DE19717418C1 - Mehrspuriges Kurvenneigerfahrzeug - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein mehrspuriges Kurvenneigerfahrzeug,
dessen Aufbau sich bei Kurvenfahrt mit einem durch ein automati
sches Steuersystem betätigten Aktuator aktiv zur Kurveninnen
seite neigen läßt, insbesondere ein Dreiradfahrzeug mit zwei
- vorzugsweise der Aufbauneigung folgenden - Vorderrädern und
einem der Aufbauneigung folgenden Hinterrad.
Derartige Fahrzeuge sind grundsätzlich bekannt. Beispielswei
se werden bereits Eisenbahnwagen regelmäßig eingesetzt, deren
Aufbau sich bei Kurvenfahrt zum Ausgleich der auf die Fahrgä
ste wirkenden Fliehkräfte zur Kurveninnenseite hin neigt. Auf
diese Weise kann der Fahrkomfort wesentlich erhöht werden. In
diesem Zusammenhang kann auf die EP 0 528 783 A1 verwiesen
werden.
Bei Fahrzeugen mit im Vergleich zur Fahrzeuggröße geringer
Spurweite dient die Kurvenneigung des Aufbaus sowie eine ent
sprechend der Aufbauneigung gesteuerte Schräglage der Räder
auch dazu, bei höheren Kurvengeschwindigkeiten die notwendige
Kippsicherheit des Fahrzeuges zu gewährleisten. Derartige
Fahrzeuge werden beispielsweise in der DE 196 08 578 A1 be
schrieben, die jedoch nicht vorveröffentlicht ist und ledig
lich auf einer älteren Anmeldung beruht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine hohe Sicherheit auch
dann zu gewährleisten, wenn in der automatischen Steuerung
der Kurvenneigung eine Fehlfunktion auftritt.
Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
- - das sich ständig auf korrekte Funktion überprüfende Steuer system bei Fehlfunktion automatisch vom Aktuator abgetrennt wird,
- - bei Abtrennung des Steuersystems vom Aktuator ein ständig arbeitendes, bei Normalbetrieb jedoch vom Aktuator abge trenntes Notsystem mit dem Aktuator verbunden wird,
- - dieses Notsystem eine auf Querbeschleunigungen des Fahrzeu ges reagierende und bei verschwindender Querbeschleunigung eine Mittellage einnehmende Trägheitsmasse aufweist,
- - von dieser Trägheitsmasse jeweils eine von zwei parallelen Steuervorrichtungen des Notsystems wirksam geschaltet wird, derart, daß bei wirksamer Querbeschleunigung die erste Steuervorrichtung und bei verschwindender Querbeschleuni gung die zweite Steuervorrichtung wirksam wird,
- - die erste Steuervorrichtung eine maximale Aufbauneigung in Richtung der Querbeschleunigung und die zweite Steuervor richtung eine Rückstellung der Aufbauneigung bewirkt, wenn das Notsystem mit dem Aktuator verbunden ist.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für den
Notfall ein Notsteuersystem mit eigenem Energievorrat bereit
zustellen, so daß zumindest noch einige Fahrmanöver mit Kur
venneigung des Aufbaus durch- bzw. weitergeführt werden kön
nen, bevor das Fahrzeug gegebenenfalls mit in aufrechter Lage
fixiertem Aufbau und verminderter Fahrgeschwindigkeit, insbe
sondere in Kurven weiterfahren kann. Auf diese Weise kann
auch der schlimmste denkbare Notfall, d. h. beginnende Kurven
fahrt mit hoher Geschwindigkeit, beherrscht werden, weil sich
der Aufbau durch das Notsteuersystem noch neigen läßt.
Des weiteren wird mit der Erfindung das Konzept verwirklicht,
für die Notsteuerung besonders zuverlässige mechanische Ele
mente, hier eine Trägheitsmasse bzw ein Trägheitspendel,
einzusetzen, wobei die von diesen Elementen betätigten Steu
erorgane im Normalbetrieb lediglich wirkungslos geschaltet
sind, jedoch ständig in gleicher Weise wie beim Notfall ar
beiten. Die Zuverlässigkeit wird noch dadurch erhöht, daß pa
rallele Steuerkreise mit jeweils funktional gesonderten Auf
gaben vorgesehen sind.
