EP3898298A1 - Verfahren zum ermitteln einer achslast und federungssystem für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer achslast und federungssystem für ein fahrzeug

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EP3898298A1
EP3898298A1 EP19812956.1A EP19812956A EP3898298A1 EP 3898298 A1 EP3898298 A1 EP 3898298A1 EP 19812956 A EP19812956 A EP 19812956A EP 3898298 A1 EP3898298 A1 EP 3898298A1
Authority
EP
European Patent Office
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vehicle
hysteresis
axle load
loading
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19812956.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tristan KRUEGER
Thomas Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Europe BV
Original Assignee
ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF CV Systems Hannover GmbH filed Critical ZF CV Systems Hannover GmbH
Publication of EP3898298A1 publication Critical patent/EP3898298A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
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    • B60G17/017—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their use when the vehicle is stationary, e.g. during loading, engine start-up or switch-off
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G17/0182—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method involving parameter estimation, e.g. observer, Kalman filter
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    • B60G2800/70—Estimating or calculating vehicle parameters or state variables

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an axle load and a suspension system for a vehicle, which is particularly suitable for carrying out the method.
  • axle loads is used in particular to determine the loading condition, the distribution of the load and the total vehicle mass.
  • the determined axle loads can be used to control braking processes or vehicle dynamics controls. Overloading of the vehicle, which can damage the vehicle and the road and significantly lengthen the braking distance, can also be prevented.
  • Air springs allow you to measure your air pressure to determine the acting axle load, and also to actively change the level control and the acting axle load.
  • the axle load can also be determined by measuring the distance between the vehicle body and the chassis.
  • leaf springs can be designed on the one hand as parabolic springs with one or more spring leaves (spring layers) which are connected at their ends to the vehicle body.
  • leaf springs are known as trapezoidal springs with several spring layers, in particular different lengths of Federblät, which are threaded or strung up on a central heart bolt, for example, and are held together at their ends, for example by holding clips.
  • Such trapezoidal springs can have, in particular, progressive spring characteristics, which thus initially allow a soft suspension or a small modulus of elasticity in the case of small deflections, and therefore allow a larger modulus of elasticity in the case of larger Fe or deflections.
  • Trapezoidal springs in particular have a pronounced damping behavior, since the multiple spring layers or spring leaves rub against one another and can thereby absorb kinetic energy.
  • EP 1 571 429 B1 discloses a device for displaying an axle load of a vehicle in a vehicle body with an air suspension.
  • US 6,590,168 B2 describes a measuring device that measures a deflection angle of an axle and uses this to determine an axle load.
  • EP 1 604 179 B1 describes an axle load detection system for a vehicle with an air bellows support system using a pressure sensor for measuring the pressure in an air bellows.
  • GB 1479192 A describes a hysteresis correction in which a range between an upper and lower predetermined value of the weight is set and a new determined value is compared with a previous weight value and a deviation due to a hysteresis.
  • the invention has for its object to provide a suspension system and a method for determining an axle load, which enable a relatively safe determination or estimation of an axle load with relatively little effort.
  • the method according to the invention is intended in particular for the use of the suspension system according to the invention; the system according to the invention is provided in particular for carrying out the method according to the invention.
  • an axle load projection value or axle load reference value is thus determined, which can be updated subsequently and can be used in the various systems of the vehicle as the value of the axle load; i.e.
  • the determined axle load projection value thus represents the axle load currently being determined or projected from the available data.
  • the invention is based in particular on the idea of measuring a measuring distance between the vehicle body and the chassis already during a loading or unloading process, in which the spring-in state or spring-in travel of the leaf spring is thus changed, which as such initially affects hysteresis effects is. From this measuring distance, a hysteresis-corrected prediction or estimate of the current axle load is then made possible by determining an axle load projection value or axle load reference value. Since the nominal axle load that can be determined during a loading or unloading process is falsified, an axle load projection value is first determined from the directly measured measuring distance on the basis of stored and / or learned hysteresis lines of a hysteresis field.
  • a measuring distance between the vehicle body and the chassis is thus measured.
  • the measuring distance can in particular be determined by a measuring device provided on the vehicle body, which determines the measuring distance from the chassis.
  • the measuring distance to a star axis of the chassis, which connects two vehicle wheels can be determined.
  • the distance measuring device can on the one hand mechanically measure a measuring distance or a length, e.g. via a pivotable lever or other actuating device, and e.g. capture a measurement variable as a measurement angle or measurement length.
