DE3424979A1

DE3424979A1 - Chassis for wheeled vehicles

Info

Publication number: DE3424979A1
Application number: DE19843424979
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 8000 München Büttner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-01-16

Abstract

In the chassis of wheeled vehicles with means for prevention or attenuation of the effects of road surface irregularities on the body, the passively acting spring elements and damping devices are replaced by electronically controlled active devices. By constantly monitoring the distance of the body from the road surface by means of a sensor functioning as a telemeter, a hydraulically or pneumatically functioning servo actuator is controlled by way of a control circuit, which actuator makes the wheel axles with the individual wheels follow the road surface irregularities. <IMAGE>

Description

Fahrwerk für RadfahrzeuqeUndercarriage for Radfahrzeuqe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für Radfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten.The invention relates to a chassis for wheeled vehicles with a Device to compensate for uneven road surfaces.

Im Fahrzeugbau sind seit langem Maßnahmen üblich, die eine unmittelbare Ubertragung von Fahrbahnunebenheiten über die Räder auf den Fahrzeugaufbau verhindern bzw.In vehicle construction, measures that have an immediate Prevent the transmission of uneven road surfaces via the wheels to the vehicle body respectively.

abschwächen sollen. Räder bzw. Radachsen sind zu diesem Zweck über Federelemente mit dem Chassis verbunden. Die durch Fahrbahnunebenheiten im Fahrwerk erzeugte kinetische Energie wird in den Federelementen zwischengespeichert und über Stoßdämpfer in bekannter Weise abgebaut. Eine optimale Bemessung der Federelemente und Stoßdämpfer ist immer nur für ein konstantes Gesamtgewicht von Fahrzeug und Beladung möglich. Der Bruch von Federelementen und durch Verschleißerscheinungen schadhafter Stoßdämpfer können die Fahreigenschaften des Fahrzeuges erheblich beeinträchtigen.should weaken. Wheels or axles are over for this purpose Spring elements connected to the chassis. The uneven road surface in the chassis The kinetic energy generated is temporarily stored in the spring elements and over Shock absorbers dismantled in a known manner. An optimal dimensioning of the spring elements and shock absorber is only ever for a constant total weight of vehicle and Loading possible. The breakage of spring elements and wear and tear Defective shock absorbers can considerably impair the driving characteristics of the vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Fahrzeugen der eingangs genannten Art die passiv wirkende Kombination von Federelement und Stoßdämpfer durch eine Einrichtung mit aktiven Wirkungselementen zu ersetzen.The invention is based on the object in vehicles of the initially mentioned type through the passive acting combination of spring element and shock absorber to replace a device with active elements.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verbindungselemente zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und der Radachse aus einem elektronisch gesteuerten Stellwerk bestehen, daß die von einem Sensor gemessenen Fahrbahnunebenheiten durch eine Nachführung des Rades mittels des Stellwerkes kompensiert wird, derart, daß ein elektronischer Regelkreis aus den Meßwerten des Sensors in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und der Sollhöhe des Chassis, bezogen auf eine ebene Fahrbahn, das Kriterium für die Nachsteuerung des Stellwerkes liefert.This object is achieved according to the invention in that the connecting elements between the chassis of the vehicle and the wheel axle from an electronically controlled Signal box exist that the one Sensor measured road bumps is compensated by tracking the wheel by means of the signal box, in such a way that that an electronic control circuit from the measured values of the sensor in connection with the speed of the vehicle and the target height of the chassis, based on a level roadway, which provides the criterion for readjusting the interlocking.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Abstandsbestimmung zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrbahn durch eine Laufzeitmessung nach dem Echoprinzip, z.B. mit Ultraschall, durchgeführt. Die vom Stellwerk auszugleichenden Längenänderungen zwischen dem Fahrzeugchassis und der jeweiligen Radachse werden in einem Regelkreis ermittelt und von hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Stellgliedern ausgeführt.According to an advantageous development of the invention, the distance is determined between the vehicle body and the road by means of a transit time measurement based on the echo principle, e.g. with ultrasound. The changes in length to be compensated by the interlocking between the vehicle chassis and the respective wheel axle are in a control loop determined and carried out by hydraulically or pneumatically operating actuators.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das regeltechnische Prinzip für die Verwirklichung eines Fahrwerkes mit einem aktiv arbeitenden Stellwerk, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Fahrzeugnachführung mit einem hydraulischen Stellwerk.The invention and further details of the invention will become apparent with reference to Figures 1 and 2 explained in more detail. 1 shows the control principle for the implementation of a chassis with an actively working interlocking, Fig. 2 shows an exemplary embodiment for vehicle tracking with a hydraulic interlocking.

