgestell auf. Der Schwerpunkt SP befindet sich mittig, und auf jedes der Räder 22 wird im Wesentlichen dieselbe Radlast ausgeübt. Als Radlast bezeichnet man in der Regel die zwischen Fahrbahn und Rad senkrecht zur Fahrbahn auf das Rad wirkende Kraft.
Bei einer Kurvenfahrt verlagert sich aufgrund der Zentrifugalkraft Fz der Schwerpunkt SP. Dadurch verändert sich die Gewichtsverteilung. Das heißt, die Radlasten sind bei Kurvenfahrt in der Regel nicht mehr gleichmäßig verteilt. Durch eine Verlagerung der Ladung zu einer Seite hin (z.B. bei ungesicherter Ladung wie Flüssigkeit, Schüttgut oder Tiertransporten) verstärkt sich dieser Effekt noch weiter. Das Fahrzeug 10 neigt sich zu einer Seite hin. Das heißt, der Aufbau 12 wird auf einer Seite (z.B. links) weiter in Richtung Fahrbahn gedrückt als auf der anderen Seite (z. B. rechts).
Fahrzeuge weisen in der Regel ein Federsystem 24 und ein Dämpfungssystem 26 (z. B. Druckstufendämpfung und Zugstufendämpfung) auf. Federsysteme 24 tragen das Gewicht des Fahrzeugaufbaus 12 und gewährleisten, dass das Fahrzeug während der Fahrt einen möglichst guten (maximalen) Kontakt zur Fahrbahn aufweist. Der Aufbau 12 wird durch das Federsystem 24 von der ungefederten Masse (Elemente des Fahrgestells wie z.B. Räder 22 und Achsen 20) entkoppelt. Fahrbahnunebenheiten oder Stöße werden durch das Federsystem 24 beispielsweise in Schwingungen umgewandelt. Dämpfersysteme sorgen dafür, dass der Aufbau 12 während der Fahrt ruhig bleibt und durch Fahrbahnunebenheiten oder Stöße erzeugte Anregungen (Schwingungen) nicht direkt/ungefiltert auf den Aufbau 12 übertragen werden. Durch Unebenheiten der Fahrbahn erzeugte Schwingungen des Fahrzeugs 10 können somit schnell abklingen. Sowohl Insassen als auch die Ladung werden vor hohen Belastungen geschützt. Zusammen mit der Dämpfung 26 sorgt die Federung 24 für einen Kompromiss zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit bzw. Fahrdynamik. Insassen werden insbesondere vor unangenehmen Hub-, Nick- und Wankschwingungen und Stößen geschützt. Ein Dämpfungssystem 26 ist häufig ein hydraulisches System, welches die Aus- bzw. Einfedergeschwindigkeit eines Federsystems 24 reguliert.
Das Federsystem 24 kann beispielsweise ein mechanisches oder ein pneumatisches System sein. Beispielsweise kann das Federsystem 24 Blattfedern, Luftfedern, Spiralfedern oder Drehstabfedern aufweisen. Luftfedern sind häufig mit einem Kompressor ausgestattet. Dabei kann beispielsweise abhängig von der Beladung Luft zu- oder abgeführt werden. Manche Fahrzeuge ermöglichen es beispielsweise, das Fahrwerk mittels eines Schalters anzupassen. Ein Nutzer kann beispielsweise zwischen verschiedenen Modi (z. B. Sport-Modus, Komfort-Modus, Eco-Modus) wählen, wobei die Federung je nachdem welcher Modus aktiv ist härter oder weicher sein kann. Hierfür kann bei mechanischen Systemen beispielsweise die Steifigkeit einer Feder verändert werden, indem die Vorspannung einer Schraubenfeder entsprechend verändert wird. Bei Systemen mit Luftfederbalgen kann beispielsweise der Druck im Luftfederbalg verringert oder erhöht werden. Ein Dämpfungssystem 26 kann beispielsweise gezielt an eine Situation angepasst werden, indem der Ölfluss in einem hydraulischen Dämpfungssystem entsprechend erhöht oder verringert (stärker gebremst) wird.