  • a measuring distance or a length e.g. via a pivotable lever or other actuating device
  • e.g. capture a measurement variable as a measurement angle or measurement length e.g. an ultrasonic sensor possible.
  • contactless measuring devices e.g. an ultrasonic sensor possible.
  • One advantage of the invention is that air suspension systems known, inexpensive distance measuring devices can be used.
  • a current axle load projection value or axle load reference value is subsequently determined using stored and / or learned values of a hysteresis field. For this purpose, it is first determined whether there is a loading or unloading process, and then, according to this evaluation, a suitable hysteresis line of the stored hysteresis field is determined, which is then used.
  • a suitable hysteresis line of the stored hysteresis field is determined, which is then used.
  • the compression and rebound processes of the leaf spring can generally be represented by an ideal spring characteristic that describe an elastic reversible spring and rebound process.
  • the spring characteristic which is represented, for example, by pairs of values for the measuring distance and the axle load, is also achieved in the vehicle when a relaxation criterion (second criterion) is met, or is achieved in good approximation, so that this ideal spring characteristic is then applied can be.
  • the second criterion can indicate, in particular, that the vehicle has previously completed a journey in which the vibrations and small compression and rebound processes compensate or release the tensions and frictional forces between the spring leaves or spring layers.
  • sufficient travel time and / or sufficient travel distance if necessary if additional conditions are met, such as also a sufficient minimum speed, from a starting point on the ideal spring characteristic.
  • a loading or unloading process can subsequently be recognized, to which a first criterion (charging process criterion) is advantageously additionally provided, which, for example, indicates the vehicle is at a standstill, or can also be fulfilled by the driver when a corresponding signal is input.
  • a first criterion charging process criterion
  • the control and evaluation device thus recognizes that a change in the axle load is subsequently carried out starting from a point on the ideal spring characteristic curve, it being subsequently recognized on the basis of the measurement signals whether the measurement distance is increased, which then e.g. can be recognized as a feed and loading process, or the measuring distance can be reduced accordingly, which can be recognized as a rebound or unloading process.
  • the ascertained axle load projection value and also the hysteresis field are advantageously updated by first resetting the second criterion and then checking whether this second criterion is subsequently fulfilled again, i.e. e.g. there is sufficient travel of the vehicle, which leads to the release of the internal tension of the leaf spring. Then it can again be assumed that a point on the ideal spring characteristic has been reached again. If this is fulfilled, a current axle load projection value can be determined with high accuracy directly via the currently measured measuring distance and the ideal spring characteristic, which thus corresponds to the previously estimated, i.e. based on the hysteresis during loading or unloading, axle load projection value replaced.
  • the deviation of this current corrected axle load projection value from the axle load projection value previously determined on the basis of the hysteresis during loading or unloading can subsequently be used as a correction deviation for correcting the entire hysteresis line of the hysteresis field, since it can be assumed that the acting one Axle load has not changed during the journey and the change in the determined axle load projection value is based on an error in the hysteresis line last assumed.
  • the entire hysteresis field can be corrected on the basis of this determined deviation.
  • the hysteresis field can be continuously corrected and updated.
  • axle load projection values determined according to the invention thus correspond to the currently determined axle load, or the axle load can be projected or estimated as an axle load projection value so that suitable values of the axle load are available for regulating and control processes.
  • the hysteresis field can have only a single first (upper) hysteresis line, which represents a loading process starting from an empty vehicle.
  • the hysteresis field can also have several first (upper) hysteresis lines for the loading process, e.g. as a group or field of hysteresis lines, which represent hysteresis lines for loading processes starting from different output values or output axle loads, e.g. in the case of a previously partially loaded vehicle or for other reasons such as superstructures, tank filling, etc.
  • second (lower) hysteresis lines can also be stored for the unloading process.
  • the hysteresis lines can be determined from the measured values on the one hand by interpolation of several measured values or on the basis of a mathematical model by evaluating a polynomial nth degree.
  • Figure 1 shows an axle suspension of a vehicle with a leaf spring.
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method according to the invention.
  • Figure 1 shows an area of an axle suspension of a vehicle 1, in particular a commercial vehicle, with vehicle wheels 2, the driving tool wheels 2 being mounted on a common rigid axle 3.
  • a vehicle body 4 is sprung against the rigid axle 3 by means of a spring system 5 with two lateral leaf springs 6.
  • a vehicle wheel 2 and a leaf spring 6 can be seen accordingly.
