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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Niveaulage bei einem Fahrzeugaufbau gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei einem Fahrzeug mit einer Niveauregulierung ist es sehr wichtig, dass dem Niveauregelsystem die Information betreffend die Niveaulage des Fahrzeugaufbaus zugeführt wird. Verbreitet sind Höhenstandsensoren, deren Signale an ein Steuergerät geleitet werden. Es sind auch mechanische Vorrichtungen bekannt, die in Abhängigkeit der Fahrzeugniveaulage mindestens ein Schaltventil betätigen.
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Diese Bauformen für die Niveauerfassung bieten vielfach ein qualitativ hochwertiges Signal, sind jedoch relativ aufwändig und entsprechend teuer. Deshalb gibt es das Bedürfnis nach einer einfachen Ermittlung der Niveaulage.
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Eine Lösung kann darin bestehen, dass man die Beladung eines Fahrzeugs sensiert und über die Beladung in Kenntnis der Federrate der Fahrzeugfedern auf die Niveaulage schließt.
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Eine Idee zur Bestimmung einer Last besteht darin, eine elektrisch angetriebene Pumpe, die ein Hydrauliksystem mit hydraulischer Energie versorgt, zu überwachen, indem man die elektrischen Parameter, z. B. den momentanen Pumpenstrom erfasst. Der Pumpenstrom ist abhängig von der Last, die auf das System wirkt. Dieses Prinzip ist z. B. in der
DE 195 11 591 A1 offenbart.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer hydropneumatischen Niveauregeleinrichtung bei einem Fahrzeugaufbau zu realisieren, bei dem auf die Verwendung von Höhenstandsensoren verzichtet werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der elektrische Strom in dem Antrieb der Pumpe und dabei die Temperatur des Druckmediums gemessen wird, wobei diese beiden Parameter einen Funktionsgraph bilden, der mit mindestens einem abgespeicherten Funktionsgraphen gleicher Art verglichen wird, der eine definierte Beladung in Verbindung mit einer definierten Temperatur repräsentiert, und bei einer ausreichenden Annäherung des durch Messung bestimmten Funktionsgraph mit dem mindestens abgespeicherten Funktionsgraph mit gleichem Temperaturwert der Beladungskennwert des abgespeicherten Funktionsgraphen für die Berechnung der Niveaulage übernommen wird.
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Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der sehr geringen Anforderung an die technischen Mittel. Über die Temperaturmessung kann der Einfluss der Temperatur auf die Veränderung der progressiv verlaufenden Speicherkennlinie erfasst werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Verfahren bei einem definierten Ausgangspunkt der Niveaulage startet und somit ein Referenzwert bei der Berechnung vorliegt. Dafür kann das Stellelement bei einem Fahrzeugstillstand die kürzeste Wirklänge einnehmen, damit die tiefste Niveaulage des Fahrzeugaufbaus vorliegt. Diese Stützlänge lässt sich in der Regel einfach anfahren und einhalten.
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Alternativ kann das Stellelement bei einem Fahrzeugstillstand die längste Wirklänge einnehmen, damit die höchste Niveaulage des Fahrzeugaufbaus vorliegt. Diese Einstellung ist besonders komfortabel, wenn die Beladung von Fahrzeuginsassen gestellt werden und diese eine komfortable Einstiegshöhe des Fahrzeugaufbaus nutzen können.
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Bevorzugt wird das Verfahren dann eingesetzt, wenn sich der Beladungszustand des Fahrzeugaufbaus ändert. Während der Fahrt eines Fahrzeugs dürfte sich bei einem PKW, einem Zweirad und vielen Anwendungen eines LKWs kaum der Beladungszustand ändern, abgesehen von der Masse des Tankinhalts. Viele Änderungen des Beladungszustands stehen in Verbindung mit der Benutzung einer Fahrzeugtür. Deshalb wird das Verfahren bevorzugt dann gestartet, wenn eine Fahrzeugtür des Fahrzeugaufbaus betätigt wird.
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Das Verfahren ist zweifellos einer gewissen Ungenauigkeit unterworfen. Um das Verfahren zu kalibrieren, wird nach einer definierten Anzahl von Messungen ein Extremwert der Niveauregelanlage eingestellt, der dann als Referenzwert dient.