Der Ersatz von in der Fahrzeugtechnik bekannten passiven Vorrichtungen mit Federelementen und Stoßdämpfern zur Abfederung des Fahrzeuges gegen Fahrbahnunebenheiten durch aktiv arbeitende Einrichtungen erfordert die Anwendung regelungstechnischer Maßnahmen in einem Regelkreis.The replacement of passive devices known in vehicle technology with spring elements and shock absorbers to cushion the vehicle against uneven road surfaces by actively working facilities requires the application of control technology Measures in a control loop.

Als Führungsgröße für einen solchen Regelkreis dient eine z.B. vom Fahrer des Fahrzeuges einstellbare Sollhöhe. Die Isthöhe, d.h. der Abstand zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und der ungeglätteten Fahrbahn wird mittels eines Entfernungssensors ermittelt. Der Entfernungssensor liefert durch seine Befestigung am Fahrzeug die Isthöhe mit einem von der Lage des Befestigungsortes abhängigen bekannten zeitlichen Vorlauf. Dieser Vorlauf wird in einem Rechner teilweise durch eine Verzögerung wieder abgebaut. Aus der verzögerten Isthöhe und der eingestellten Sollhöhe wird in einer Vergleichsanordnung als Regelabweichung die Größe t h gebildet. Für die Bestimmung des verzögerten Istwertes, der mit der Sollhöhe die Regelabweichung bilden soll, wird in den Rechner die vom Sensor gemessene Höhe des Fahrzeugchassis zur Fahrbahn, die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges und der Abstand S0 des Sensors vom Berührungspunkt des Rades mit der Fahrbahn eingegeben. Mit der Verzögerung S0/v ergibt sich dann für die verzögerte Istwerthöhe SO 0 hist (t) = h. (to + v ) ist 1 v In Fig. 2 ist das Prinzip eines mehrräderigen auf einer Fahrbahn F rollenden Fahrzeuges angedeutet, dessen Räder R bzw. Radachsen über je ein Stellglied mit dem Chassis Ch des Fahrezeuges verbunden sind. Für die Fahrtrichtungen "Vorwärts" und ''Rückwärts'l ist wenigstens je ein Sensor vorgesehen, der die Aufgabe hat, in geeignetem Abstand vor dem Rad in Fahrtrichtung gesehen, die Höhe des Fahrzeugaufbaus über der Fahrbahn laufend zu messen.A from, for example, serves as a reference variable for such a control loop Driver of the vehicle adjustable target height. The actual height, i.e. the distance between the chassis of the vehicle and the unsmoothed road surface is measured by means of a distance sensor determined. The distance sensor provides the through its attachment to the vehicle Actual height with a known time dependent on the location of the fastening location Leader. This advance is partially restored in a computer by a delay reduced. The delayed actual height and the set target height are converted into one Comparative arrangement formed the size t h as a control deviation. For determination the delayed actual value, which is to form the control deviation with the setpoint height, the height of the vehicle chassis to the roadway measured by the sensor is entered in the computer, the speed v of the vehicle and the distance S0 of the sensor from the point of contact of the wheel entered with the roadway. The delay S0 / v then results for the delayed actual value SO 0 hist (t) = h. (to + v) is 1 v in Fig. 2 is the principle of a multi-wheeled vehicle rolling on a lane F indicated, whose wheels R or wheel axles each have an actuator with the chassis of the vehicle are connected. For the directions of travel "forwards" and "backwards" there is at least One sensor each is provided, which has the task of being at a suitable distance in front of the wheel Seen in the direction of travel, the height of the vehicle body above the roadway to eat.

Als Meßeinrichtung sind die beiden Sensoren S1 und S2 angedeutet, die nach dem Echoverfahren, z.B. mit Ultraschall, in einem Abstand So vor der Radachse die-Höhe des Fahrzeugaufbaus A(t) bestimmen.The two sensors S1 and S2 are used as the measuring device indicated those after the echo method, e.g. with ultrasound, at a distance So in front of the wheel axle Determine the height of the vehicle body A (t).