  • the leaf spring 6 is received at its front and rear ends 6a, 6b in spring receptacles 7a, 7b of the vehicle body 4 and in its central region 6c on the rigid axle 3, i.e. placed on the rigid axle 3 and fixed to it.
  • a measuring distance d of the vehicle body 4 with respect to the rigid axis 3 changes ver.
  • the vehicle body 4 is adjusted towards the rigid axle 3, i.e. the measuring distance d decreases with elastic deformation of the leaf spring 6, which is thus pressed upward in its central region 6c.
  • the measuring distance d is in particular also a function of a load 8, which is symbolically shown on the vehicle body 4 according to FIG.
  • a load 8 which is symbolically shown on the vehicle body 4 according to FIG.
  • the axle load distribution of the cargo 8 will generally also have to be taken into account.
  • the leaf spring 6 is designed as a stack of spring layers 9, ie a plurality of spring layers 9 are stacked on top of one another.
  • the spring layers 9 are generally in different lengths for this purpose. gene trained and each have a center hole through which a common so-called heart pin is set; furthermore the spring layers 9 are held together by brackets.
  • the leaf spring 6 can in principle also be designed as a parabolic spring with a spring layer 9 or a stack of spring layers.
  • the method according to the invention is particularly feasible when the leaf spring 6 is designed as a trapezoidal spring with spring layers 9 of different lengths, since the hysteresis effects or damping properties described below are particularly important.
  • the measuring distance d is measured by a distance measuring device 10, which acts as a mechanical displacement sensor, which is in contact with the vehicle body 4 and the rigid axle 3, or as a contactless measuring distance sensor, e.g. B. ultrasonic sensor can be designed, as it can be vorgese hen in a pneumatic suspension system.
  • the distance measuring device 10 supplies the distance measuring signal S1 to a control and evaluation device 12, which stores the measurement data and data calculated therefrom in an internal or external memory 11.
  • the measuring distance d therefore depends on the axle load AL.
  • a trapezoidal spring 6 shows a hysteresis behavior, which is shown in FIGS. 2 to 3 and is particularly related to the internal friction between the spring layers 9.
  • the measuring distance d is plotted against the axle load AL.
  • the ideal spring characteristic curve KL the measuring distance d falls accordingly with increasing axle load AL, with a non-linear spring characteristic curve in general, in particular a progressive spring characteristic curve, in particular in the case of a stack of spring layers of different lengths.
  • FIG. 2 first shows a loading process, that is to say a single-spring process:
  • a hysteresis field 14 is preferably determined from previous measurements and stored in the storage device 11, e.g. as a group of hysteresis lines Hy1, Hy2, ..., whereby the hysteresis lines Hy1, Hy2, ... can in turn be stored as a determined mathematical function, e.g. Polynomials, or can also be stored as value pairs (d, AL), in which case interpolation between these value pairs is then currently formed.
  • the loading process starts from an initial loading point B1, which is thus given as a pair of values (d_B1, AL_B1).
  • a second criterion or relaxation criterion K2 is provided, which indicates that a point on the ideal spring characteristic curve KL has currently been reached; the second criterion indicates that the vehicle 1 had previously driven sufficiently.
  • the hysteresis line Hy1 is defined by the frictional forces between the spring layers 9 during the loading process. The friction forces counteract the deflection of the leaf spring 6, in which the spring leaves 9 move against one another under pressure, so that a smaller measuring distance d is formed, a curved hysteresis line Hy1 being formed here, which line is measured accordingly can be used as value pairs (d_B1, AL B1), (d_B2, AL B2), ...
  • a currently measured measuring distance d for example the measuring distance value d_B2
  • d_B2 can be output directly from d_B2 in a subsequent spring deflection process starting from B1.
  • an existing axle load projection value AL_B2 is determined. A mistake by using the ideal spring characteristic curve KL can thus be avoided or minimized.
  • axle load projection values are determined, i.e. according to the graphic representation using the hysteresis lines as values on the abscissa.
  • FIG. 3 shows an unloading process in which the second (lower) hysteresis line Hy2 is passed through for the unloading process.
  • the vehicle 1 has previously met the second criterion K2, so that the internal frictional forces and tensions of the leaf spring 6 are largely reduced.
  • An initial discharge point E1 lies on the ideal spring characteristic curve KL with high accuracy.
  • the ideal spring characteristic KL is again not traversed, but the lower hysteresis line Hy2 defined by E1 with the points E1, E2, E3 to E7, which runs below the spring characteristic KL.