Das im Weiteren beschriebene System ermöglicht eine automatische (dynamische) Fahrwerksregelung. Dabei kann beispielsweise die Neigung des Fahrzeugs 10 bei einer Kurvenfahrt automatisch durch das System angepasst werden indem die Federung 24 und/oder die Dämpfung 26 automatisch geregelt und an die aktuelle Fahrsituation und den aktuellen Beladungszustand angepasst werden. Bei Nutzfahrzeugen mit Ladung (z. B. beladener Tanklastzug) können dabei zu starke Neigungen des Fahrzeugs beispielsweise verhindert werden, wodurch sich das Unfallrisiko verringert. Insbesondere können gezielte Fahrwerkseingriffe einem Wanken oder Nicken des Aufbaus 12 entgegenwirken. Die Gefahr des Umkippens eines Fahrzeugs wird beispielsweise deutlich verringert. Bei Fahrzeugen ohne automatische Fahrwerksregelung weist die Federung 24 beispielsweise immer dieselbe Steifigkeit auf. Verlagert sich während der Fahrt aus irgendwelchen Gründen das Gewicht, kann beispielsweise eine Seite des Fahrzeugs durch eine höhere Belastung weiter nach unten in Richtung Fahrbahn gedrückt werden als die andere Seite. Indem gezielt beispielsweise auf einer Seite die Steifigkeit erhöht und/oder auf der anderen Seite die Steifigkeit der Federung 24 verringert wird, kann einer solchen Wankbewegung entgegengewirkt werden. Auch Nickbewegungen kann beispielsweise entgegengewirkt werden, indem die Federung und/oder die Dämpfung gezielt vorne und hinten am Fahrzeug entsprechend angepasst werden. Dadurch wird in verschiedensten Situationen immer ein möglichst guter Kontakt des Fahrzeugs zur Fahrbahn gewährleistet. Ohne solch gezielten Eingriffe wäre bei gleichbleibender Steifigkeit der Federung 24 in manchen Situationen ein guter Kontakt zur Fahrbahn möglicherweise nicht mehr gegeben. Die Fahrwerksregelung kann beispielsweise das Ansteuern eines entsprechenden geeigneten Aktuators aufweisen.
Nun Bezug nehmend auf 2, weist das System eine Vielzahl von Sensoren 28 auf. Jeder der Sensoren 28 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen Parameter zu bestimmen. Gemäß einem Beispiel weist ein System wenigstens drei Sensoren 28 auf, die an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Sensor 28 mittig im vorderen Teil des Fahrzeugs, ein Sensor rechts im hinteren Teil des Fahrzeugs und ein Sensor links im hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, durch Auswerten der ermittelten Parameter auf eine Verteilung der Radlasten (vorne/hinten und rechts/links) zu schließen. Die wenigstens drei Sensoren 28 können dabei jedoch auch an anderen geeigneten Stellen im Fahrzeug angeordnet sein. Je mehr Sensoren 28 das System aufweist, umso genauer können die Radlasten bestimmt werden.
Die verschiedenen Sensoren 28 können dabei an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug 10, das heißt entfernt voneinander angeordnet sein. Werden alle Sensoren in etwa an derselben Position im Fahrzeug 10 angeordnet, ist in der Regel keine sinnvolle Bestimmung der Verteilung der Radlasten möglich. Ein Abstand von beispielsweise wenigstens 1 m kann eine sinnvolle Auswertung der Parameter und eine Bestimmung der Verteilung der Radlasten ermöglichen.
In dem in 2 dargestellten Beispiel ist jeder der Sensoren 28 an einer Achse 20 des Fahrzeugs 10 befestigt. Dabei ist in dem Beispiel in 2 jeder Sensor 28 einem unterschiedlichen Rad 22 des Fahrzeugs 10 zugeordnet. Die Anzahl der Sensoren 28 kann beispielsweise der Anzahl der Räder 22 des Fahrzeugs 10 entsprechen. Ein Fahrzeug 10, welches vier Räder 22 aufweist, kann somit beispielsweise vier Sensoren 28 aufweisen, wobei jeder der Sensoren an einer Achse 20 des Fahrzeugs 10 in der Nähe (z. B. weniger als 0,5 m entfernt) des entsprechenden Rades 22 angeordnet ist. Dies ermöglicht eine relativ genaue Bestimmung der Radlast für jedes einzelne der Räder 22 und somit eine relativ genaue Bestimmung der Verteilung der Radlasten. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel.
