DE3644942C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung der Höhenlage eines über Hydraulikzylinder auf wenigstens einer Achse abgestützten Fahrzeugteils, wobei in den Zufuhr- und Ablaßleitungen der Hy­ draulikzylinder je ein Ventil liegt.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 32 12 433), das dazu dient, sowohl bei stillstehendem Fahrzeug als auch während der Fahrt den von vier Hydraulikzylindern getragenen Fahrzeugaufbau auf einem vorgegebenen Niveau bezüglich der Fahrbahn zu halten, ist jedem Hydraulikzylinder ein Niveausensor zugeordnet. Eine Steuereinrichtung, die einen Mikroprozessor enthält, fragt nacheinander die Niveausensoren ab und stellt fest, im Bereich welches Hydraulikzylinders die Abweichung des Niveau-Istwertes vom Niveau-Sollwert am größten ist. Durch zeitweiliges Öffnen desjenigen Ventils, das eine Niveaukorrektur durch diesen Hy­ draulikzylinder im Sinne einer Reduzierung der Abweichung vom Sollwert ermöglicht, wird eine Niveauänderung herbeigeführt, die nur dann geringer ist als ein vorbestimmter Betrag, wenn die Abweichung vom Sollwert kleiner war als dieser vorbestimmte Betrag. Im Anschluß an diese Niveaukorrektur fragt die Steuer­ einrichtung erneut die Sensoren nacheinander ab und aktiviert, sofern wenigstens eine Niveauabweichung vorhanden ist, denjenigen Hydraulikzylinder, an dem die größte Niveauabweichung vorhanden ist.

Zwar läßt sich mit diesem Verfahren verhindern, daß bei einer ungleichmäßigen Belastung beim Einschalten der Niveauregel­ einrichtung die weniger belasteten Hydraulikzylinder schneller das Sollniveau erreichen als der oder die stärker belasteten Hydraulikzylinder, was dazu führen würde, daß sich die Schieflage des Fahrzeugaufbaus zunächst noch vergrößern würde. Dieser Vorteil muß aber mit einem erheblichen Mehraufwand für die Niveaure­ geleinrichtung erkauft werden, der nicht zuletzt dadurch bedingt ist, daß die Niveausensoren in der Lage sein müssen, auch die Größe der Niveauabweichung zu erfassen. Zwei Schalter als Ni­ veausensor, wie sie bei einer bekannten hydropneumatischen Achsfederung für Fahrzeuge (DE-OS 35 12 232) Verwendung finden, um eine untere und eine obere Schaltschwelle festzulegen, zwischen denen der Niveau-Sollwert liegt, reichen hierzu nicht aus.

Da es in vielen Fällen vorteilhaft ist, mit einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Hydraulikzylinder eine Niveauänderung, also ein Anheben der abgestützten Fahrzeugteile oder ein Absenken z. B. auch außerhalb des Regelbereiches einer üblichen Niveauregelanlage durchführen zu können, ohne vorübergehend eine Schieflage zu erhalten, um beispielsweise eine Lastverschiebung auf der Ladeflä­ che eines Fahrzeuges oder gar ein Kippen des Fahrzeuges infolge einer solchen Lastverschiebung zuverlässig zu verhindern, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das beim Anheben oder Absenken der von den Hydraulikzylindern getragenen Teilen des Fahrzeuges eine Schieflage zumindest so weitgehend vermeidet, daß sie nicht störend ist, das aber noch mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Zur Durchführung dieses Verfahrens genügt eine einfache Niveauein­ stell- oder -regeleinrichtung mit Schaltern als Niveausensoren, da es nicht notwendig ist, die Größe der Niveauabweichung mittels der Niveausensoren zu erfassen. Die Niveausensoren brauchen nur festzustellen, ob eine Niveauabweichung vorhanden ist oder nicht. Aber auch der Aufwand für die Steuereinrichtung ist gering, da diese nur in der Lage zu sein braucht, die den einzelnen Hydraulikzylindern zugeordneten Ventile in gleichbleibender Reihenfolge kurzzeitig anzusteuern, um in entsprechender Reihenfol­ ge schrittweise das Niveau anzuheben oder abzusenken. Sofern das Fahrzeug mit einer Niveauregeleinrichtung ausgerüstet ist, braucht deren Steuereinrichtung nur so ausgebildet zu sein, daß sie auf eine derartige Betriebsweise umgeschaltet werden kann.