  • FIGS. 2 and 3 thus show the characteristic field 14 with hysteresis lines Hy1 and Hy2, which in particular can represent loading of the empty vehicle 1 and unloading from the fully loaded vehicle 1.
  • the uppermost first hysteresis line Hy1, which starts from a fully loaded vehicle 1, and the lowermost second hysteresis line Hy2 define and / or limit the hysteresis field 14 as enveloping lines and thus form three envelopes with the ideal spring characteristic.
  • the respective hysteresis line is thus characterized by the axle load value AL of the initial loading point B1, which, however, can in principle also change. So changes can be made to the vehicle that change the total mass of the load 8. In particular, however, vehicles can also be partially unloaded and partially loaded, so that different starting loading points B1 and different starting unloading points E1 are to be selected, the other upper ones below and form lower hysteresis lines Hy1, Hy2. This is shown in FIG. 4, where the first criterion K1 is used as an example after a long journey, ie after the second criterion by K2 has been met, and thus in particular the change in the measuring distance dx is checked.
  • a decrease in the measurement distance dx is determined here, which thus corresponds to an increase in the axle load, that is to say a loading process.
  • the starting loading point Bx with the axle load projection value Ax can be selected, which is based on the spring characteristic KL starting from dx, and the hysteresis line Hy3 starting from Bx can be selected, for example by interpolating measured values and / or by a polynomial nth degree.
  • a reliable determination of the axle load is thus already possible by defining a relevant hysteresis line Hy1, Hy2, Hyx, ... from a hysteresis field 14 by selecting the relevant starting loading point B1 or unloading point E1.
  • an axle load AL as an axle load projection value
  • no recalculation to the ideal spring characteristic curve KL is initially necessary, but the current axle load projection value AL-RV or Ax can be determined directly on the basis of the hysteresis field 14.
  • the hysteresis field 14 changes dynamically over time, in particular due to aging or material fatigue, corrosion, changes in the interfaces and thus the frictional forces between the spring layers 9, the hysteresis field 14 is continuously updated according to a preferred embodiment. This is shown by way of example in FIGS. 5a to 5c:
  • the hysteresis field 14 is stored.
  • the vehicle is in turn loaded after a journey that fulfills the criterion K2, so that an initial loading point B1 can be set, which can be determined directly from the currently measured measuring distance value d_B1 and the spring characteristic curve KL. Due to a changed hysteresis behavior, the loading actually follows the dotted line Hy_neu until, for example, the second loading point B2 is reached during the loading process. Due to the outdated or faulty hysteresis line Hy1, the measured Measuring distance value d_B2 incorrectly assigned to point B2_old and thus an axle load projection value AL_B2_old was determined.
  • the second criterion K2 is reset when a journey begins, in which case it can generally be assumed that the load 8 no longer changes.
  • the ideal spring characteristic KL is thus reached again and thus point B3 according to FIG. 5b - with the axle load AL unchanged.
  • the measuring distance value d_B3 is subsequently measured and not the measuring distance value d_B2_old that was previously incorrectly determined.
  • this allows the error to be recognized qualitatively and the current axle load projection value AL-RV to be corrected on the basis of the currently measured measuring distance value d_B3 and the known ideal spring characteristic curve KL.
  • the hysteresis field 14 can be adapted and the hysteresis line Hy1 relevant for the loading process can be corrected, i.e. according to FIG. 5c are visually shifted upwards to the determined values.
  • the new, corrected hysteresis line Hy1 can be determined from one or more determined loading points B2. In principle, it can be mathematically determined from the initial loading point B1 and a further loading point B2 using a suitable polynomial nth degree.
  • FIG. 6 thus shows a flowchart of a method for determining an axle load as an axle load projection value according to one embodiment:
  • a travel time (D _ ⁇ ) is above a minimum travel time (min_A _t) and / or a travel distance (A _s) lies above a minimum travel distance (min: A _s).
  • step St1 If K2 is not fulfilled, the method is reset before step St1; If K2 is fulfilled, it is recognized that the ideal spring characteristic curve KL can be used as a starting point for a subsequent change in the axle load.
  • step St2 the measuring distance value d_B1 is subsequently measured and from this the point B1 is determined as the current value pair (d_B1, AL_B1) using the ideal spring characteristic curve KL, as a result of which the current axle load projection value AL_B1 is determined.