Die Einrichtung zur Nachführung des Fahrwerks bei Fahrbahnunebenheiten besteht aus einem hydraulischen System, das als längenveränderliche Stellelemente im Fahrwerk zwischen Radachse und Fahrzeugchassis je Rad wenigstens einen Druckzylinder mit je einem Vorlauf- und einem Rücklaufventil enthält. Bei einem vierrädrigen Fahrzeug werden zweckmäßig jedem Rad ein Sensor zugeordnet, der in einem Regelkreis mit einem zugehörigen Dtuckzylinder als Stellglied durch entsprechende Längenänderungen im Stellwerk Fahrbahnunebenheiten kompensiert. Für die Umsetzung der Meßergebnisse des Sensors in eine Stellbewegung im Stellglied jedes Rades ist außer dem Druckzylinder ein gemeinsamer Mikroprozessor AP, ein Behälter B für die Druckflüssigkeit, ein Druckerzeuger D, ein Druckgefäß P und mehrere Druckleitungen, welche die einzelnen Teile des hydraulischen Systems miteinander verbinden. Druckflüssigkeitsbhälter B, Druckerzeuger D (Pumpe) und Druckgefäß P können für die Steuerung sämtlicher Druckzylinder gemeinsam vorgesehen sein. Die an jedem Druckzylinder vorgesehenen Ventile für den Vorlauf und den Rücklauf der Druckflüssigkeit werden vom Mikroprozessor ßP in Abhängigkeit vom Meßergebnis der Sensoren von der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Sollhöhe des Fahrzeugaufbaus und yom Druck im Druckgefäß P gesteuert.The device for tracking the chassis on uneven road surfaces consists of a hydraulic system that acts as adjustable-length adjusting elements in the chassis between the wheel axle and the vehicle chassis, at least one pressure cylinder per wheel with one flow and one return valve each. In the case of a four-wheeled vehicle a sensor is expediently assigned to each wheel, which is in a control loop with a associated pressure cylinder as an actuator by corresponding changes in length in the Signal box compensates for uneven road surfaces. For the implementation of the measurement results of the sensor in an actuating movement in the actuator of each wheel is except for the pressure cylinder a common microprocessor AP, a container B for the pressure fluid Pressure generator D, a pressure vessel P and several pressure lines, which the individual Connect parts of the hydraulic system to one another. Hydraulic fluid container B, pressure generator D (pump) and pressure vessel P can be used to control all Printing cylinder be provided jointly. The ones provided on each printing cylinder Valves for the flow and return of the hydraulic fluid are controlled by the microprocessor ßP as a function of the measurement result of the sensors on the vehicle speed controlled by the target height of the vehicle body and by the pressure in the pressure vessel P.

Die Arbeitsweise des aktiv wirkenden Stellwerkes wird anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 näher erläutert. Ausgehend vom Ruhezustand des z.B. vierrädrigen Fahrzeuges mit den dargestellten Rädern R1 und R2 und dem angedeuteten Fahrzeugchassis Ch sei zunächst eine ebene Fahrbahn F vorausgesetzt. Die Radachsen der einzelnen Räder sind über je ein als Druckzylinder DZ.The mode of operation of the actively acting signal box is illustrated using the exemplary embodiment according to Fig. 2 in more detail explained. Starting from the idle state of e.g. four-wheeled vehicle with the illustrated wheels R1 and R2 and the indicated Vehicle chassis Ch is initially assumed that the roadway F is level. The wheel axles of the individual wheels are each one as a pressure cylinder DZ.