Gleichzeitig zeichnet sich das erfindungsgemäße System durch
wünschenswerte Einfachheit aus, indem bei Notfällen bei wirk
samer Querbeschleunigung des Fahrzeuges jeweils die maximale
Aufbauneigung in Richtung der Querbeschleunigung eingestellt
wird. Dadurch wird einerseits eine maximale Kippsicherheit
des Fahrzeuges bei Kurvenfahrt und andererseits eine große
konstruktive Einfachheit und entsprechende Zuverlässigkeit
gewährleistet. Es muß lediglich eine Komforteinbuße für die
Insassen hingenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein
doppeltwirkender fluidischer Aktuator zur Einstellung der
Aufbauneigung und als Energiespeicher für den Notfall ein
Druckspeicher vorgesehen, welcher bei Normalbetrieb durch ein
ständig in Öffnungsrichtung federbelastetes Absperrventil ge
genüber dem Aktuator abgesperrt wird.
Der erste Steuerkreis kann im Falle eines fluidischen Aktua
tors eine von der Trägheitsmasse betätigte Ventilanordnung
aufweisen, welche zwischen dem Druckspeicher und dem Aktuator
angeordnet ist und bei geringer bzw. verschwindender Querbe
schleunigung beide Seiten des Aktuators vom Druckspeicher ab
trennt und bei wirksamer Querbeschleunigung jeweils eine Sei
te des Aktuator mit dem Druckspeicher und die andere Seite
des Aktuators mit einem relativ drucklosen Ausgang verbindet,
der im Falle eines hydraulischen Systems zu einem relativ
drucklosen Hydraulikreservoir führen kann.
Der zweite Steuerkreis kann ein von der Trägheitsmasse ge
steuertes, bei verschwindender Querbeschleunigung geöffnetes
Absperrventil sowie dazu in Reihe ein von der Aufbauneigung
gesteuertes Steuerventil aufweisen, welches je nach Richtung
der Aufbauneigung die eine oder andere Seite des Aktuators
mit dem Druckspeicher und die jeweils verbleibende Seite des
Aktuators mit dem relativ drucklosen Ausgang verbindet, der
art, daß die Aufbauneigung zurückgestellt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung können die Trägheitsmasse sowie die davon betätigten
Steuerelemente bzw. -ventile auf einer ständig etwa horizon
talen bzw. horizontal gehaltenen Plattform angeordnet sein,
um die Trägheitswirkungen besonders effektiv ausnutzen zu
können.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin
dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der
Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird.
Dabei zeigt die einzige Figur einen schematisierten Quer
schnitt des erfindungsgemäßen Kurvenneigerfahrzeuges im Be
reich der Vorderachse.
Das Fahrzeug besitzt einen nicht näher dargestellten Fahr
zeugaufbau mit einem Chassis 1, an dem im vorderen Bereich
Vorderräder 2 in grundsätzlich bekannter Weise mittels unte
rer und oberer Querlenker 3 und 4 hubbeweglich angelenkt
sind. Die unteren Querlenker 3 sind über Feder- und Stoßdämp
feraggregate 5 an chassisseitigen Widerlagern federbar abge
stützt, die als um Fahrzeuglängsachsen schwenkbare Hebel 6 am
Chassis 1 schwenkgelagert und an ihren in der Zeichnung obe
ren freien Enden über eine Koppelstange 7 miteinander gelen
kig verbunden sind.
Am Chassis 1 ist des weiteren ein als doppeltwirkendes Kol
ben-Zylinder-Organ ausgebildeter Aktuator 8 schwenkbar gela
gert, dessen Kolbenstange 8' mit einem Arm 9 gelenkig verbun
den ist, der seinerseits drehfest an den in der Zeichnung
linken Hebel 6 angebunden ist. Durch Betätigung des Aktuators
8 können also die Hebel 6 relativ zum Chassis 1 unter Seit
wärtsneigung des Chassis 1 sowie der Vorderräder 2 ver
schwenkt werden. Damit läßt sich der nicht dargestellte Fahr
zeugaufbau bei Kurvenfahrt zur Kurveninnenseite neigen.
Die beiden Seiten des Aktuators 9 sind über Anschlußleitungen
10 und 11 mit einem durch eine Schließfeder ständig schlie
ßend beaufschlagten Absperrventil 12 verbunden, welches in
Reihe zu einem Proportionalventil 13 angeordnet ist, das ei
nerseits mit einer als hydraulische Druckquelle dienenden
Pumpe 14 und andererseits mit einem relativ drucklosen Reser
voir 15 verbunden ist, an das auch die Saugseite der Pumpe 14
angeschlossen ist.