Der Gleichlauf der Hyraulikzylinder ist also allein durch die kurzzeitige, nacheinander erfolgende Ansteuerung der Ventile gewährleistet, so daß eine besondere hydraulische Gleichlaufein­ richtung nicht erforderlich ist. Dabei kann, insbesondere durch eine entsprechend kurze Öffnungsdauer der Ventile bei entsprechend hoher Druckdifferenz zwischen Speisedruck und Arbeitsdruck der Hydraulikzylinder, die bei der einmaligen Öffnung des Ventils erreichte Lageänderung so gering gehalten werden, daß die Niveauänderung quasistetig erfolgt und eine Neigungsänderung des Fahrzeugteils aufgrund unterschiedlicher Arbeitsdrücke in den Hydraulikzylindern ausgeschlossen ist. So ist beispielsweise eine Öffnungsdauer der Ventile in der Größenordnung von 0,5 Sek. in der Regel ausreichend gering, um eine solche quasistetige Niveauänderung zu erhalten, da so nur geringe und quasi konstante Flüssigkeitsmengen pro Takt gefördert werden.

Sofern für die Durchführung des Verfahrens eine Niveauregelein­ richtung zur Verfügung steht, können Niveauunterschiede, die am Ende eines Hebevorgangs vorhanden sein können, anschließend mit Hilfe der Niveauregeleinrichtung ausgeglichen werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Hydraulikschaltplan des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild des Ausführungs­ beispiels.

Die hydropneumatische Federung eines in bekannter Weise ausgebil­ deten und daher nicht dargestellten Kraftfahrzeuges, z. B. eines Schwerlastfahrzeuges, weist Hydraulikzylinder 1, 1′, sowie 1 l und 1 r auf. Die abzufedernden Teile des Fahrzeuges sind über die Hydraulikzylinder 1 und 1′ auf dessen einer Achse und über die Hydraulikzylinder 1 l und 1 r auf dessen anderer Achse abgestützt.

Von jedem dieser Hydraulikzylinder führt eine Rohrleitung 2 zu einer Verzweigungsstelle 3. Von hier aus führt für die Hydraulik­ zylinder 1 und 1′ je eine, für die Hydraulikzylinder 1 l und 1 r eine gemeinsame erste Rohrleitung zu einer Pumpe 4. In jeder die­ ser ersten Rohrleitungen 2 liegt ein mit einem elektromagnetischen Antrieb ausgerüstetes erstes Sitzventil 5. Ferner führt von jeder Verzweigungsstelle 3 für die Hydraulikzylinder 1 und 1′ je eine, für die Hydraulikzylinder 1 l und 1 r eine gemeinsame zweite Rohr­ leitung zu einem Tank 6. In jeder dieser zweiten Rohrleitungen ist ein zweites Sitzventil 7 angeordnet, das ebenfalls einen elektromagnetischen Antrieb hat. An einen allen ersten Rohrleitungen gemeinsamen Abschnitt ist ferner ein Zentralspeicher 8 angeschlossen.

Je ein Federspeicher 9 steht über eine Dämpfungseinrichtung 10 mit jeder der von den Hydraulikzylindern zu den Verzweigungs­ stellen 3 führenden Rohrleitung in Verbindung. Parallel zu jeder Dämpfungseinrichtung 10 liegt die Reihenschaltung einer zweiten Dämpfungseinrichtung 11 und eines zusätzlichen Sitz­ ventils 12 mit schnell schaltendem elektromagnetischen An­ trieb.

Alle Sitzventile 5, 7 und 12 sind als Doppelsitzventile ausge­ bildet, um trotz der stark schwankenden Druckverläufe während der Federungsvorgänge Dichtheit in jeder Richtung zu gewähr­ leisten. Damit ist auch ein Absinken der von den hydraulischen Zylindern 1, 1′, 1 l und 1 r getragenen Teile während der Standzeiten, in denen die Pumpe 4 stillsteht, ausgeschlossen.

Jedem Hydraulikzylinder 1 und 1′, sowie den beiden Hydraulikzylin­ dern 1 l und 1 r ist je ein als Ganzes mit 13 bezeichneter Niveau­ sensor in Form einer berührungslos arbeitenden Näherungsschalter­ gruppe zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel weist jede dieser Näherungsschaltergruppen zwei Aufnehmer 14 auf, deren Schaltzustand davon abhängt, ob eine zugeordnete Fahne 15 sich außerhalb oder innerhalb des Schaltbereiches befindet. Die Fahnen 15 sind an Teilen festgelegt, welche relativ zu den Achsen des Fahrzeugs unbewegbar sind. Entsprechend sind die Aufnehmer 14 an Teilen festgelegt, die relativ zur Karosserie unbeweglich sind. Es wäre selbstverständlich auch möglich, die Aufnehmer relativ zu den Achsen und die Fahnen relativ zu der Karosserie unbeweglich anzuordnen.