ausgebildete Stellwerk mit dem Fahrzeugchassis Ch verbunden. Die für das Fahrzeug vorgegebene von der Belastung des Fahrzeuges unabhängige Sollhöhe über der Fahrbahn setzt sich aus dem im Fahrbetrieb zeitabhängigen Anteil A1(t), der dem Abstand des Sensors S1 zur Fahrbahn F angibt, und dem Anteil B, der dem Abstand des Sensors von der Fahrzeugkarosserie entspricht. In Fahrtrichtung gesehen befindet sich der Sensor S1 im Abstand So vor der Achse des Rades R1. Die Größe des Abstandes So ist unter anderem von der Regelzeitkonstante des Regelkreises mit dem Druckzylinder DZ als Stellglied und von der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax abhängig. Der Sensor S1 kann ein mit Ultraschall arbeitender Entfernungsmesser sein, der nach dem Echoprinzip arbeitet. Da die Lauffläche des Rades den Meßort in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges erst nach einer Zeit Dv erreicht, ist unter Umständen eine ebenfalls von der Geschwindigkeit abhangige Verzögerung der Meßsignale erforderlich. Solange der Regelkreis mit der hydraulisch oder pneumatisch durchgeführten Längenänderung des Stellwerkes mit dem Druckzylinder DZ nicht eingeschaltet ist, führt jede Unebenheit der Fahrbahn F zu einer Abweichung der Höhe des Fahrzeugchassis von der vorgegebenen Sollhöhe.trained signal box connected to the vehicle chassis. The for the vehicle predetermined target height independent of the load on the vehicle of the roadway is made up of the time-dependent portion A1 (t), the the distance of the sensor S1 to the roadway F, and the portion B, the distance of the sensor from the vehicle body. Located in the direction of travel the sensor S1 is at a distance So in front of the axis of the wheel R1. The size of the gap Among other things, it depends on the control time constant of the control loop with the printing cylinder DZ as an actuator and dependent on the maximum vehicle speed vmax. Of the Sensor S1 can be a rangefinder that works with ultrasound and that works according to works on the echo principle. Since the running surface of the wheel depends on the measuring location reached by the speed v of the vehicle only after a time Dv is below Under certain circumstances, a delay in the measurement signals that is also dependent on the speed necessary. As long as the control loop is carried out hydraulically or pneumatically Change in length of the interlocking with the pressure cylinder DZ is not switched on, Any unevenness in the roadway F leads to a deviation in the height of the vehicle chassis from the specified target height.

Aufgabe des aktiven Stellwerkes ist es, jede Abweichung der Isthöhe von der Sollhöhe durch eine gleichlaufende Bewegung eines im Druckzylinder DZ angeordneten Kolbens K mit einer Kolbenstange, an deren Ende die Radachse angeordnet ist, zu kompensieren. Jede Abweichung der Isthöhe von der Sollhöhe wird in der Spur von wenigstens zwei Rädern gemessen und an je einen Eingang des Mikroprozessors gP zusammen mit der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges und den im Druckgefäß P des hydraulischen Systems gemessenen Druck eingegeben, Es kann vorteilhaft sein, die Regelabweichung vor Umsetzung in eine Stellgröße für das Stellglied des Regelkreises zu filtern.The task of the active signal box is to detect any deviation from the actual height from the target height by a simultaneous movement of a arranged in the pressure cylinder DZ Piston K with a piston rod, at the end of which the wheel axle is arranged, too compensate. Any deviation from the The actual height is from the target height measured in the track of at least two wheels and each at an input of the microprocessor gP together with the speed v of the vehicle and the pressure in the pressure vessel P des hydraulic system measured pressure entered, It can be advantageous to the Control deviation before conversion into a manipulated variable for the actuator of the control loop to filter.

Der Mikroprozessor pP leitet-von diesen Werten Steuersignale für das Vorlauf- und Rücklaufventiel StVlV zu StV1R ... 4R der Druckzylinder D3 aller Räder ab-und bemißt die aus dem Druckgefäß P zufließende und die in den Flüssigkeitsbehälter B abfließende Flüssigkeitsmenge aus dem Druckzylinder DZ. Die Steuerenergie für das Stellglied (Druckzylinder DZ) wird von einer zwischen dem Flüssigkeitsbehälter B und dem Druckgefäß P liegende Pumpe D geliefert. Am Druckzylinder DZ sind die Zulauf-und Rücklauföffnungen so angeordnet, daß bei geschlossenem Rücklaufventil StV1R und geöffnetem Zulaufventil StV1V unter dem Druck der aus dem Druckgefäß P zuströmenden Flüssigkeit eine Verschiebung des Kolbens K im Druckzylinder DZ in Richtung einer Verlängerung der Stelleinrichtung zwischen dem Fahrzeugchassis Ch und der Achse des Rades R1 erfolgt.The microprocessor pP forwards control signals for the from these values Flow and return valve StVlV to StV1R ... 4R of the pressure cylinder D3 of all wheels from and measures the one flowing in from the pressure vessel P and the one flowing into the liquid container B amount of liquid flowing out of the pressure cylinder DZ. The control power for the actuator (pressure cylinder DZ) is controlled by one between the liquid container B and the pressure vessel P lying pump D supplied. On the printing cylinder DZ are the Inlet and return openings arranged so that when the return valve is closed StV1R and open inlet valve StV1V under the pressure of the pressure vessel P inflowing liquid a displacement of the piston K in the pressure cylinder DZ in Direction of an extension of the adjusting device between the vehicle chassis and the axis of the wheel R1 takes place.