Parallel zum Absperrventil 12 sind die Anschlußleitungen 10
und 11 des Aktuators 8 mit einem Absperrventil 16 verbunden,
welches durch Federkraft ständig in seine Offenlage gedrängt
wird. In Reihe zum Absperrventil 16 ist ein Steuerventil 17
angeordnet, welches einerseits mit dem Reservoir 15 und ande
rerseits mit einem hydraulischen Druckspeicher 18 verbunden
ist, der über ein Rückschlagventil 19 auch an die Druckseite
der Pumpe 14 angeschlossen ist.
Parallel zum Steuerventil 17 sind ein Steuerventil 20 sowie
ein dazu in Reihe geschaltetes Absperrventil 21 angeordnet,
welcher einerseits mit dem Druckspeicher 18 und andererseits
mit dem Reservoir 15 verbunden ist.
Eine zur Steuerung der Aufbauneigung des Fahrzeuges dienende
elektronische Steuerschaltung 22 ist eingangsseitig mit ver
schiedenen Sensoren 23 verbunden, so daß bei der Steuerung
der Aufbauneigung vorgegebene Parameter berücksichtigt werden
können. Ausgangsseitig ist die Steuerschaltung 22 an die
Stellmagnete des Proportionalventiles 13 sowie der Absperr
ventile 12 und 16 angeschlossen, wobei bei normaler Funktion
der Steuerschaltung 22 das Absperrventil 12 gegen die Kraft
seiner Schließfeder offengehalten und das Absperrventil 16
gegen die Kraft seiner Öffnungsfeder geschlossen gehalten
wird.
Das Steuerventil 17 und das Absperrventil 21 werden mittels
eines Trägheitspendels 24 gesteuert, welches auf Querbe
schleunigungen des Fahrzeuges reagiert und je nach Richtung
der Querbeschleunigung in einer Richtung des Doppelpfeiles P
ausgelenkt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das Trägheitspendel 24 mit einer nicht darge
stellten Zentrierfeder versehen, die das Pendel 24 in die
dargestellte Neutrallage zu drängen sucht, so daß das Träg
heitspendel 24 erst bei einem Mindestmaß der Querbeschleuni
gung ausgelenkt werden kann.
In der Neutrallage des Trägheitspendels 24 nimmt das Steuer
ventil 17 eine Schließlage ein, während das Absperrventil 21
geöffnet ist. Bei Auslenkung des Trägheitspendels 24 wird das
Absperrventil 21 geschlossen, während das Steuerventil 17 je
nach Richtung der Auslenkung eine der beiden dargestellten
Schaltstellungen einnimmt.
Das Steuerventil 20 wird in Abhängigkeit von der Aufbaunei
gung des Fahrzeuges gesteuert und ist im dargestellten Bei
spiel dazu über ein Gestänge 25 mit dem in der Zeichnung
rechten Hebel 6 gekoppelt. Wenn der Fahrzeugaufbau seine nor
male aufrechte Lage einnimmt, ist das Steuerventil 20 ge
schlossen. Wird der Fahrzeugaufbau zur einen oder anderen
Seite hin seitwärts geneigt, so wird das Steuerventil 20 in
die eine andere der beiden weiteren dargestellten Schaltlagen
eingestellt.
Die dargestellte Anordnung funktioniert wie folgt:
Die Steuerschaltung 22 überprüft sich ständig auf fehlerfrei
en Betrieb. Solange keinerlei Fehler erkannt wird, werden die
Stellmagnete der Absperrventile 12 und 16 bestromt, mit der
Folge, daß das Absperrventil 12 seine Offenlage und das Ab
sperrventil 16 seine Schließlage einnimmt. In Abhängigkeit
von den Signalen der Sensoren 23 betätigt die Steuerschaltung
22 das Proportionalventil 13, mit der Folge, daß die beiden
Seiten des Aktuators 8 entweder gegeneinander abgesperrt oder
mit steuerbarer Drosselung mit der Druckseite der Pumpe 14
bzw. mit dem relativ drucklosen Reservoir 15 verbunden wer
den, wobei die Kolbenstange 8' des Aktuators 8 unter Seit
wärtsschwenkung des Fahrzeugaufbaus in der einen oder anderen
Richtung verschoben wird. Im Ergebnis wird auf diese Weise im
Normalfall die Kurvenneigung des Fahrzeugaufbaus derart ge
steuert, daß die bei Kurvenfahrt auf die Insassen wirkenden
Zentrifugalkräfte durch Schrägstellung des Aufbaus kompen
siert werden.
Während dieses Normalbetriebes wird der Druckspeicher 18
ständig aufgeladen bzw. auf Betriebsdruck gehalten. Eine Ent
ladung des Druckspeichers 18 ist beim Normalbetrieb aufgrund
des Rückschlagventiles 19 sowie des bei Normalbetrieb ge
schlossenen Absperrventiles 16 nicht möglich.