Den beiden Aufnehmern 14 jedes Niveausensors 13 ist eine Signal­ verarbeitungsstufe 16 nachgeschaltet. Letztere enthält für jeden Aufnehmer 14 eine Verzögerungsschaltung 17, eine Nachlaufschal­ tung 18 und eine Endstufe 19. Der eine Aufnehmer 14 ist an die eine Verzögerungsschaltung 17, der andere Aufnehmer an den entsprechenden Eingang der anderen Verzögerungsschaltung 17 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Verzögerungsschaltung 17 ist mit einem monostabilen Flip-Flop vergleichbar, das einem sich selbst zurückstellenden Integrierglied nachgeschaltet ist. Gelangt an den Eingang der Verzögerungsschaltung 17 ein Signal des Aufnehmers 14, dann tritt nicht sofort am Ausgang der Verzögerungsschaltung 17 ein Ausgangssignal auf. Vielmehr ist erst nach der gewählten Verzögerungszeit die Ausgangsspannung des Integriergliedes auf die Triggerspannung des Flip-Flops angestiegen. Um zuverlässig zu verhindern, daß diejenigen Signale der Aufnehmer 14 zu Ausgangssignalen der Verzögerungs­ schaltungen 17 führen, welche auf Fahrbahnstöße und dergleichen zurückzuführen sind, ist eine Verzögerungszeit im Bereich von Sekunden erforderlich. Im Ausführungsbeispiel liegt deshalb die normalerweise wirksame Verzögerungszeit im Bereich zwi­ schen 5 und 7 Sekunden. Signale der Aufnehmer von kürzerer Dauer starten zwar ebenfalls den Integrationsvorgang. Dieser Vorgang wird aber noch vor Erreichen der Triggerschwelle abge­ brochen, was ebenso die selbsttätige Rückstellung des Integrier­ gliedes zur Folge hat wie das Ausbleiben des Eingangssignals nach Erreichen der Triggerschwelle.

Der Verzögerungsschaltung 17 ist die Nachlaufschaltung 18 nachgeschaltet, die nach dem Ausbleiben des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung 17 noch für eine wählbare Zeit­ spanne ihr Ausgangssignal aufrecht erhält. Diese Nachlaufzeit kann relativ kurz gewählt werden, da sie nur dazu dient, Schwingungs- oder Flattererscheinungen zu unterdrücken, welche durch die Näherungsschalter ausgelöst werden können, während sich deren Fahne aus dem Schaltbereich herausbewegt. Im Ausführungsbeispiel liegt diese Verzögerung- oder Nachlauf­ zeit im Bereich zwischen 50 und 100 msec.

Jeder Nachlaufschaltung 18 ist die Endstufe 19 nachgeschaltet, an welche die Erregerwicklung des zugeordneten Ventils 5 angeschlos­ sen ist.

Eine Abweichung des Niveaus vom Sollwert nach unten hat ein Signal desjenigen Aufnehmers 14 zur Folge, dem das in der zur Pumpe 4 führenden Leitung liegende erste Sitzventil 5 zugeordnet ist. Bleibt diese Niveauabweichung über einen Zeitraum vor­ handen, der mindestens gleich der Verzögerungszeit der Ver­ zögerungsschaltung 17 ist, dann öffnet im Niveauregelbetrieb das erste Sitzventil 5, wodurch die Pumpe 4 Druckmittel in den Hydraulikzylinder preßt, wodurch dieser die Karosserie soweit anhebt, bis der Sollwert des Niveaus wieder erreicht ist. Entsprechend hat eine Niveau­ abweichung nach oben, die mindestens für eine der Verzögerungs­ zeit der Verzögerungsschaltung 17 entsprechende Zeitspanne vor­ handen ist, das Öffnen des zweiten Sitzventils 7 zur Folge, wodurch Druckmittel aus dem Hydraulikzylinder in den Tank 6 abfließt und die Karosserie bis auf den Sollwert des Niveaus abgesenkt wird.