  • step St3 It is subsequently checked according to step St3 whether the first criterion K1 or the charging process criterion K1 is met, i.e. there is a loading or unloading process, for which purpose e.g. can be checked
  • the distinction between loading and unloading can already be provided as part of the first criterion K1, ie whether d increases or decreases.
  • a decrease in d is measured, so that a loading process can be concluded in step St3.
  • the upper hysteresis line Hy1 which is defined by B1 and the characteristic field 14, can thus be used in step St4. If, on the other hand, an unloading process is determined, ie d increases, the lower hysteresis line Hy2 is drawn up.
  • the new measuring distance d2 is then measured in step St5 at the end of the loading process, from which the current axle load projection value AL_B2 is determined on the basis of the hysteresis line Hy1.
  • the current measuring distance d is measured and, on the one hand, a corrected axle load projection value AL-RV is determined on the basis of the spring line KL.
  • step St8 the hysteresis field 14 according to FIG. 5c) is subsequently corrected, a new hysteresis line Hy1 is determined and stored in the memory device 11, whereupon the method is reset before step St1.
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast eines Fahrzeugs (1) und ein Federungssystem (5) für das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit mindestens einer in ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und in ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1) angebundenen Blattfeder (6) aufweist. Hierbei sind die folgenden Schritte vorgesehen: Messen eines Messabstandes (d) des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3) Ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1) vorliegt, Ermitteln einer relevanten Hysterese-Linie eines vorgespeicherten Hysterese-Feldes in Abhängigkeit der Ermittlung eines Be- oder Entladevorganges, Ermitteln eines aktuellen Achslast-Projektionswertes aus dem Messabstand und der relevanten Hysterese-Linie, wobei insbesondere ein Ladevorgangs-Kriterium und ein Relaxations-Kriterium vorgesehen sein können. Der ermittelte Achslast-Projektionswert dient somit als projizierte bzw. abgeschätzte Achslast und kann insbesondere in Fahrdynamik-Regelsystemen eingesetzt werden. Weiterhin kann das Hysteresefeld aktualisiert werden.

Description

Verfahren zum Ermitteln einer Achslast und Federungssystem für ein Fahr zeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast und ein Federungssystem für ein Fahrzeug, das insbesondere zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
Die Ermittlung von Achslasten dient insbesondere dazu, den Beladungszu stand, die Verteilung der Last und die gesamte Fahrzeugmasse zu ermitteln. Die ermittelten Achslasten können zur Regelung von Bremsvorgängen oder Fahrdynamik-Regelungen herangezogen werden. Auch kann ein Überladen des Fahrzeugs verhindert werden, das zur Beschädigung des Fahrzeugs und der Straße führen kann und den Bremsweg deutlich verlängert.
Federungssysteme für Fahrzeuge können zum einen mittels Luftfedern bzw. Luftbälgen, d.h. pneumatisch ausgebildet sein, was jedoch relativ aufwendig ist. Luftfedern ermöglichen eine Messung ihres Luftdrucks zur Ermittlung der einwirkenden Achslast, und weiterhin eine aktive Veränderung der Niveau regulierung und der einwirkenden Achslast. Auch kann die Achslast durch Messung des Abstandes des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk ermittelt werden.
Weiterhin sind Federungssysteme mit metallischen Blattfedern bekannt, die im Allgemeinen mit ihren Enden am Fahrzeugaufbau angebunden sind und in ihrem mittleren Bereich am Fahrwerk, insbesondere einer Star-Achse des Fahrwerks, aufliegen bzw. aufgenommen sind. Derartige Federungssysteme mit Blattfedern sind im Allgemeinen relativ kostengünstig; als nachteilhaft wird im Allgemeinen eine ungenaue Ermittlung der Achslast, insbesondere durch die auftretenden Hysterese-Eigenschaften angesehen. Blattfedern können zum einen als Parabelfedern mit einem oder mehreren Federblättern (Federlagen) ausgebildet sein, die an ihren Enden am Fahr zeugaufbau angebunden sind. Weiterhin sind Blattfedern als Trapezfedern mit mehreren Federlagen, insbesondere unterschiedlich langen Federblät tern bekannt, die z.B. auf einem mittigen Herzbolzen aufgefädelt oder aufge reiht sind und an ihren Enden z.B. über Halteklammern zusammengehalten werden. Derartige Trapezfedern können insbesondere progressive Feder kennlinien aufweisen, die somit bei kleinen Einfederungen zunächst eine weiche Federung bzw. ein kleines Elastizitätsmodul, und bei größeren Fe derwegen bzw. Einfederungen ein größeres Elastizitätsmodul ermöglichen. Insbesondere Trapezfedern weisen ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten auf, da die mehreren Federlagen bzw. Federblätter aneinander reiben und hierdurch kinetische Energie absorbieren können.