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Grundsätzlich ist die Temperaturmessung für das Verfahren an verschiedenen Messpunkten möglich. Bevorzug wird die Temperaturmessung innerhalb der Pumpe durchgeführt, da bereits eine elektrische Verbindung für den Antrieb der Pumpe verlegt ist.
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Eine weitere Vereinfachung der Messtechnik besteht darin, dass die Temperaturmessung in der Pumpe außerhalb des vom Druckmedium benetzten Bereichs durchgeführt wird, der Temperatursensor also trocken bleibt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Kompensation von möglichen Fehlerursachen besteht darin, dass zumindest zwei Stellelemente von separaten Pumpen speist werden, wobei die Stromwerte der beiden Pumpen zueinander abgeglichen werden. Es liegen als zwei Beladungskennwerte vor, die man z. B. mitteln kann. Darüber können z. B. dynamische Einflüsse auf die Last und damit auf die Stellelemente kompensiert werden.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 Ersatzschaubild eines Druckmittelversorgungssystems
- 2 Kennlinienverlauf des Strombedarfs
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Die 1 zeigt ein Ersatzschaubild eines Druckmittelversorgungssystems 1, insbesondere für ein Fahrwerkssystem. Ein derartiges Druckmittelversorgungssystem ist für eine Niveauregulierung bei einem PKW, einem Nutzfahrzeug oder auch einem Zweirad anwendbar. Denkbar ist auch der Einsatz bei einer Kabinenlagerung eines NKW oder einer Arbeitsmaschine.
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Das Niveauregulierungssystem 1 umfasst eine Pumpe 3 mit einem elektrischen Antrieb 5 zur Versorgung eines Anschlusses 7. Dieser Anschluss 7 ist mit einem Stellelement 9, z. B. einem Federbein verbunden. Bei dem dargestellten Stellelement 9 handelt es sich bevorzugt um einen Schwingungsdämpfer mit einer Kolbenstange 11 und einem Kolben 13, die axial beweglich in einem Zylinder 15 geführt sind. Zur Kompensation des von der Kolbenstange 11 verdrängten Dämpfmediums innerhalb des Zylinders 15 verfügt das Stellelement 9 über einen Ausgleichsraum 17, in dem in einem Hüllkörper 19 eine unter Druckstehende Gasmasse angeordnet ist. Ein derartiger Hüllkörper ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 209 562 A1 oder der
DE 10 2016 207 628 A1 bekannt. Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 aus dem Zylinder vergrößert sich aufgrund der Wirkung des internen Gasdrucks das Volumen des Hüllkörpers 19, so dass ein kolbenstangenseitiger und ein kolbenstangenferner Arbeitsraum 21; 23 stets mit einem Druckmedium gefüllt sind. Das Druckniveau innerhalb des Hüllkörpers 19 und das Druckniveau des Druckmediums im Ausgleichsraum 17 sind identisch, so dass der Hüllkörper praktisch keine nennenswerte Belastung aufweist.
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Die Pumpe 3 ist über eine Saugleitung 25 mit einem Druckmittelspeicher 27 verbunden, der eine Druckvorspannung oberhalb des Atmosphärendrucks aufweist. Die Druckvorspannung innerhalb des Druckmittelspeichers 27 richtet sich nach der Traglast des Stellelements 9. Eine sinnvolle Druckvorspannung könnte sich danach richten, dass das Stellelement 9 eine definierte Traglast auf einer definierten Niveaulage hält und dabei das Druckniveau im Druckmittelspeicher 27 dem Druckmittelniveau im Stellelement 9 entspricht.
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Die Pumpe 3 weist zwei Förderrichtungen auf, so dass allein mit der Ansteuerung der Pumpe 3 eine Stellbewegung des Stellelements 9 in beide Verstellrichtungen möglich ist.
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Zwischen der Saugleitung 25, die sich zwischen dem Druckmittelspeicher 27 und einem Sauganschluss 29 der Pumpe 3 und einer Pumpenauslassleitung 31 entsteht, ist ein Überdruckventil 33 angeordnet, dass eine Anbindung einer Steuerleitung 35 mit der Saugleitung 25 aufweist. Das Überdruckventil 33 nimmt durch eine Federvorlast 37 eine Sperrstellung ein und wird bei Bedarf durch den Druck in der Steuerleitung 35 in eine Durchlassstellung überführt. Dadurch wird verhindert, dass durch eine fehlerhafte Ansteuerung der Pumpe 3 das Druckniveau im Druckmittelspeicher 27 einen oberen Grenzwert überschreitet.