Beim Normalbetrieb führen Querbeschleunigungen des Fahrzeu
ges, insbesondere infolge einer Kurvenfahrt, zur Auslenkung
des Trägheitspendels 24, so daß die mit dem Trägheitspendel
24 gekoppelten Ventile 17 und 21 entsprechend verstellt wer
den. Im übrigen verstellt sich auch das Steuerventil 20 in
Abhängigkeit von der Aufbauneigung. Diese Verstellungen der
Ventile 17, 10 und 21 bleiben jedoch bei Normalbetrieb auf
grund des dann gesperrten Absperrventiles 16 wirkungslos.
Sobald die Steuerschaltung 22 eine Fehlfunktion registriert,
werden die Stellmagnete sämtlicher von ihr ausgangsseitig ge
steuerten Ventile stromlos geschaltet. Damit geht das Ab
sperrventil 12 in die dargestellte Schließlage und das Ab
sperrventil 16 in die dargestellte Offenlage über. Außerdem
kann das Proportionalventil 13 durch Federn in seine Schließ
lage gedrängt werden.
Nunmehr wird eine Notsteuerung der Aufbauneigung durch die
vom Trägheitspendel 24 betätigten Ventile 17 und 21 sowie das
von der Aufbauneigung gesteuerte Ventil 20 wirksam.
Wenn das Fahrzeug in eine Kurve gelenkt wird bzw. eine Kurve
fährt, schwenkt das Trägheitspendel 24 zur Kurvenaußenseite
hin, mit der Folge, daß das zuvor geöffnete Ventil 21 ge
schlossen und damit das Steuerventil 20 unwirksam geschaltet
wird. Gleichzeitig wird das Steuerventil 17 aus der darge
stellten Schließlage in eine der beiden Schaltstellungen um
geschaltet, derart, daß jeweils eine Seite des Aktuators 8
mit dem Druckspeicher 18 und die andere Seite des Aktuators 8
mit dem Reservoir 15 verbunden wird. Im Ergebnis neigt sich
damit der Aufbau des Fahrzeuges zur jeweiligen Kurveninnen
seite, und zwar jeweils mit maximaler Seitwärtsneigung.
Sobald keine oder nur noch eine sehr geringe Querbeschleuni
gung auf das Fahrzeug wirkt, etwa nach Abschluß einer Kurven
fahrt, stellt sich das Trägheitspendel 24 in die dargestellte
Neutrallage zurück, mit der Folge, daß das Steuerventil 17
schließt und das Absperrventil 21 geöffnet wird. Damit wird
das von der Ausbauneigung gesteuerte Steuerventil 20 wirksam,
welches aufgrund der noch vorliegenden Aufbauneigung eine
seiner Schaltlagen einnimmt. Dabei ist das Steuerventil 20
derart ausgebildet, daß nunmehr die beiden Seiten des Aktua
tors 8 in einer Weise mit dem Druckspeicher 18 und dem Reser
voir 15 verbunden werden, bei der die vorhandene Seitwärts
neigung des Aufbaus zurückgestellt wird. Sobald der Aufbau
des Fahrzeuges wieder aufrecht steht, schließt das Steuerven
til 20.
Auf diese Weise wird ein Notbetrieb zur Steuerung der Auf
bauneigung ermöglicht, wobei drei Stellungen einstellbar
sind:
Der Aufbau ist maximal nach links geneigt, der Aufbau ist
aufgerichtet und der Aufbau ist maximal nach rechts geneigt.
Falls beim Notbetrieb die Pumpe 14 weiterläuft, kann der Not
betrieb praktisch beliebig lange aufrechterhalten werden. An
dernfalls ist der Notbetrieb zumindest bis zur Entladung des
Druckspeichers 18 möglich. Der Druckspeicher 18 ist so bemes
sen, daß ein Doppelspurwechsel möglich ist, bei dem der Auf
bau zunächst zur einen Fahrzeugseite und dann zur anderen
Fahrzeugseite geneigt und danach zurück in die aufrechte Lage
gebracht wird. Auf diese Weise können begonnene Fahrmanöver
auch mit hoher Fahrgeschwindigkeit beendet werden. Danach
kann der Fahrzeugaufbau in aufrechter Lage mit einer nicht
dargestellten Arretierung festgestellt werden, so daß eine
verlangsamte Weiterfahrt des Fahrzeuges ohne jede Aufbaunei
gung bei Kurvenfahrt möglich bleibt.