Die Sensoren können zusätzlich zu oder anstatt an den Achsen 20 des Fahrzeugs 10 auch an beliebigen zur Messung der Verteilung der Radlasten geeigneten Elementen des Fahrzeugs 10 angeordnet sein. Beispielsweise können Sensoren an den Rädern 22 selbst, an geeigneten Laschen oder an mechanischen Federn der Federung 24 angeordnet sein, um nur wenige Beispiele zu nennen. Jegliche Elemente, bei welchen sich wenigstens eine messbare Eigenschaft in Abhängigkeit der Radlast verändert, sind grundsätzlich für die Anbringung von Sensoren 28 geeignet. Wie bereits oben erläutert, ist es dabei nicht zwangsläufig erforderlich, dass die Radlast jedes einzelnen Rades 22 des Fahrzeugs 10 genau bestimmt wird. Eine (zumindest grobe) Bestimmung der Verteilung der Radlasten (vorne/hinten, rechts/links) kann bereits ausreichend sein, um auf Veränderungen der Fahrsituation und des Beladungszustands reagieren zu können, wodurch die Sicherheit des Fahrzeugs deutlich erhöht werden kann. Je genauer die Messung erfolgt, umso mehr kann jedoch auf Veränderungen der Fahrsituation und des Beladungszustands reagiert werden.
Jeder der Sensoren 28 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen Parameter zu bestimmen, welcher es ermöglicht, durch Auswertung der durch alle Sensoren 28 bestimmten Parameter auf eine Verteilung der Radlasten zu schließen. Dabei können verschiedene Radlasten möglichst exakt (im Rahmen der Messgenauigkeit) bestimmt werden oder es kann lediglich ein Verhältnis verschiedener Radlasten zueinander bestimmt werden. Die verschiedenen Radlasten im Fahrzeug 10 hängen dabei von der entsprechenden Gewichtsverteilung des Aufbaus 12 und der darauf befindlichen Ladung ab. Sind Sensoren 28 an den Achsen 20 des Fahrzeugs 10 angeordnet, können diese Sensoren 28 beispielsweise eine Dehnung der Achse 20 an der entsprechenden Sensorposition messen, und aus diesen Dehnungen an den verschiedenen Messpositionen kann dann auf die Verteilung der Radlasten geschlossen werden. Bei einem Fahrzeug 10 mit zwei oder mehr Achsen 20 können Sensoren 28 beispielsweise an wenigstens zwei der Achsen 20 angeordnet sein. Eine Messung an allen Achsen 20 eines Fahrzeugs 10, welches mehr als zwei Achsen 20 aufweist, ist dabei nicht zwangsläufig erforderlich. Jedoch kann die Anzahl der Achsen 20, an welchen eine Messung durchgeführt wird, die Genauigkeit der Messung erhöhen.
In einem belasteten Zustand weist die Achse 20 eines Fahrzeugs 10 eine Biegung auf. Das heißt, die Achse 20 dehnt sich zu einem gewissen Grad, abhängig von dem Gewicht, welches auf der Achse 20 lastet. Dabei kann sich, wenn die Gewichtsverteilung nicht gleichmäßig ist, eine Dehnung an unterschiedlichen Stellen der Achse 20 voneinander unterscheiden. Wird beispielsweise ein Fahrzeug 10 beladen, lastet ein entsprechendes Gewicht auf den Achsen 20 des Fahrzeugs 10. Dadurch wird jede der Achsen 20 in Abhängigkeit von dem darauf lastenden Gewicht zu einem gewissen Maß gedehnt (durchgebogen). Ein unbelasteter Zustand eines Fahrzeugs ist beispielhaft in 2 (A) dargestellt. Ein beladener Zustand bei gleichmäßiger Gewichtsverteilung ist in 2 (B) dargestellt. Dabei wird der Aufbau 12 des Fahrzeugs mit einem gewissen Gewicht 14 belastet. Eine Dehnung (Durchbiegung) der Achse 20 ist in 2 (B) dabei nicht explizit dargestellt. In 2 (C) ist ein Fahrzeug 10 bei ungleichmäßiger Gewichtsverteilung ohne dynamische Fahrwerksregelung dargestellt. Das Fahrzeug kippt dabei entsprechend der Gewichtsverteilung zu einer Seite hin. Um dieses Kippen zu verhindern, wird bei dem Aufbau 12 in 2 (D) eine Fahrwerksregelung durchgeführt. Das heißt, durch eine Fahrwerksregelung auf wenigstens der