Es zeigt sich jedoch, dass bei derartigen Trapezfedern eine Bestimmung der Achslast problematisch ist. So ist eine direkte Ermittlung der Kraft bzw. Achslast im Allgemeinen nur ungenau oder schwierig mittels zusätzlicher Dehnungsmessstreifen möglich, oder es wird ein Eingriff in das Federungs system erforderlich, um eine entsprechende, die Achslast direkt anzeigende Messeinrichtung zu installieren.
Die EP 1 571 429 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Anzeige einer Achslast eines Fahrzeugs bei einem Fahrzeug-Aufbau mit einer Luftfederung.
Die US 6,590,1 68 B2 beschreibt eine Messvorrichtung, die einen Auslenk winkel einer Achse misst und hieraus eine Achslast ermittelt.
Die EP 1 604 179 B1 beschreibt ein Achslast-Erfassungssystem für ein Fahrzeug mit einem Luftbalg-Tragsystem unter Einsatz eines Drucksensors zur Messung des Drucks in einem Luftbalg.
Die GB 1479192 A beschreibt eine Hysterese-Korrektur, bei der ein Bereich zwischen einem oberen und unteren vorbestimmten Wert des Gewichtes angesetzt wird und ein neuer ermittelter Wert mit einem vorherigen Ge wichtswert und einer Abweichung aufgrund einer Hysterese verglichen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federungssystem und ein Verfahren zum Ermitteln einer Achslast zu schaffen, die eine relativ sichere Bestimmung oder Abschätzung einer Achslast mit relativ geringem Aufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Federungssystem nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Einsatz des erfin dungsgemäßen Federungssystem vorgesehen; das erfindungsgemäße Fe derungssystem ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Fede rungssystem wird somit ein Achslast- Projektionswert bzw. Achslast- Referenzwert ermittelt, der nachfolgend aktualisiert werden kann und in den verschiedenen Systemen des Fahrzeugs als Wert der Achslast eingesetzt werden kann; d.h. der ermittelte Achslast-Projektionswert stellt somit die ak tuell ermittelte bzw. aus den zur Verfügung stehenden Daten projizierte Achslast dar.
Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, bereits während eines Belade- oder Entladevorganges, bei dem somit der Einfeder-Zustand bzw. Einfederweg der Blattfeder geändert wird, einen Messabstand des Fahrzeugsaufbaus gegenüber dem Fahrwerk zu messen, der als solcher zunächst durch Hysterese- Effekte beeinflusst ist. Nachfolgend wird dann aus diesem Messabstand eine hysteresebereinigte Vorhersage bzw. Ab schätzung der aktuellen Achslast durch Ermittlung eines Achslast- Projektionswertes bzw. Achslast- Referenzwertes ermöglicht. Da die wäh rend eines Be- oder Entladevorgangs nominal ermittelbare Achslast hyste- rese-verfälscht ist, wird aus dem direkt gemessenen Messabstand aufgrund von gespeicherten und/oder gelernten Hysterese-Linien eines Hysterese- Feldes zunächst ein Achslast-Projektionswert ermittelt. Erst nach einem „Freirütteln“ der verspannten Blattfeder, das über ein hierfür vorgesehenes zweites Kriterium festgestellt werden kann, stellt sich ein realistischer Einfe derweg der Blattfeder ein, der dann durch Messung des Messabstand direkt herangezogen werden kann, und zum einen als neuer bzw. korrigierter Achslast-Projektionswert und weiterhin für eine Bewertung bzw. Korrektur der Hystereselinien verwendet werden kann.
Somit wird ein Messabstand des Fahrzeugsaufbaus gegenüber dem Fahr werk gemessen. Der Messabstand kann insbesondere durch eine am Fahr zeugaufbau vorgesehene Messeinrichtung ermittelt werden, die den Mess abstand zu dem Fahrwerk ermittelt. Hierbei kann insbesondere der Messab stand zu einer Star-Achse des Fahrwerks, die zwei Fahrzeugräder verbin det, ermittelt werden. Es ist jedoch auch die Ermittlung des Messabstandes zwischen anderen Bezugsgrößen des Fahrzeugaufbaus und des Fahrwerks möglich.