Vorzugsweise ist das Trägheitspendel 24 zusammen mit den von
ihm gesteuerten Ventilen 17 und 21 an einer nur schematisch
dargestellten Plattform 26 angeordnet, die unabhängig von der
Seitwärtsneigung des Fahrzeugaufbaus horizontal stehen bleibt
bzw. in Horizontallage (d. h. etwa parallel zur Fahrbahnebene)
gehalten wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die in
Fahrzeugquerrichtung wirkenden Trägheitskräfte das Träg
heitspendel 24 besonders wirksam steuern können.
Claims (8)
1. Mehrspuriges Kurvenneigerfahrzeug, dessen Aufbau sich bei
Kurvenfahrt mit einem durch ein automatisches Steuersystem
(22) betätigte Aktuator (8) aktiv zur Kurveninnenseite neigen
läßt, insbesondere Dreiradfahrzeug mit zwei - vorzugsweise
der Aufbauneigung folgenden - Vorderrädern (2) und einem der
Aufbauneigung folgenden Hinterrad, wobei
- 1. das sich ständig auf korrekte Funktion überprüfende Steuer system (22) bei Fehlfunktion automatisch vom Aktuator (8) abgetrennt wird (Absperrventil 12),
- 2. bei Abtrennung des Steuersystems (22) vom Aktuator (8) ein ständig arbeitendes, bei Normalbetrieb jedoch vom Aktuator (8) abgetrenntes Notsystem mit dem Aktuator (8) verbunden wird (Absperrventil 16),
- 3. dieses Notsystem eine auf Querbeschleunigungen des Fahrzeu ges reagierende und bei verschwindender Querbeschleunigung eine Mittellage einnehmende Trägheitsmasse (24) aufweist,
- 4. von dieser Trägheitsmasse (24) jeweils eine von zwei paral lelen Steuervorrichtungen (17, 20) des Notsystems wirksam geschaltet wird, derart, daß bei wirksamer Querbeschleuni gung die erste Steuervorrichtung (17) und bei verschwinden der Querbeschleunigung die zweite Steuervorrichtung (20) wirksam wird,
- 5. die erste Steuervorrichtung (17) eine maximale Aufbaunei gung in Richtung der Querbeschleunigung und die zweite Steuervorrichtung (20) eine Rückstellung der Aufbauneigung bewirkt, wenn das Notsystem mit dem Aktuator (8) verbunden ist.
2. Kurvenneigerfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein doppeltwirkender fluidischer Aktuator (8) und als
Energiespeicher ein Druckspeicher (18) vorgesehen sind, wel
cher bei Normalbetrieb durch ein ständig in Offenlage feder
belastetes Absperrventil (12) gegenüber dem Aktuator (8) ab
gesperrt wird.
3. Kurvenneigerfahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein hydraulischer Aktuator (8) angeordnet ist.
4. Kurvenneigerfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Steuerkreis eine von der Trägheitsmasse (24)
betätigte Ventilanordnung (17) aufweist, welche zwischen dem
Druckspeicher (18) und dem Aktuator (8) angeordnet ist und
bei geringer bzw. verschwindender Querbeschleunigung beide
Seiten des Aktuators (8) absperrt und bei wirksamer Querbe
schleunigung jeweils eine Seite des Aktuators (8) mit dem
Druckspeicher (18) und die andere Seite mit einem relativ
drucklosen Ausgang (15) verbindet, derart, daß der Aufbau ma
ximal in Richtung der Querbeschleunigung geneigt wird.
5. Kurvenneigerfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Steuerkreis ein von der Trägheitsmasse (24)
gesteuertes, bei verschwindender Querbeschleunigung geöffne
tes Absperrventil (21) sowie dazu in Reihe ein von der Auf
bauneigung gesteuertes (Gestänge 25) Steuerventil (20) aufweist, welches je
nach Richtung der Aufbauneigung die eine oder andere Seite
des Aktuators (8) mit dem Druckspeicher und die jeweils ver
bleibende Seite des Aktuators mit einem relativ drucklosen
Ausgang (15) verbindet, derart, daß eine Aufbauneigung zu
rückgestellt wird.
6. Kurvenneigerfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägheitsmasse (24) sowie die davon betätigten Steu
erelemente bzw. -ventile (17; 21) auf einer ständig etwa hori
zontalen bzw. horizontal gehaltenen Plattform (26) angeordnet
sind.
7. Kurvenneigerfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich oder alternativ zum Druckspeicher (18) eine
Druckquelle (14) mit autonomer Energieversorgung angeordnet
ist.
8. Kurvenneigerfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Notsystem ein bei Normalbetrieb ständig nachgeladener
Energiespeicher (18) zugeordnet ist.
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