Einer allen Signalverarbeitungsstufen 16 gemeinsamen elek­ tronischen Logikschaltung 20 werden die Ausgangssignale aller derjenigen Aufnehmer 14 zugeführt, die auf einer der beiden Wagenseiten angeordnet sind und deshalb auf eine Neigung der Karosserie ansprechen, wie sie insbesondere bei einer Kurven­ fahrt auftritt. Die Verzögerungszeit der diesen Aufnehmern 14 nachgeschalteten Verzögerungsschaltungen 17 ist durch Signale der Logikschaltung 20 veränderbar. Stellt die Logikschaltung 20 auf Grund gegenläufiger Niveauabweichungen auf den beiden Fahr­ zeugseiten fest, daß eine Neigung der Karosserie relativ zu den Achsen aufgetreten ist, dann wird durch entsprechende Ausgangs­ signale die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltungen 17 ver­ kürzt, vorzugsweise bis auf den Wert Null. Die Hydraulikzylinder 1 und 1′ können dann ohne Zeitverzögerung die Neigung der Karosserie beseitigen. Die Logikschaltung 20 kann sogar so programmiert sein, daß in diesem Falle eine gewisse Neigung der Karosserie im ent­ gegengesetzten Sinne, bei einer Kurvenfahrt also nach innen, ein­ gestellt wird. Sobald die die Karosserie zu neigen suchenden Kräfte entfallen, was am Ende einer Kurvenfahrt der Fall ist, erhöht die Logikschaltung 20 die Verzögerungszeit der Verzögerungsschal­ tungen 17 wieder auf ihren normalen Wert.

Die Logikschaltung 20 steuert ferner die zusätzlichen Sitzven­ tile 12, mittels denen die Dämpfung der hydropneumatischen Federung verändert werden kann. Sind die Sitzventile 12 geöffnet, dann ist diese Dämpfung vermindert. Im Ausführungsbeispiel hält die Logikschaltung 20 die Sitzventile 12 nur während der Kurvenfahrt geschlossen, um dabei eine höhere Dämpfung als bei einer Gerade­ ausfahrt zu haben.

Um nach einem vorausgegangenen völligen Absenken der Karosserie, beispielsweise bei einem Lastfahrzeug zum Zwecke des leich­ teren Beladens, die Ladefläche nach dem Beladen wieder gleich­ mäßig auf das Normalniveau anzuheben, selbst wenn die eine Seite der Ladefläche einen größeren Teil der Last als die andere zu tragen hat, ist in der Logikschaltung 20 eine Steuerschaltung enthalten, von der je eine Steuerleitung zum Eingang jeder der Verzögerungsschaltungen 17 führt. In Fig. 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit diejenigen beiden Steuerleitungen nicht dargestellt, welche von der Logikschaltung 20 zu den den Hydraulikzylindern 1 l und 1 r zugeordneten Verzögerungsschaltungen 17 führen. Es wäre zwar möglich, mit den Schaltbefehlen der Steuerschaltung un­ mittelbar die Endstufe 19 zu beaufschlagen. Da jedoch die Logikschaltung 20 die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltungen 17 zu steuern vermag, ist eine Ansteuerung der Verzögerungs­ schaltungen 17 mit den Schaltbefehlen der Steuerschaltung vor­ teilhafter.

Für ein schrittweises Anheben des Niveaus im Wechsel auf der einen und anderen Fahrzeugseite bewirkt die Steuerschal­ tung, daß im Wechsel die Sitzventile 5, welche die Hydraulik­ zylinder 1 und 1 l mit der Pumpe 4 verbinden können, und die Sitzventile 5, welche die Hydraulikzylinder 1′ und 1 r mit der Pumpe 4 verbinden können, für eine fest vorgegebene oder wählbare Zeit von beispielsweise 0,5 Sekunden ge­ öffnet werden. Durch dieses Schalten der Ventile im Wechsel wird verhindert, daß sich das Niveau auf der weniger stark belasteten Seite schneller anhebt als auf der weniger be­ lasteten Seite, falls die Belastung ungleichmäßig ist. Vielmehr wird durch das wechselweise, kurzzeitige Öffnen der Ventile 5 die Karosserie gleichmäßig schrittweise bis zum Erreichen des Sollniveaus angehoben.

Sollten am Ende dieses Hebevorgangs noch Niveauunterschiede vorhanden sein, dann werden diese anschließend durch die Niveauregelung ausgeglichen.

Mit Hilfe einer derartigen Steuerschaltung, welche unter Mitwirkung der Logikschaltung 20 ein verzögerungs­ freies Schalten der Ventile ermöglicht, wird ein weitgehender Gleichlauf der Zylinder ohne eine besondere hydraulische Gleichlaufeinrichtung erreicht.