linken Seite, auf welcher ein höheres Gewicht lastet als auf der rechten Seite, kann dem Kippen des Aufbaus 12 entgegengewirkt werden. Das heißt, dass beispielsweise eine Schraubenfeder vorgespannt oder der Luftdruck in einem Federbalg des Federsystems angepasst wird. Je nach Fahrsituation kann eine Fahrwerksregelung dabei das Anpassen einer Federung und/oder das Anpassen einer Dämpfung umfassen. Beispielsweise kann bei Stillstand des Fahrzeugs das Anpassen einer Dämpfung nicht erforderlich sein, so dass nur die Federung angepasst wird. In dem in 2 (D) dargestellten Beispiel erfolgt die Regelung dabei wenigstens auf einer Seite (links). Eine Regelung auf beiden Seiten, rechts und links, ist jedoch ebenfalls möglich. Beispielsweise kann auf einer Seite die Steifigkeit der Federung 24 erhöht werden, während gleichzeitig auf der anderen Seite die Steifigkeit der Federung 24 verringert wird. Lastet also beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auf einer Seite ein grö-ßeres Gewicht als auf der anderen Seite, dann kann eine Regelung der Federung 24 und/oder der Dämpfung 26 entweder nur auf der Seite, auf welcher das größere Gewicht lastet, oder aber auch auf beiden Seiten erfolgen. Das heißt, auf einer Seite können Federung 24 und/oder Dämpfung 26 zu einem größeren Grad beeinflusst werden als auf der anderen Seite.
Das grundsätzliche Prinzip des Systems ist in dem Ablaufdiagram in 3 dargestellt. Dabei wird zunächst eine Verteilung der Radlasten bestimmt. Die auf jedes einzelne der Räder 22 ausgeübte Radlast kann dabei unterschiedlich sein. Das heißt, das Gesamtgewicht muss sich nicht in jedem Fall gleichmäßig auf alle Räder 22 aufteilen, wodurch sich unterschiedliche Radlasten ergeben. Eine ungleiche Gewichtsverteilung kann dauerhaft durch ungleichmäßige Beladung resultieren oder auch nur kurzfristig bei Kurvenfahrten, bei Beschleunigungs- oder Bremsvorgängen auftreten. Bei Kurvenfahrten werden beispielsweise die Räder zum Kurvenäußeren hin immer stärker belastet als die Räder zum Kurveninneren hin. Beim Bremsen wird grundsätzlich die Vorderachse zusätzlich belastet, während die Hinterachse entlastet wird. Auch ohne Berücksichtigung einer Ladung resultiert somit aus fahrdynamischen Gründen in verschiedenen Fahrsituationen eine ungleichmäßige Verteilung der Rad- bzw. Achslasten. Eine ungleichmäßige Verteilung der Radlasten kann jedoch beispielsweise noch verstärkt werden, wenn ein Fahrzeug Flüssigkeiten oder andere bewegliche Ladung geladen hat, welche bei Kurvenfahrten, Beschleunigungs- oder Bremsvorgängen in Bewegung geraten.
In Abhängigkeit der bestimmten Verteilung der Radlasten wird dann beispielsweise entweder die Federkennlinie oder die Federauslenkung des Federsystems 24 und/oder die Dämpfung des Dämpfungssystems angepasst. Das Anpassen der Federung oder der Federauslenkung kann dabei beispielsweise durch Anfahren eines spezifischen Arbeitspunktes in der Federkennlinie (z. B. Kraft-Weg-Diagramm) der Feder durch Vorspannen oder Entspannen einer Schraubenfeder des Federsystems 24 erfolgen. Bei pneumatischen Federungssystemen kann die Federsteifigkeit bzw. die Kennlinie der Feder durch das Erhöhen oder Verringern des Luftdrucks in einem Luftfederbalg des Federsystems 24 angepasst werden. Das Anpassen der Dämpfung kann durch Anpassen einer Druckstufe und/oder durch Anpassen einer Zugstufe erreicht werden. Die Anpassung einer Druck- bzw. einer Zugstufe kann dabei durch einen steuerbaren Ölfluss realisiert werden, z. B. durch veränderliche Querschnitte von Ölflussbohrungen (sogenannte Ölports) oder durch steuerbare federbelastete Drosselventile (sogenannte federbelastete Shims).