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Zwischen dem Anschluss 7 und der Pumpe 3 kann ein Schaltventil 39 angeordnet sein, mit dem die Druckmittelzufuhr aber auch der Rückfluss vom Anschluss 7 in Richtung des Druckmittelspeichers 27 gesteuert wird. In der einfachsten Ausführung genügt ein einfaches 2/2-Wegeventil, das nur eine Durchlass- und eine Blockierstellung aufweist. Grundsätzlich könnte man auf das Schaltventil 39 verzichten, doch dann sollte die Pumpe 3 in beide Strömungsrichtungen vom Anschluss 7 zum Druckmittelspeicher 27 und umgekehrt nur eine interne minimale Leckage aufweisen. Mit dem Schaltventil 39 wird der mögliche Einfluss einer internen Leckage ausgeschaltet.
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Bei einer einfachen Ausführung der Niveauregulierung genügt eine Anpassung an einen statischen Zustand, d. h. die Niveauregulierung reagiert nicht auf dynamischen Lageänderung eines Fahrzeugaufbaus z. B. beim Bremsen, bei Beschleunigung oder Kurvenfahrt, sondern auf eine Änderung des Beladungszustands, der über einen längeren Zeitraum konstant bleibt. Folglich findet auch keine permanente Niveauregelung statt, sondern es wird eine anlassbezogene Regelung angestrebt. Die Niveaulage wird durch das aus dem Zylinder 15 ragenden Ende der Kolbenstange 11 symbolisiert, an der ein beliebiger Fahrzeugaufbau befestigt ist.
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Bei dem vorliegenden Verfahren zur Ermittlung der Niveaulage bei einem Fahrzeugaufbau wird über die Erfassung eines Beladungszustand des Fahrzeugaufbaus auf dessen Niveaulage geschlossen wird. Dazu wird der elektrische Strom in dem Antrieb 5 der Pumpe 3 und dabei die Temperatur des Druckmittels mittels eines Sensors 49 gemessen. Der Strombedarf für den Antrieb der Pumpe 3 verhält sich proportional zur Last des gesamten Fahrzeugaufbaus. Bei einer geringen Last benötigt der Antrieb 5 eine geringe Stromzufuhr. Mit zunehmender Stellhöhe des Fahrzeugaufbaus wird der Speicher bzw. der Hüllkörper 19 innerhalb des Stellelements 9 stärker vorgespannt. In der 2 ist ein typischer Kennlinienverlauf des Strombedarfs aufgezeigt. Diese Kennlinie entspricht qualitativ der Speicherkennlinie des Stellelements 9.
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Die Kennlinie des Speichers 19 verändert sich aber deutlich in Abhängigkeit der Temperatur des Druckmittels. Deshalb sind in einem Steuergerät 43 eine Vielzahl von Funktionsgraphen abgelegt, die von diesen beiden Parametern gebildet werden.
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Der aktuelle Funktionsgraph 51 wird mit mindestens einem abgespeicherten Funktionsgraphen gleicher Art verglichen, der eine definierte Beladung in Verbindung mit einer definierten Temperatur repräsentiert. Die Temperaturmessung kann innerhalb des Stellelements 9, des Speichers 27, aber auch innerhalb der Pumpe 3; 5 durchgeführt werden. Wenn die Temperaturmessung innerhalb der Pumpe durchgeführt wird, dann ist es sinnvoll, wenn die Temperaturmessung in der Pumpe außerhalb des vom Druckmedium benetzten Bereichs durchgeführt wird. Der Begriff „in der Pumpe außerhalb des vom Druckmedium benetzten Bereichs“ schließt den elektrischen Antrieb 5 der Pumpe 3 als Messort ein, die Pumpe und der elektrische Antrieb räumlich sehr eng zueinander montiert sind, ggf. auch in einem gemeinsamen Gehäuse 41.
