DE2420203B2

DE2420203B2 - Einrichtung zum Schutz eines Gelenk-Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken

Info

Publication number: DE2420203B2
Application number: DE2420203A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Ing.(Grad.) Feutlinske; O.W.O. Schultz
Original assignee: HAMBURGER HOCHBAHN AG 2000 HAMBURG
Current assignee: HAMBURGER HOCHBAHN AG 2000 HAMBURG
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1974-04-26
Publication date: 1979-07-12
Also published as: JPS50146015A; HU177324B; DE2420203C3; JPS5848392B2; DE2420203A1; SE7504810L; SE390281B; CA1043382A; US4106792A; BR7502463A; FR2268658A1; BE828377A; IT1044261B; CH580505A5; NL185992C; NL7504941A; FR2268658B1; NL185992B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz eines Gelenk-Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken mittels einer Gelenksperre, die aufgrund des Signals einer von dem jeweiligen Lenk- und Knickwinkel beeinflußten Winkelvergleichseinrichtung betätigbar ist.

Der Gelenkwinkel — das ist der im Gelenkpunkt gemessene Winkel zwischen den Längsrichtungen der beiden Fahrzeugteile — folgt bei regulärem Fahrverhalten mit bestimmter zeitlicher Verzögerung dem durcli die gelenkten Räder willkürlich vorgegebenen Lenkwinkel. Bei glatter Fahrbahn und insbesondere, wenn der hintere Fahrzeugteil (Nachläufer) einen Schub nach vorne ausübt, kann es zum Einknicken des Fahrzeuges und damit zu einem gefährlichen Fahrzustand kommen.

Nach der US-PS 24 61 212 soll ein unregelmäßiges Einknicken des Gelenkfahrzeuges dadurch verhindert werden, daß am Gelenk eine Sperre angeordnet ist, die jeweils dann eingreift, wenn Lenkwinkel und Gelenkwinkel die einander bei ordnungsgemäßer Kurvenfahrt zugeordneten Werte haben. Dabei wird aber übersehen, daß insbesondere bei scharfen Kurven der Lenkwinkel bei Kurvenbeginn im allgemeinen wesentlich größer ist als der Gelenkwinkel, während bei Kurvenende der Lenkwinkel schon auf geringe Werte reduziert ist, während der Gelenkwinkel noch groß ist. Das bedeutet; daß das Fahrzeugelenk gerade in denjenigen Augenblikken nicht verriegelt ist, in denen die Gefahr eines Einknickens besonders groß ist, weil das Fahrzeug seinen Fahrzustand stark ändert. Im Gcfahrenfaüe muH der Fahrer versuchen, diejenige Lenkradstellung zu finden, in welcher das Fahrzeuggelenk gesperrt ist. Dies ist um so schwieriger, als diese Lenkradstellung von der Größe des jeweiligen Knickwinkels abhängt: denn die

Sperre greift ja nur bei Übereinstimmung des Lenkwinkels mit dem Knickwinkel ein. Der Fahrer wird unter den Schreckbedingungen einer Gefahrensituation kaum in der Lage sein, diese Lenkradstellung zu finden, wobei erschwerend hinzukommt, daß er dabei seinem natürlichen Fahrgefühl zuwiderhandeln muß. Wenn nämlich beispielsweise in der zweiten Kurvenhälfte ein Oberschwingen des Anhängers auftritt, darf der Fahrer nicht gegenlenken, sondern er muß den Lenkwinkel vergrößern, um ihn dem Knickwinkel anzugleichen. Wenn es dem Fahrer gelingen sollte, die Verriegelungsstellung zu finden, so wird das Fahrzeug in einer Lenkrichtung verriegelt, die mit der vom Fahrer beabsichtigten Fahrtrichtung nicht übereinstimmt und möglicherweise zur Katastrophe führt Die Wahrscheinlichkeit ist jedoch groß, daß diese schon früher eingetreten ist, weil die bis zur Verriegelung vergehende Zeit zu lang für eine Beherrschung der Situation ist Der Fahrer stellt nämlich den Gefahrenzustand erst dann fest, wenn er im Rückspiegel den Nachläufer aus der üblichen Richtung kommen sieht, wenn also der Gefahrenzustand schon weit fortgeschritten ist. Erst nach dem Virstreichen einer Schrecksekunde kann er versuchen, die Verriegelungsstellung des Lenkrads zu finden. Dann dürfte es im allgemeinen zu spät sein.