Insgesamt können während der Fahrt eines Fahrzeugs 10 verschiedene Situationen eintreten. Einige beispielhafte Situationen werden anhand der 4 und 5 im Weiteren beschrieben. 4 (A) zeigt dabei einen Zustand bei Stillstand oder bei normaler gleichmäßiger Fahrt des Fahrzeugs 10. Gleichmäßige Fahrt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich das Fahrzeug 10 bei gleichmäßiger Geschwindigkeit fortbewegt, das heißt die Geschwindigkeit v = konstant und die Beschleunigung a = 0. Die Achslast, die auf der Vorderachse lastet, ist dabei wie auch die Achslast, die auf der Hinterachse lastet, konstant. Wie in 4 (B) dargestellt, kann sich bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs 10 beispielsweise die Achslast der Vorderachse im Vergleich zu dem Zustand in 4(A) verstärken, und die Achslast der Hinterachse verringern. Bei einem Beschleunigungsvorgang kann sich beispielsweise die Achslast der Hinterachse im Vergleich zu dem Zustand in 4(A) verstärken, und die Achslast der Vorderachse verringern (vgl. 4 (C)).
Es ist grundsätzlich möglich, dass eine Fahrwerksregelung beim Beschleunigen oder Bremsen durch Auswerten eines Bremssignals des Fahrzeugs 10 direkter und schneller durchgeführt werden kann als durch Auswerten von Signalen der Sensoren 28. Das Bestimmen der Achslast an Vorder- und Hinterachse mittels der Sensoren 28 kann hierbei jedoch beispielsweise zur Korrektur der Auswertung des Bremssignals verwendet werden, indem ein entsprechender Korrekturfaktor mitberücksichtigt wird.
In 5 sind beispielhaft verschiedene Radlasten bei einer Kurvenfahrt dargestellt. Wie durch die unterschiedlich dicken Pfeile in 5 angedeutet, kann die auf jedem Rad 22 lastende Radlast unterschiedlich sein. In dem in 5 dargestellten Beispiel ist eine Radlast RL_HR auf das Rad hinten rechts am kleinsten, gefolgt von der Radlast RL_VR auf das Rad vorne rechts, der Radlast auf das Rad hinten links RL_HL und der Radlast auf das Rad vorne links RL_VL (RL_HR < RL_VR < RL_HL < RL_VL). In Abhängigkeit von der entsprechenden Radlast, die jeweils durch einen Sensor 28 bestimmt wird, wird dann eine Federung und eine Dämpfung am entsprechenden Rad vorgenommen, um den Fahrkomfort und die Sicherheit zu erhöhen. In den meisten Fahrzeugen heutzutage ist jedem Rad 22 ein eigenes Federsubsystem bzw. Dämpfungssubsystem zugeordnet, so dass die Federung/Dämpfung für jedes Rad 22 individuell geregelt werden kann.
Das heißt, bei einem Fahrzeug mit vier Rädern 22 kann ein Federungs- /Dämpfungssystem 24, 26 hinten rechts, ein anderes vorne rechts, ein anderes hinten links und ein anderes vorne links angeordnet sein. Basierend auf der Auswertung der Messdaten der verschiedenen Sensoren 28 kann eine Verteilung der Radlasten bestimmt werden und basierend darauf eine Fahrwerksregelung vorgenommen werden.
Wie oben bereits erläutert kann jeder der Sensoren 28 beispielsweise eine Dehnung der Achse 20 an der entsprechenden Sensorposition bestimmen. Die Dehnung der Achse 20 an der Stelle des Sensors 28 ist dabei umso stärker, je mehr Gewicht auf dieser Stelle lastet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Achse 20 auch bereits im unbelasteten Zustand (z. B. allein durch das Fahrzeuggewicht ohne weitere Ladung) bereits eine leichte Durchbiegung aufweist, welche durch eine zusätzliche Belastung noch weiter verstärkt wird. Eine solche Vorbiegung kann bei der Bestimmung der Radlasten während der Fahrt mitberücksichtigt werden.
