DE3434757A1

DE3434757A1 - Fahrwerk fuer radfahrzeuge

Info

Publication number: DE3434757A1
Application number: DE19843434757
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 8000 München Büttner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-04-03

Description

Fahrwerk für Rad fahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für Radfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten unter Verwendung eines elektronisch gesteuerten Stellgliedes, das zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und jeder einzelnen Radachse angeordnet ist.
Im Fahrzeugbau sind seit langem Maßnahmen üblich, die eine unmittelbare Übertragung von Fahrbahnunebenheiten über die Räder auf das Fahrzeugchassis verhindern bzw.
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 bestimmtes konstantes Gesamtgewicht von Fahrzeug und Beladung möglich. Der Bruch von Federelementen und Verschleißerscheinungen schadhafter Stoßdämpfer können die Fahreigenschaften des Fahrzeuges erheblich beeinträchtigen.
Durch einen Übergang von passiv wirkenden Kombinationen aus Federelementen und Stoßdämpfern zu einer Vorrichtung mit aktiven Wirkungselementen können die Nachteile der bekannten Vorrichtungen überwunden und zudem bessere Kompensationseigenscnaften erzielt werden. Indem der Zustand der Fahrbahn jeweils vor den Rädern eines Ha 1 Mai / i8.09.84 Fahrzeuges durch einen oder mehrere Sensoren erfaßt wird, kann eine aktive Nachführung der Radachsen erfolgen, so daß Auswirkungen von Fahrbahnunebenheiten auf das Fahrzeugchassis weitgehend unterdrückt werden.
Die meßtechnische Erfassung des Fahrbahnzustandes durch Sensoren stellt eine wesentliche Voraussetzung für eine optimale Nachführung der Räder dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompensation von Fahrbahnunebenheiten mittels aktiver Nachführeinrichtungen durch eine genaue Erfassung des Fahrbahnzustandes zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufene Druckänderung in den Reifen der Fahrzeugräder mittels eines Sensors erfaßt und als Kriterium für eine Nachführung des Fahrwerks ausgewertet wird, derart, daß eine vorgegebene Sollhöhe des Fahrzeugchassis, bezogen auf eine ebene Fahrbahn, beibehalten wird.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das Gesamtsystem eines aktiv nachgesteuerten Fahrwerkes eines vierrädrigen Fahrzeuges, Fig. 2 eine funktionelle Prinzipdarstellung des aktiven Systems an einer Radachse, Fig. 3 ein Beispiel eines Störfalles, Fig. 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Das aktive System wird anhand einer hydraulisch arbeitenden Anlage erläutert. Seine Verwirklichung ist auch nach einem pneumatischen Prinzip möglich. In Fig. 1 sind auf einem schematisch dargestellten Chassis 5 eines Fahrzeuges vier Funktionsblöcke 1 bis 4, die den jeweiligen Radachsen und den zugehörigen Stelleinrichtungen entsprechen, angedeutet. Der jedem einzelnen Rad zugeordnete Funktionsblock enthält Bestandteile des elektronischen Regelkreises sowie des hydraulischen Systems für die Nachführung der Fahrzeugräder. Zu jedem Funktionsblock, z.B. 1, gehören zwei Sensoren, z.B. DS1, DS2 zur Druckmessung sowie ein Sensor, z.B. AS1 zur Abstandsmessung und eine Hydraulik mit steuerbaren Ventilen, z.B. SVla und SVlb. Die übrigen Funktionsblöcke 2 bis 4 haben den gleichen Aufbau.
Hilfseinrichtungen zur Durchführung einer aktiven Nachführung sind eine Steuereinheit 6, die z.B. aus einem Mikroprozessesor besteht und Teil des elektronischen Regelkreises ist, sowie ein Reservoir 7 für die Druckflüssigkeit, eine Pumpe 8 und ein Druckgefäß 9 als Bestandteile des hydraulischen Systems. Die Steuereinheit 6 nimmt eingangsseitig die Werte der mit den Sensoren gemessenen Drücke sowie die Abstandswerte aller Räder und die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges auf. Die Meßwerte der.vier Funktionsblöcke werden in der Steuereinheit getrennt verarbeitet. Ausgangsseitig liefert die Steuereinheit 6 mit dem Mikroprozessor Steuerbefehle für die Steuerventile SVla,b bis SV4a,b der zugehörigen Hydraulikzylinder und einen Steuerbefehl für die Pumpe 8.