Ähnlich ist die Verriegelungseinrichtung nach der US-PS 32 50 547 jeweils dann verriegelt, wenn das Lenkrad aich in Geradeausstellung befindet oder wenn der Lenkeinschlag dem Gelenkwinkel entgegengesetzt ist. Wenn der Fahrer den Gefahrenzustand bemerkt, muß er versuchen, das Lenkrad in die Geradeausstellung oder darüber hinaus zurückzudrehen, um dadurch ein weiteres Einknicken des Gelenks zu verhüten. Weil die Verriegelung von einer Reaktion des Fahrers abhängt, tritt sie aus den weiter oben erörterten Gründen viel zu spät ein. Ferner sind im Verriegelungszustand die vorhandenen Lenk- und Knickwinkel im Zweifelsfalle so weit von der gewünschten Fahrtrichtung entfeint, daß die Gefahr durch die Verriegelung eher vergrößert als verringert wird.

Die starre Verriegelung des Gelenks eines Gelenkfahrzeugs v/ird deshalb in der Fachwelt zum Teil gänzlich abgelehnt (DE-OS 15 55 677, Seite 1). Aus diesem Grunde ist nach der US-PS 36 18 983 die Bremsung des Anhängers vorgesehen, wenn der Lcnkwinkel und der Knickwinkel nicht übereinstimmen. Da bei Beginn und Ende einer Kurve diese Übereinstimmung in der Regel fehlt, ist dies eine gefährliche Anordnung, weil schon bei regulärem Fahrverhalten die Anhängerbremsen eingreifen und dadurch die Bodenhaftung verlorengehen kann. Während der Fahrer die Bremsen je nach den Bodenverhältnissen vorsichtig betätigen kann, muß sich eine automatische Bremsung ohne Berücksichtigung der Bodenverhältnisse gefährlich auswirken. Möglicherweise aus diesem Grunde ist in der Patentschrift vorgesehen, daß die Bremswirkung mit der Winkelabweichung zunehmen soll. Aber auch bei normaler Kurvenfahrt treten große Abweichungen zwischen Lenk- und Knickwinkel auf, die somit zu starker Bremswirkung führen und das Fahrzeug unbrauchbar machen müssen. Im übrigen ist das bekannte System zur Sicherung nicht ausreichend, weil in vielen Fällen ein Knickschutz auch erforderlich ist, wenn Lenk- und Knickwinkel gleich sind, nämlich beispielsweise in der Mitte einer Kurve. Außerdem ist eine sukzessiv wirkende Bremse unzureichend, weil jede Maßnahme zu spät kommt, wenn die Winkelabweichung bereits ein kritisches Maß angenommen hat.

Das nicht vorveröffentlichte, ältere Patent 22 56 455 iieht im Zusammenhang mit der Lenkung von Lastkraftwagen vor, daß der Knickwinkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und derjenigen des Anhängers gemessen wird, um einschließlich seiner ersten zeitlichen Ableitung als Führungsgröße für die Einstellung der Lenkwinkel der lenkbaren Anhängerachsen verwendet zu werden. Weder ist mit dieser Anordnung die Feststellung eines kritischen Fahrzustands möglich, weil die Lenkwinkel der Anhängerachsen dem Knickwinkel nur passiv folgen, noch ist eine Gelenksperre vorgesehen, die einem kritischen Fahrzustand entgegenwirken könnte.

Die Erfindung geht von der Voraussetzung aus, daß nur eine Gelenksperre zu einer Fahrzeugsicherung führen kann. Die zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, deren Sperrwirkung unabhängig von der Reaktion des Fahrers und den obwaltenden Fahrbe^Jingungen eintritt, die Streckung des Fahrzeugs nach eingetretener Sperrung nicht verhindert und keine negativen Rückwirkungen auf das Fahrerverhalten hat

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine Einrichtung zum. Feststellen oder Berechnen des dem jeweiligen Lenkwinkel zugeordneten, maximal zulässigen Knickwinkels vorgesehen ist, wobei die Winkelvergleichseinrichtung für den Vergleich des Knickw nkels mit dem maximal zulässigen Knickwinkel eingerichtet ist, und daß die Gelenksperre einer Knickwinkelvergrößerung einseitig entgegenwirkend ausgebildet ist.