Jeder der Sensoren 28 ist wie oben beschrieben beispielsweise dazu ausgebildet, eine Dehnung der Achse 20 zu bestimmen. Aus der Dehnung der Achse 20 kann dann auf das Fahrzeuggewicht geschlossen werden. Das Leergewicht eines Fahrzeugs ist in der Regel bekannt. Um das Gewicht einer Ladung bestimmen zu können, kann somit das Leergewicht von dem ermittelten Gesamtgewicht subtrahiert werden.
Jeder Sensor 28 kann beispielsweise wenigstens einen Dehnungsmessstreifen aufweisen. Die Verwendung eines Dehnungsmessstreifens pro Sensor 28 ist lediglich ein Beispiel. Jeder Sensor 28 kann beispielsweise auch mehr als einen Dehnungsmesstreifen aufweisen. Dehnungsmessstreifen können grundsätzlich eingesetzt werden, um Formänderungen (z. B. Dehnungen oder Stauchungen) an der Oberfläche von Bauteilen zu erfassen. Dehnungsmessstreifen können in Sensoren eingesetzt werden, mit denen Kräfte (Kraftaufnehmer) gemessen werden. Dabei können statische Belastungen und sich zeitlich ändernde Belastungen erfasst werden. Dehnungsmessstreifen können auf einer Achse 20 oder auf anderen Elementen des Fahrzeugs (z. B. Räder oder Federn) angeordnet werden, um z. B. eine Dehnung oder Stauchung der Achse 20 oder der anderen Elemente (z. B. eine Stauchung der Felgen) zu detektieren. Dabei können Dehnungsmesstreifen entweder direkt auf einer Achse 20 oder auf anderen Elementen des Fahrzeugs (z. B. Räder oder Federn) angeordnet werden, oder die Dehnungsmesstreifen können jeweils auf einem geeigneten Körper, welcher mit dem Dehnungsmessstreifen eine Einheit, bzw. ein Sensorsystem bildet, angeordnet sein, wobei die Körper mit den darauf angeordneten Dehnungsmessstreifen dann an einer Achse 20 oder auf anderen Elementen des Fahrzeugs (z. B. Räder oder Federn) angeordnet (z. B. geklebt oder geschraubt) werden. Das grundsätzliche Prinzip von Dehnungsmesstreifen ist bekannt und wird an dieser Stelle daher nicht weiter erläutert.
Derartige Sensoren können für verschiedene andere Anwendungen im Fahrzeug 10 ebenfalls Verwendung finden. Insbesondere Nutzfahrzeuge können derartige Sensoren beispielsweise zur Messung des Beladungszustands aufweisen. Somit kann sich das hierin beschriebene System die Sensoren mit anderen Systemen teilen, wodurch sich die Gesamtkosten des Fahrzeugs 10 reduzieren können.
Erneut Bezug nehmend auf 2 kann eine Anordnung zur automatischen Fahrwerksregelung ein Steuergerät 30 aufweisen. Das Steuergerät 30 ist dazu ausgebildet, eine Fahrwerksregelung basierend auf den mittels der Vielzahl von Sensoren 28 (z. B. wenigstens drei) bestimmten Radlasten durchzuführen. Das heißt, das Steuergerät 30 kann Daten von den Sensoren 28 empfangen, aus welchen auf die Verteilung der Radlasten geschlossen werden kann. Das Steuergerät 30 kann diese Daten auswerten und basierend auf diesen Daten die Federung und/oder Dämpfung entsprechend anpassen.
Beispielsweise kann, wenn an einem Rad 22 eine besonders große Radlast bestimmt wird, eine Dämpfung im Bereich dieses Rades 22 entsprechend angepasst, z.B. verringert oder verstärkt, werden. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass sich das Fahrzeug 10 zu sehr in Richtung dieses Rades lehnt.
Einzelne Teile, wie beispielsweise die Sensoren 28 und ein Steuergerät 30, können beispielsweise durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gehäuse vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Das Steuergerät 30 ist in 2 in der Nähe der Achse 20 dargestellt. Dies dient jedoch lediglich beispielhaft der Veranschaulichung des generellen Prinzips. Grundsätzlich kann das Steuergerät 30 an jeder beliebigen Stelle im oder am Fahrzeug 10 angeordnet sein und entweder drahtlos oder drahtgebunden mit den Sensoren 28 zur Übertragung der Messdaten verbunden sein. Das Steuergerät 30 kann beispielsweise einen Mikrocontroller und eine oder mehrere Speicherkomponenten aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die durch die Sensoren 28 bereitgestellten Messsignale aufzubereiten, von Fehlereinflüssen zu befreien und gegebenenfalls in ein geeignetes Format für den sicheren digitalen Austausch mit anderen Dateneinheiten zu wandeln.