Das Reservoir 7 für die Druckflüssigkeit und das Druckgefäß 9 sind durch die Pumpe 8 für den Transport der Druckflüssigkeit miteinander verbunden. Die Leitungen für den Transport der Druckflüssigkeit zwischen dem Reservoir 7, dem Druckgefäß 9 und den Hydraulikzylindern in den Funktionseinheiten 1 bis 4 sind nur durch ihre Aus- bzw. Einlässe an den entsprechenden Teilen 7, 10 angedeutet.
In Fig. 2 ist ein vollständiges Stellwerk zur Nachführung eines Rades im Prinzip dargestellt. Das nachzuführende Rad mit der Felge 15 und dem Reifen 16 auf der Achse 13 ist über den hydraulischen Zylinder 10 mit einem Kolben 11 und einer mit der Achse 13 verbundenen Kolbenstange 12 am Befestigungspunkt 14 mit dem Chassis des Fahrzeuges verbunden. Uber den hydraulisch bewegten Kolben 11 ist eine Veränderung des Abstandes der Radachse 13 gegenüber dem Chassis möglich. Die Steuerung der Nachführbewegung der Radachse 13 mit dem Rad 15, 16 erfolgt über die Stellventile SVla und SVlb, deren Betätigung durch Steuersignale aus dem elektronischen Regelkreis erfolgt. Das Stellglied des elektronischen Ragelkreises ist der Hydraulikzylinder 10 mit Kolben 11 und Kolbenstange 12, die im Verlaufe des Regelvorganges den Abstand des Rades zum Chassis auf die Sollhöhe einstellen. Die Stellenergie für die Veränderung der Höhe des Kolbens bzw. des Rades gegenüber dem Fahrzeug liefert das hydraulische System mit der Pumpe 8 und dem Druckgefäß 9. Die im Reservoir 7 bereitgestellte Druckflüssigkeit dient als Übertragungsmittel der Kraft auf den Kolben 11 im hydraulischen Zylinder 10. Die Einhaltung eines vorgegebenen Druckwertes im System wird durch einen Sensor DS3 überwacht.
Das Prinzip der Kompensation von Fahrbahnunebenheiten mittels eines längenveränderbaren Stellwerks zwischen dem Fahrzeugchassis und der Radachse in Verbindung mit der Verwendung eines elektronischen Regelkreises beruht auf der laufenden Messung von Druckänderungen im Reifen des jeweiligen Rades. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß jede Fahrbahnunebenheit während des Überrollens kurzzeitig Druckänderungen im Reifen verursacht. An fallenden Flanken von Fahrbahnunebenheiten wird stets eine Absenkung und an steigenden Flanken eine Erhöhung des Gasdruckes im Reifen erfolgen. Die Auswertung dieser Druckänderungen setzt voraus, daß sie mittels eines Sensors DS1 ständig überwacht werden. Die aktive Kompensation der Fahrbahnunebenheiten führt demgemäß bei einer Druckabsenkung im Reifen 16 zu einer Vergrößerung des durch das Stellwerk gegebenen Abstandes zwischen der Rad achse 13 und dem Chassis, während bei Druckerhöhung im Reifen 16 eine Verkürzung des Stellwerkes einsetzen muß. Diese Längenänderungen setzen voraus, daß sich auch im Hydraulikzylinder 10 mit einer gewissen Verzögerung durch den Zu-bzw. Abfluß von Druckflüssigkeit über die gesteuerten Ventile SVla und SVlb Druckänderungen, die den Änderungen im Reifen 16 entgegengesetzt sind, vollziehen.
Während der Verzögerungszeit t wird im Prozessor der Steuereinheit in Abhängigkeit von der Druckänderung die Sollänge des Stellwerks berechnet. Diese Zusammenhänge sind in den Figuren 3 und 4 grafisch dargestellt. In Fig. 3 wird die Verformung eines über eine Erhöhung in der Fahrbahn rollenden Reifens angedeutet.
In Fig. 4 sind übereinander von oben nach unten in Abhängigkeit von der Zeit (t) die Druckverhältnisse im Reifen eines Rades bei Überrollen einer Erhebung in der Fahrbahn, die Druckverhältnisse im Hydraulikzylinder 10, wie sie sich ohne Steuerung der Stellventile einstellen würde, die Längenänderung A 1 des Stellwerkes 10, 11, 12 zur Kompensation der Unebenheit in der Fahrbahn und der Abstand H des Fahrzeugchassis von der Fahrbahn dargestellt.