Die Abstandsmesseinrichtung kann zum einen mechanisch einen Messab stand bzw. eine Länge messen, z.B. über einen schwenkbaren Hebel oder eine andere Stelleinrichtung, und z.B. eine Messgröße als Messwinkel oder Messlänge erfassen. Weiterhin ist auch der Einsatz kontaktloser Messein richtungen, z.B. eines Ultraschallsensors möglich. Hierbei liegt ein Vorteil der Erfindung bereits darin, dass von Luftfederungs-Systemen bekannte, kostengünstige Abstands-Messeinrichtungen eingesetzt werden können.
Aus dem gemessenen Messabstand wird nachfolgend mit gespeicherten und/oder gelernten Werten eines Hysterese-Feldes ein aktueller Achslast- Projektionswert bzw. Achslast- Referenzwert ermittelt. Hierzu wird zunächst ermittelt, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang vorliegt, und dann ge mäß dieser Bewertung eine geeignete Hysterese-Linie des gespeicherten Hysteresefeldes ermittelt, die dann verwendet wird. Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise angesetzt, dass die Einfeder- und Ausfedervorgänge der Blattfeder im Allgemeinen durch eine ideale Feder kennlinie dargestellt werden können, die einen elastischen reversiblen Ein feder- und Ausfedervorgang beschreiben. Hierbei wird erkannt, dass die Federkennlinie, die z.B. durch Wertepaare des Messabstandes und der Achslast dargestellt wird, beim Fahrzeug bei Erfüllen eines Relaxationskrite riums (zweiten Kriteriums) auch erreicht wird bzw. in guter Näherung er reicht wird, so dass diese ideale Federkennlinie dann angesetzt werden kann. Das zweite Kriterium kann insbesondere anzeigen, dass das Fahr zeug zuvor eine Fahrt zurückgelegt hat, bei der die Vibrationen und kleinen Einfeder- und Ausfedervorgänge die Verspannungen und Reibungskräfte zwischen den Federblättern bzw. Federlagen kompensieren oder lösen. Somit kann nach einer Fahrt mit z. B. hinreichender Fahrtdauer und/oder hinreichender Fahrtstrecke, gegebenenfalls bei Erfüllen weiterer Bedingun gen wie z.B. auch einer hinreichenden Mindestgeschwindigkeit, von einem Ausgangspunkt auf der idealen Federkennlinie ausgegangen werden. Somit kann insbesondere nachfolgend ein Beladevorgang oder Entladevorgang erkannt werden, wozu vorteilhafterweise ergänzend ein erstes Kriterium (Ladevorgangskriterium) vorgesehen ist, das z.B. den Fahrzeugstillstand anzeigt, oder auch bei Eingabe eines entsprechenden Signals durch den Fahrer erfüllt werden kann.
Somit erkennt die Steuer- und Auswerteeinrichtung, dass nachfolgend von einem Punkt auf der idealen Federkennlinie ausgehend eine Änderung der Achslast vorgenommen wird, wobei nachfolgend aufgrund der Messsignale erkannt wird, ob der Messabstand vergrößert wird, was dann z.B. als Einfe derung und Beladevorgang erkannt werden kann, oder entsprechend der Messabstand verkleinert wird, was als Ausfederung bzw. Entladevorgang erkannt werden kann.
Somit wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise angesetzt, dass dieser Ein federvorgang oder Ausfedervorgang von der idealen Federkennlinie ausge hend durch Hysterese-Linien eines Hysterese-Feldes, insbesondere vorge speicherte und/oder gelernte Hysterese-Linien, gut bzw. in hinreichender Genauigkeit nachgebildet werden kann und somit die nachfolgend gemes sene Änderung des Messabstandes einem aktuellen Achslastwert- Projektionswert zugeordnet werden kann, der somit nachfolgend insbeson dere für Regelungen und Steuerungen als aktuelle Achslast herangezogen werden kann.