Unter dem maximalen Knickwinkel ist in diesem Zusammenhang derjenige Knickwinkel zu verstehen, der sich bei einem bestimmten Lenkwinkel maximal (nämlich bei konstanter Kreisfahrt) unter normaler Bodenreibung einstellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung begrenzt ständig den Maximalwert des Knickwinkels. In keiner Situation kann der Knickwitikel daher größer werden, als es den durch die Einstellung des Lenkwinkels durch den Fahrer zum Ausdruck gebrachten Richtungsvorgaben entspricht. Sollte beispielsweise im Beginn einer Kurve ein (Jberschieben des Nachläufers mit entsprechender Vergrößerung des Knickwinkels auftreten, so kann diese Vergrößerung nur bis zu dem durch den Lenkwinkel vorgegebenen Maximalwert stattfinden. Die einzige Änderung gegenüber normalem Fahrverhalten des Fahrzeuges besteht dann darin, daß der Knickwinkel dem Lenkwinkel nicht — wie sonst üblich — verzögert, sondern rascher als vorgesehen folgt. Diese geringfügige Abweichung wird in der Regel vom Fahrer gar nicht erst bemerkt, weil die Gelenksperre das Fahrzeug in der von ihm vorgegebenen Richtung stabilisiert. Die Gelenksperre bleibt daher au?h ohne Rückwirkung auf das Verhalten des Fahrers. Eine etwa drohende Gefahrensituation wird abgefangen, bevor die Gefahr überhaupt eintreten konnte. Im zweiten Abschnitt einer Kurvenfahrt ist der Lenkwinkel im allgemeine kleiner als der zugehörige maximale Knickwinkel. Die Gelenksperre wird daher in der zweiten Kurvenhälfte in der Regel eingreifen. Unter normalen Fahrverhältnissen hat dies keinen Einfluß auf die Fahreigenschaften des Fahrzeuges, weil die Sperre nur einseitig wirkt, und daher die Streckung des Knickwinkels nicht beeinträchtigt.

Die stabilisierende Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung eignet sich besonders für Fahrzeuge mit Nachläuferantrieb, bei denen Jie Einknickgefahr durch den Antriebsschub vergrößert wird, und unter den erhöhten Sicherheitsanforderungen, die an Omnibusse für die Personenbeförderung zu stellen sind.

Die Gelenksperre enthält zweckmäßigerweise — wie an sich bekannt — eine Kolbenzylindereinrichtung, die mittels eines steuerbaren Rückschlagventils absperrbar ist. In der einen Richtung, die der Vergrößerung des Knickwinkels zugeordnet ist, verhindert das Rückschlagventil eine Bewegung der Kolbenzyl'ndereinrichtUiig, während es die der Streckung des Gelenks

ι u entsprechende Kolbenzylinderbewegung gestattet

Vorteilhafterweise ist die Gelenksperre derart ausgebildet, daß sie bei Verringerung des Knickwinkels bis kurz vor 0° betätigt bleibt Das bedeutet mit anderen Worten, daß der engere Winkelbereich um 0° von der

ι 5 Sperrwirkung ausgenommen bleibt, damit die Gelenksperrc nicht schon bei den geringen Lenkbewegungen während Geradeausfahrt ständig eingreifen muß.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensor, der zur Messung des Knickwinkels vorgesehen ist, derart ausgelegt, daß er bei sprunghafter Knickwinkeländerung die Gelenksperre betätigt Dies ergibt gegenüber plötzlichem Ausknicken eine zusätzliche Sicherung neben der auf den Vergleich der Lenk- und Knickwinkel beruhenden Sicherung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dai gestellten Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 bis 3 einen Gelenkbus schematisch in der Draufsicht in verschiedenen Fahrzuständen und

jo F i g. 4 ein Blockschaltbild der Verriegelungsvorrichtung.

Der in F i g. 1 bis 3 dargestellte Gelenkbus besteht aus einem vorderen Fahrzeugteil 1 und einem Nachläufer 2, in dessen Heckteil der Antrieb für den Gelenkbus untergebracht ist, der auf die Achse 3 des Nachläufers mit den schematisch dargestellten Rädern wirkt. Dank dieser Anordnung kann die Fußbodenhöhe sehr niedrig und somit bequemer sein, während die erforderliche minimale Dachhöhe für Stehplätze ohne Schwierigkeiten einzuhalten ist. Bezüglich Lärmdämpfung und Werkstatthandhabung ist diese Antriebsform ebenfalls vorteilhaft. Das vordere Fahrzeugteil 1 weist zwei Achsen 4 und 5 auf, wobei die Vorderachse mit Rädern 6 versehen ist, die zur Änderung der Fahrtrichtung