Die ausgleichenden Längenänderungen des Stellwerkes werden mittels des elektronischen Regelkreises über die Stellventile SVla und SVab gesteuert. Die im Reifen 16 gemessenen Druckänderungen werden zur Bildung einer Regelabweichung mit einem Sollwert verglichen. Die Differenz dient gegebenenfalls nach Verstärkung der Steuerung der Stellventile SVla und SVlb. Entweder wird der Zufluß von Druckflüssigkeit aus dem Druckgefäß 9 in den Hydraulikzylinder 10 durch Öffnen des Stellventils SVla der Kolben 11 mit der Kolbenstange 12 und der Radachse 13 so verschoben, daß sich eine Verlängerung des Stellwerkes ergibt oder es wird durch Öffnen des Stellventils SVlb das Abfließen der Druckflüssigkeit über den Rücklauf in das Reservoir 7 ermöglicht, wodurch eine Verkürzung des Stellwerkes eintritt.
Damit Druckänderungen im Reifen, die nicht auf Fahrbahnunebenheiten zurückzuführen sind, keinen Regelvorgang auslösen, müssen Unterscheidungskriterien für Druckänderungen verschiedener Herkunft eingeführt werden. Verhältnismäßig kurzzeitige Druckänderungen müssen von solchen, die bei Beschleunigung oder Beschleunigungsänderungen des Fahrzeuges auftreten, unterscheidbar sein. Ebenso bedürfen Druck änderungen durch langsame stetige Erwärmung des Reifens, bei Anderung der Zuladung oder beim Durchfahren von Kurven einer gesonderten Auswertung.
Eine entsprechende Maßnahme kann darin bestehen, Druckänderungen unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz von der Auswertung im Regelkreis auszuschliessen. Weitergehende Maßnahmen bestehen in der Anwendung einer Entscheidungslogik, durch die typische Verläufe des Druckanstiegs bei bestimmten Frequenzen für die Nachführung des Fahrwerks ausgewählt werden können.
Abweichungen der Sollhöhe des Fahrzeugchassis von der Fahrbahn, die durch Änderung der Zuladung oder Temperaturänderung der Gasfüllung in den Reifen hervorgerufen werden, können durch einen eigenen Sensor AS oder DS2 erfaßt werden und in der Steuereinheit einen Kompensationsvorgang einleiten. Mit dem Sensor AS wird der Abstand zwischen einer Radachse und dem Chassis als Kriterium einer Zuladung erfäßt. Der Drucksensor DS2 kann die gleiche Funktion durch Messung einer Druckänderung im Zylinder 10 übernehmen.
9 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Fahrwerk für Radfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten unter Verwendung eines elektronisch gesteuerten Steligliedes, das zwischen dem Fahrzeugchassis und jeder einzelnen Radachse angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß eine durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufene Druckänderung in den Reifen (16) der Fahrzeugräder (15, 16) mittels eines Sensors (DS1) erfaßt und als Kriterium für eine Nachführung des Fahrwerks (1Q bis 16) ausgewertet wird, derart, daß eine vorgegebene Sollhöhe des Fahrzeugchassis (5), bezogen auf eine ebene Fahrbahn, beibehalten wird.
2. Fahrwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Nachführung der Radachsen (13) für die Beibehaltung der Sollhöhe des Fahrzeugchassis (5) unter Verwendung eines elektronischen Regelkreises in Abhängigkeit von der gemessenen Druckänderung erfolgt.
3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Druckänderungsfrequenzen unterhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz unterdrückt werden.
4. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Druck änderungen mit kleiner Frequenz in einer Entscheidungslogik (6) ausgewertet werden.
5. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß temperaturbedingte Druckänderungen kompensiert werden.
6. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mechanische Verbindung zwischen Radachse und Karosserie des Fahrzeuges aus einem längenveränderlichen Stellglied (10, 11, 12) besteht, das die Nachführung des Fahrwerkes bewirkt.
7. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das längenveränderliche Stellwerk (10, 11, 12) als Stellglied des elektronischen Regelkreises ausgebildet ist.
8. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isthöhe des Fahrzeugchassis über der Fahrbahn in Abhängigkeit vom gemessenen Druck in einem Prozessor berechnet wird und daß aus einem Vergleich von Soll- und Isthöhe ein Steuersignal zur Nachführung des Rades (15, 16) über das Stellglied (10, 11, 12) abgeleitet wird.
9. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit einem Sensor (AS) Abstandsänderungen zwischen der Radachse (13) und einem festen Punkt des Fahrzeugchassis (5) ermittelt werden.