Die Nachführbewegungen des Rades über das aktiv wirk-ende Stellwerk können durch zusätzliche Verwendung passiver mechanischer Energiespeicher in Verbindung mit'oder ohne Stoßdämpfer geglättet werden. Dazu eignen sich sowohl Federelemente als auch geschlossene gasgefüllte Druckgefäße. So kann z.B. das Volumen des Flüssigkeitsbehälters B oberhalb des Flüssigkeitsspiegels als Gasdruckfederung ausgenutzt werden.The tracking movements of the wheel via the active interlocking can be combined with the additional use of passive mechanical energy storage devices be smoothed with or without shock absorbers. Both spring elements are suitable for this as well as closed gas-filled pressure vessels. For example, the volume of the liquid container B can be used as gas pressure suspension above the liquid level.

10 Patentansprüche 2 Figuren - Leerisite -10 claims 2 figures - Empty site -

Claims

Claims 1. Chassis for wheeled vehicles with a device to compensate for bumps in the road e t that the connecting elements between the chassis (Ch) of the vehicle and the The wheel axle consists of an electronically controlled signal box that the one Sensor (ski, S2 ...) measured road bumps by tracking the Wheel (Rl, R2 ...) is compensated by means of the interlocking, such that an electronic Control circuit from the measured values of the sensor (ski, S2 ...) in connection with the speed (v) of the vehicle and the nominal height of the chassis, based on a level roadway (F), which supplies the criterion for tracking the signal box (wheel) (DZ, K, R1).

2. Chassis for wheeled vehicles according to claim 1, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the bumps in the road by measuring the distance between a reference point on the vehicle and the road surface (F) in the wheel lane by means of a sensor working according to the echo principle in the ultrasonic range (S1, S2 ...) be determined.

3. Chassis for wheeled vehicles according to claim 1 or 2, d a d u r c h e k e n n n e i n e t that the distance measurement is seen in the direction of travel in front of the wheel (R1, R2 ...).

4. Chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d u r c h e k e n n nz e i c h n e t that the distance of the measuring point on the Lane (F) from the contact point of wheel (R1, R2 ...) and the road (F) as a function of the control speed of the control loop and the maximum Vehicle speed (Vmax) is measured.

5. Chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n nz e i c h n e t that the actuator of the control loop is off a hydraulic unit (DZ) with controllable valves (StV1V, StV1.), That the adjustment of the wheel axle depending on the Performs control deviation.

6. Chassis for wheeled vehicles according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h e k e n n n n z e i c h n e t that the actuator of the control loop for the Adjustment of the wheel axle from an aggregate working according to the pneumatic principle (DZ) with controllable valves (StV1v, StV1.) Exists.

7. Chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d u r c h e k e n n nz e i c h n e t that the actual value before the target / actual comparison is decelerated in the control loop as a function of the vehicle speed (v).

8. chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n nz e i c h n e t that the control deviation prior to implementation is filtered into a manipulated variable for the actuator of the control loop.

9. chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d u r c h e k e n nz e i c h ne t that the signal box for tracking the Wheel (R1, - R2 ...) with a mechanical energy storage device (gas pressure vessel, spring element) is connected in series.

10. Chassis for wheeled vehicles according to one of the preceding claims, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t r that the calculation of the delay of the Sensor measured value, the target / actual comparison and the creation of an analog or digital one The manipulated variable is carried out in a computer (> P).