■»5 entsprechend dem Lenkeinschlag einstellbar sind. Das vordere Fahrzeugteil 1 und der Nachläufer 2 sind im Gelenkpunkt 7 mittels eines nicht dargestellten Drehgelenks miteinander verbunden. Bei Kurvenfahrt besteht zwischen den Rädern 6 der Vorderachse 5 und der Achse 4 des vorderen Fahrzeugteils 1 ein Lenkwinkel λ. Im Verlaufe der Kurvenfahrt tritt am Gelenkpunkt 7 zwischen der Längsachse des vorderen Fahrzeugteils 1 und der Längsachse des Nachläufers 2 ein Knickwinkel β auf, wie beispielsweise aus Fig. 1 ersieh'.lieh ist, wo der Nachläufer 2 im Verlaufe einer Kurvtnfahrt die gestrichelt dargestellte Stellung bezüglich des vorderen Fahrzeugteils 1 einnimmt. An dem nicht dargestellten Drehgelenk sind Gelenksperren A und B vorgesehen, die nur in einer Richtung einer

bo Vergrößerung des Knickwinkels β entgegenwirken. Entsprechend der Richtung des Lenkeinschlags der Vorderräder 6 bzw. des Nachläufers 2 entweder in Richtung auf die Gelenksperre A oder die Gelenksperre ßsind der Einschlag- und der Knickwinkel α bzw. β mit entsprechenden Indizes A und B versehen.

Der Einschlagwinkel <x wird mittels eines Sensors 20 und der Knickwinkel β mittels eines Sensors 21 gemessen. Dies erfolgt beispielsweise über die Messung

des Drehwinkels des Drehgelenks bzw. der Winkelstellung der Vorderräder 6 zur Längsachse des vorderen Fahrzeugteils 1. Die entsprechenden Signale werden in einen Logikkreis eingespeist, der einen Rechner 22 aufweist, der den maximalen Knickwinkel β bei dem gemessenen Einschlagwinkel tx. berechnet und ein entsprechendes Signal auf einen Vergleicher 23 gibt. Der zweite Eingang des Vergleichers 23 wird von dem Sensor 21 für den Knickwinkel gespeist, so daß der Vergleicher 23 auf einen elektronischen Schalter 24 ein Signal gibt, wenn der gemessene Knickwinkel β gleich oder größer ist als der vom Rechner 22 berechnete, maximal erlaubte Knickwinkel ß_mtx. Dieser elektronische Schalter betätigt einen Auslöseschalter 26, entsprechend dem Knickwinkel βλ oder ße für die Sperre A oder B. Bei Erreichen beispielsweise des maximalen zulässigen Knickwinkels ßnmtx wird in einer Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B ein Druck aufgebaut, der eine Vergrößerung des Knickwinkels β β verhindert.

Geht der Einschlagwinkel xb auf 0° zurück, wie in F i g. 2 dargestellt ist, so gelangt der Nachläufer 2 kontinuierlich in die gestrichelt dargestellte Stellung von F i g. 2. Hierbei bleibt der Druck in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B bis kurz vor 0° bestehen, was z. B. in der Weise verwirklicht werden kann, daß der Schalter 24 über einen Schwellwertschalter 25 direkt mit dem Sensor 21 verbunden ist. Wenn das durch die Messung des Knickwinkels β erzeugte Signal kleiner als ein Schwellwert Si wird, gibt der Schwellwertschalter 25 kein Signal mehr auf den Schalter 24, der beispielsweise ein UND-Gatter aufweist, so daß der Schalter 24 nunmehr kein Signal auf den Auslöseschalter 26 für die Betätigung der Gelenksperre B gibt, wodurch die Kolbenzylindereinrichtung entlastet wird. Ist der Knickwinkel β jedoch größer als der Schwellwert Si, so gibt der Schwellwertschalter 25 ein Signal auf das UND-Gatter des Schalters 24, so daß bei einem Eingang eines Signals vom Vergleicher 23 der Schalter 24 geöffnet wird und ein Signal zu dem Ausiöseschalter 26 gibt.

Wird der Lenkwinkel von « = 0° in einen Lenkwinkel OiA verändert, während der Knickwinkel ße ist (vgl. F i g. 3), so bleibt der Druck in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B so lange erhalten, bis der Knickwinkel β etwa gleich 0° ist Erst bei Erreichen eines Knickwinkels <xa wird eine Vergrößerung des Knickwinkels in dem Fall verhindert, wo der von dem Rechner 22 berechnete maximale Knickwinkel überschritten wird, wobei in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre A ein Druckaufbau stattfindet.