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Der Speicher für die Funktionsgraphen kann in dem Steuergerät 43 enthalten sein oder auch Bestandteil des elektrischen Antriebs 5 der Pumpe 3 sein. Bei einer ausreichenden Annäherung des durch Messung bestimmten Funktionsgraphs mit dem mindestens abgespeicherten Funktionsgraph mit gleichem Temperaturwert wird der Beladungskennwert des abgespeicherten Funktionsgraphen für die Berechnung der Niveaulage übernommen. Bei Kenntnis der Federrate des Stellelements 9 kann man über den Beladungskennwert die Niveaulage berechnen, indem man den Beladungskennwerte [N] durch die Federrate [N/mm] dividiert. Dadurch erhält man den Stellweg s [mm] des Stellelements 9 und damit die Niveaulage des Fahrzeugaufbaus.
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Um den Verfahrensablauf zu beschleunigen und zu vereinfachen nimmt das Stellelement 9 bei einem Fahrzeugstillstand die kürzeste Wirklänge ein. Im Stillstand liegen keine Fahrbahnanregungen vor, die sich indirekt auf die Niveaulage des Fahrzeugaufbaus auswirken, indem der Fahrzeugaufbau schwingt und der Strombedarf für den elektrischen Antrieb 5 ebenfalls variabel wäre. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, die tiefste Niveaulage des Fahrzeugaufbaus vorzusehen, von der aus das Verfahren gestartet wird. Die tiefste Niveaulage ist in der Regel die energiesparsamste Position und daher leicht einzustellen bzw. einzuhalten.
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Man kann aber auch vorsehen, dass das Stellelement 9 bei einem Fahrzeugstillstand die längste Wirklänge einnimmt und damit die höchste Niveaulage des Fahrzeugaufbaus vorliegt. Bei einer Beladung sinkt der Fahrzeugaufbau ein und bewirkt durch den Rückstrom von Druckmedium aus dem Stellelement 9 durch die Pumpe 3 in den Speicher 27 in dem elektrischen Antrieb 5 einen Generatorstrom, der ebenfalls messbar und damit auswertbar ist.
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Das Verfahren ist dient insbesondere der statischen Anpassung der Niveaulage des Fahrzeugaufbaus. Standardmäßig wird das Verfahren beim Einschalten der Stromversorgung des Niveauregulierungssystems gestartet. Um auch die Beladungsänderungen zu berücksichtigen, die sich z. B. bei laufendem Motor eines Fahrzeugs ereignen, wird das Verfahren z. B. auch dann gestartet wird, wenn eine Fahrzeugtür 45 des Fahrzeugaufbaus betätigt wird. Ein entsprechendes Signal ausgehend von einem Signalgeber 47.
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Dazu dient auch die Maßnahme, dass nach einer definierten Anzahl von Messungen ein Extremwert des Niveauregulierungssystems eingestellt wird, um ein Abdriften der Beladungswerte aufgrund von Abschätzungen und Interpolationen zwischen gemessenen Daten und abgespeicherten Funktionsgraphen zu kompensieren.
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Optional kann man auch vorsehen, dass zumindest zwei Stellelemente von separaten Pumpen speist werden, wobei die Stromwerte der beiden Pumpen zueinander abgeglichen werden, um daraus einen gemittelten Stromwert für den Verfahrensablauf zu erhalten. In der 2 ist dieser optionale Schritt durch die Verbindung mit einem weiteren Niveauregulierungssystem 1 symbolisiert. Auch diese Maßnahme dient der Qualitätssteigerung des gesamten Verfahrens.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Niveauregulierungssystem
- 1'
- Niveauregulierungssystem
- 3
- Pumpe
- 5
- Elektrischer Antrieb
- 7
- Anschluss
- 9
- Stelleelement
- 11
- Kolbenstange
- 13
- Kolben
- 15
- Zylinder
- 17
- Ausgleichsraum
- 19
- Hüllkörper
- 21
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 23
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 25
- Saugleitung
- 27
- Druckmittelspeicher
- 29
- Sauganschluss
- 31
- Pumpenauslassleitung
- 33
- Überdruckventil
- 35
- Steuerleitung
- 37
- Federvorlast
- 39
- Schaltventil
- 41
- Gehäuse
- 43
- Steuergerät
- 45
- Fahrzeugtür
- 47
- Signalgeber
- 49
- Sensor
- 51
- Funktionsgraph
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19511591 A1 [0005]
- DE 102015209562 A1 [0018]
- DE 102016207628 A1 [0018]