Da sich mit der Steuerschaltung auch diejenigen Verzögerungs­ schaltungen ansteuern lassen, denen die Sitzventile 7 nachge­ schaltet sind, ist mit der Steuerschaltung ebenfalls ein gleich­ mäßiges, schrittweises Absenken des Niveaus auch bei ungleicher Karosseriebelastung möglich. Hierzu werden dann die Ventile 7 im Wechsel jeweils für die gewählte Zeitspanne geöffnet.

Wenn die Niveausensoren 13 nicht nur das Vorhandensein einer Ab­ weichung vom Sollwert erfassen können, sondern auch die Größe dieser Abweichung, kann man mit ihrer Hilfe eine gewollte Niveauanhebung oder Niveauabsenkung kontrollieren. Die Niveausensoren müssen zunächst abgeschaltet werden, ehe die gewünschte Niveauänderung ausgeführt werden kann, da die Niveausensoren sonst eine Abweichung vom Sollwert entgegen­ wirken würden.

Soll beispielsweise der hintere Abschnitt der Karosserie 21 angehoben werden, der über die Hydraulikzylinder 1 und 1′ auf der nicht dargestellten Hinterachse abgestützt ist, dann werden die in den Verbindungsleitungen zu der Pumpe 4 liegenden Sitzventile 5 im Wechsel mit kurzen Öffnungsim­ pulsen beaufschlagt, die von der in die Logikschaltung 20 integrierten Steuerschaltung erzeugt werden. Trotz der höheren Belastung des Hydraulikzylinders 1 im Vergleich zur Belastung des Hydraulikzylinders 1′, wie dies durch die versetzte Last 22 in Fig. 3 angedeutet ist, ist der Hub, den die beiden Hydraulikzylinder 1 und 1′ während jeder Öffnung der Ventile 5 ausführen, gleich groß, weil die den beiden Hydraulikzylindern zugeführte Menge an Hydraulikflüssigkeit gleich groß ist. Nach der vorbestimmten Anzahl von Impulsen wird die Impulsgabe unterbrochen und außerdem werden die beiden Niveausensoren 13, von denen in Fig. 3 nur der eine dargestellt ist, wieder aktiviert. Dank der in der Bewegungs­ richtung der Fahne 15 im Abstand voneinander angeordneten Fenster 15′ ist die Logikschaltung 20 in der Lage, die Größe der Abweichung des Niveau-Istwertes vom Niveau-Sollwert zu erkennen. Ist das erreichte Niveau noch relativ weit vom Sollwert, also beispielsweise einem Normalniveau, entfernt, dann werden die Niveausensoren 13 wieder abgeschaltet und die Ventile 5 erneut mit einer bestimmten Anzahl von Impulsen im Wechsel beaufschlagt. Auf diese Weise kann schrittweise das Niveau der Karosserie 21 auf einen Wert angehoben werden, der zumindest nahe dem Sollwert ist, wobei keine Verzögerung einer eventuellen Schieflage der Karosserie 21 eintritt. Sobald der Sollwert nahezu erreicht ist, kann die noch vorhandene Abweichung mit Hilfe der Niveauregeleinrichtung beseitigt werden, da dann allen­ falls nur noch kurzzeitig eine minimale Schieflage der Karosserie 21 eintreten kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Änderung der Höhenlage eines über Hydrau­ likzylinder auf wenigstens einer Achse abgestützten Fahrzeugteils, wobei in den Zufuhr- und Ablaßleitungen der Hydraulikzylinder je ein Ventil liegt, mit folgenden Merkmalen:

• - es ist eine Steuerschaltung vorhanden, die durch kurzzeitiges Öffnen und Schließen der Ventile (5 bzw. 7) den Hydraulikzylindern (1; 1′; 1 l; 1 r) definier­ te Mengen von Hydraulikflüssigkeit zuführt bzw. von ihnen ableitet,
• - wobei die Ventile (5 bzw. 7) in gleichbleibender Reihenfolge durch die Steuerschaltung (20) angesteuert werden,
• - und diese Ansteuerung zumindest solange erfolgt, bis die Höhenla­ ge eines der Hydraulikzylinder (1; 1′; 1 l; 1 r) die Schaltschwelle eines den Hydraulikzylindern jeweils zugeordneten Schalters (Niveausensor 13 mit Aufnehmer 14 und Fahne 15) erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hydraulikzylinder (1; 1′; 1 l; 1 r) während der Öffnungszeit des ihm zugeordneten Ventils (5 bzw. 7) zumindest annähernd die gleiche Menge an Hydraulikflüssigkeit zugeführt oder entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungsdauer der Ventile (5 bzw. 7) in der Größenordnung von 0,5 Sek. liegt.