Die Gelenksperren A und B können durch pneumatische, hydraulische, elektromagnetische und/oder mechanische Vorrichtungen verwirklicht werden. Bei Verwendung von Kolbenzylindereinheiten können diese hydraulisch miteinander verbunden sein, wobei bei Kurvenfahrt die Flüssigkeit aus dem einen Zylinder in ^r) den anderen gepumpt wird. Solange der Knickwinkel nicht kritisch ist, erfolgt dieses Pumpen ohne Hindernis. Wird jedoch der maximale Knickwinkel erreicht oder überschritten, wird die hydraulische Verbindung in derjenigen Richtung, die der Vergrößerung des

lu Knickwinkels entspricht, beispielsweise durch ein steuerbares Rückschlagventil gesperrt

Um ein plötzliches Ausknicken während des Fahrvorganges mit nicht gesperrtem Gelenk zu verhindern, kann der Sensor 2! auch eine Einrichtung aufweisen, die

i¹» derart wirkt, daß sie bei nicht kontinuierlichen Knickwinkeländerungen für ein Auslösen der Gelenksperre A oder B sorgt. Hierzu kann beispielsweise das durch die Messung des Knickwinkels β erzeugte Signal auf einen Differenzierkreis 27 gegeben werden, der ein Signal entsprechend der Größe von dß/dt erzeugt, das einen nachfolgenden Schwellwertschalter 28 bei Überschreiten eines Schwellwerts & aufsteuert und ein Ausgangssignal bei Überschreiten des Schwellwerts Si erzeugt, das den Auslöseschalter 26 betätigt

Die Schwellwertschalter 25 und 28 können Thyristor-Schaltkreise sein.

Die Sperre kann auch rein mechanisch ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Gelenk mit einer Blockierbremse versehen sein, die im gebremsten

Zustand eine Änderung des Gelenkwinkels verhindert Dabei muß Sorge dafür getragen sein, daß die Bremse sich rechtzeitig löst, wenn das Gelenk sich wieder zu strecken beginnt. Zu diesem Zweck können beispielsweise an dem Gelenk oder an dessen Verbindungen mit den Wagenteilen Meßeinrichtungen vorgesehen sein die die Kraftrichtung feststellen und die im Falle einer Umkehr der Kraftrichtung das Lösen der Bremse veranlassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in rascher Zeitfolge die Bremse kurzzeitig zu lösen und

•to festzustellen, welche Winkeländerungstendenz im gelösten Zustand vorhanden ist Eine solche Einrichtung kann ähnlich aufgebaut sein, wie bekannte Antiblokkiereinrichtungen an Fahrzeugbremsen, die gleichfall! in kurzen Zeitabständen ein Lockern der Bremswirkung veranlassen und den Schlupf im gebremsten unc ungebremsten Zustand vergleichen. Im Unterschiec dazu würde im Falle der erfindungsgemäßen Anwen dung im ungebremsten Zustand die Winkeländerungstendenz festgestellt Liegt diese Tendenz im strecken·

so den Sinn, so kann die Bremse wieder gelöst werden während sie wieder eingreifen muß, solange eine der Winkel verstärkende Änderungstendenz vorherrscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schutz eines Gelenk-Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken mittels einer Gelenksperre, die aufgrund des Signals einer von dem jeweiligen Lenk- und Knickwinkel beeinflußten Winkelvergleichseinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (20,22) zum Feststellen oder Berechnen des dem jeweiligen Lenkwinkel («) zugeordneten, maximal zulässigen Knickwinkels (ß) vorgesehen ist, wobei die Winkelvergleichseinrichtung für den Vergleich des Knickwinkels (ß) mit dem maximal zulässigen Knickwinkel (ßmax) eingerichtet ist, und daß die Gelenksperre (A bzw. B) einer Knickwinkelvergrößerung einseitig entgegenwirkend ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenksperre (A bzw. B) eine Kolbenzylindereinrichtung aufweist, die mittels eines steuerbaren Rückschlagventils absperrbar ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenksperre (A bzw. B) derart ausgebildet ist, daß sie bei Verringerung des Knickwinkels (ß) bis kurz vor 0° betätigt bleibt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Sensor zur Messung des Knickwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) derart ausgelegt ist, daß er bei sprunghafter Knickwinkeländerung die Gelenksperre (A bzw. ß^betätigt.