Grundsätzlich ist die Erfindung beispielsweise für viele Arten von Fahrzeug anwendbar, welche Achsen 20 aufweisen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, Traktoren, Flugzeuge, Gabelstapler, Anhänger oder Busse.
6 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Beispiel eines Verfahrens zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug 10. Das Verfahren weist, mit jedem einer Vielzahl von Sensoren, das Bestimmen jeweils mindestens eines Parameters auf (Schritt 601). Das Verfahren weist weiterhin das Ermitteln einer Verteilung von Radlasten in dem Fahrzeug 10 anhand der bestimmten Parameter auf (Schritt 602). Das Verfahren weist weiterhin das Durchführen einer Fahrwerksregelung basierend auf der bestimmten Verteilung der Radlasten auf (Schritt 603).
In den oben beschriebenen Beispielen wurden Radlasten im Fahrzeug 10 anhand von Dehnungen oder Stauchungen von Achsen 20 oder anderen Elementen im Fahrzeug beschrieben. Radlasten, bzw. eine Verteilung von Radlasten in einem Fahrzeug 10 können grundsätzlich jedoch auf verschiedenste Art und Weise bestimmt werden. Für das System ist es dabei unerheblich, auf welche Art und Weise die Radlasten bzw. die Verteilung der Radlasten bestimmt werden. Das grundsätzliche Prinzip besteht darin, basierend auf einer aktuellen Verteilung der Radlasten eine Fahrwerksregelung vorzunehmen.

Claims

Anordnung zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug (10), wobei die Anordnung aufweist: eine Vielzahl von Sensoren (28), wobei jeder der Vielzahl von Sensoren (28) an einer unterschiedlichen Stelle im Fahrzeug (10) angeordnet und dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter zu bestimmen; und ein Steuergerät (30), das dazu ausgebildet ist, die von der Vielzahl von Sensoren (28) bestimmten Parameter zu empfangen, anhand der empfangenen Parameter auf eine Verteilung von Radlasten im Fahrzeug (10) zu schließen, und eine Fahrwerksregelung basierend auf der Verteilung der Radlasten durchzuführen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Fahrwerksregelung das Ansteuern eines entsprechenden Aktuators aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Vielzahl von Sensoren (28) an einer Achse (20), einem Rad (22), einer Lasche oder einer Feder eines Federsystems (24) des Fahrzeugs (10) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei jeder der Vielzahl von Sensoren (28) dazu ausgebildet ist, eine Dehnung der entsprechenden Achse (20), des entsprechenden Rads (22), der entsprechenden Lasche oder der entsprechenden Feder zu bestimmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Vielzahl von Sensoren (28) wenigstens einen Dehnungsmesstreifen aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten im Fahrzeug (10) ein Federsystem (24) des Fahrzeugs (10) zu regulieren.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten eine Federkennlinie einer Luftfeder des Federsystems (24) zu regulieren oder durch Vorspannen einer Feder eines mechanischen Federsystems einen Zustand zu erzeugen, bei welchem ein definierter Arbeitspunkt in der Kennlinie der Feder angefahren wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten im Fahrzeug (10) die Dämpfung eines Dämpfungssystems (26) des Fahrzeugs (10) zu regulieren.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät (30) dazu ausgebildet ist, basierend auf der ermittelten Verteilung der Radlasten eine Druckstufe und/oder eine Zugstufe des Dämpfungssystems (26) zu regulieren.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (10) ein Nutzfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit Starrachsen, ein Kraftfahrzeug mit Luftfederung oder ein Kraftfahrzeug mit Blattfedern ist.
Verfahren zur automatischen Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug (10), wobei das Verfahren aufweist: mit jedem einer Vielzahl von Sensoren (28), Bestimmen jeweils mindestens eines Parameters; Ermitteln einer Verteilung von Radlasten in dem Fahrzeug (10) anhand der bestimmten Parameter; und Durchführen einer Fahrwerksregelung basierend auf der bestimmten Verteilung der Radlasten.