Vorteilhafterweise erfolgt eine Aktualisierung des ermittelten Achslast- Projektionswertes und auch des Hysterese-Feldes, indem zunächst das zweite Kriterium wieder zurückgesetzt wird und nachfolgend überprüft wird, ob dieses zweite Kriterium anschließend wieder erfüllt wird, d.h. z.B. eine hinreichende Fahrt des Fahrzeugs vorliegt, die zur Lösung der inneren Ver spannungen der Blattfeder führt. Dann kann wiederum angesetzt werden, dass wieder ein Punkt auf der idealen Federkennlinie erreicht worden ist. Wenn dies erfüllt ist, kann ein aktueller Achslast-Projektionswert direkt über den aktuell gemessenen Messabstand und die ideale Federkennlinie mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, die somit den zuvor abgeschätzten, d.h. aufgrund der Hysterese beim Beladevorgang oder Entladevorgang ermittel ten, Achslast-Projektionswert ersetzt. Die Abweichung dieses aktuellen kor rigierten Achslast-Projektionswertes gegenüber dem zuvor aufgrund der Hysterese beim Beladevorgang oder Entladevorgang ermittelten Achslast- Projektionswertes kann nachfolgend als Korrekturabweichung herangezo gen werden zur Korrektur der gesamten Hysterese-Linie des Hysterese- Feldes, da angesetzt werden kann, dass die einwirkende Achslast sich wäh rend der Fahrt nicht geändert hat und somit die Änderung des ermittelten Achslast-Projektionswertes auf einen Fehler der zuletzt angenommenen Hysterese-Linie beruht. Insbesondere kann das gesamte Hysterese-Feld aufgrund dieser ermittelten Abweichung korrigiert werden.
Somit kann zusätzlich zu einer aktuellen Ermittlung des Achslast- Projektionswertes eine fortlaufende Korrektur und Aktualisierung des Hyste rese-Feldes erfolgen.
Die erfindungsgemäß ermittelten Achslast-Projektionswerte entsprechen somit der aktuell ermittelten Achslast, bzw. die Achslast kann erfindungs- gemäß als Achslast- Projektionswert projiziert bzw. abgeschätzt werden, so dass geeignete Werte der Achslast für Regel- und Steuerverfahren vorlie gen.
Das Hysterese-Feld kann zum einen lediglich eine einzige erste (obere) Hysterese-Linie aufweisen, die einen Beladevorgang von einem leeren Fahrzeug ausgehend darstellt. Weiterhin kann das Hysterese-Feld auch mehrere erste (obere) Hysterese-Linien für den Beladevorgang, z.B. als Schar oder Feld von Hysterese-Linien aufweisen, die Hysterese-Linien für Beladevorgänge von unterschiedlichen Ausgangswerten bzw. Ausgangs- Achslasten ausgehend darstellen, z.B. bei zuvor teilbeladenem Fahrzeug oder aus anderen Gründen wie Aufbauten, Tankfüllung usw. Entsprechend können auch mehrere zweite (untere) Hysterese-Linien für den Entladevor gang gespeichert sein.
Die Hysterese-Linien können aus den Messwerten zum einen durch Interpo lation mehrerer Messwerte oder aber auch aufgrund eines mathematischen Models durch Auswertung eines Polynomen-n-ten Grades ermittelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Achsaufhängung eines Fahrzeugs mit einer Blattfeder;
Fig. 2 ein Kennlinien-Feld mit einer Darstellung von Einfeder- Vorgängen (Beladungsvorgängen);
Fig. 3 ein Kennlinien-Feld mit einer Darstellung von Ausfeder- Vorgängen (Entladevorgängen);
Fig. 4 ein Kennlinien-Feld bei Ermittlung eines Einfeder-Vorgangs bei teilbeladenem Fahrzeug; Fig. 5a, b, c Schritte der Ermittlung bzw. Neuberechnung von Hysteresekur ven des Kennlinien-Feldes;
Fig. 6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt einen Bereich einer Achsaufhängung eines Fahrzeuges 1 , ins besondere eines Nutzfahrzeuges, mit Fahrzeugrädern 2, wobei die Fahr zeugräder 2 auf einer gemeinsamen Starr-Achse 3 angebracht sind. Ein Fahrzeug-Aufbau 4 ist gegenüber der Starr-Achse 3 mittels eines Fede rungssystems 5 mit zwei seitlichen Blattfedern 6 gefedert. In der Seitenan sicht der Fig. 1 sind entsprechend ein Fahrzeugrad 2 und eine Blattfeder 6 ersichtlich.
Die Blattfeder 6 ist an ihrem vorderen und hinteren Ende 6a, 6b in Feder aufnahmen 7a, 7b des Fahrzeugaufbaus 4 aufgenommen und in ihrem mitt leren Bereich 6c an der Starr-Achse 3 aufgenommen, d.h. auf die Starr- Achse 3 aufgelegt und an dieser fixiert. Somit führen Vertikal-Bewegungen des Aufbaus 4 zu einem Ein- und Ausfedern der Blattfeder 6, d.h. ein Messabstand d des Fahrzeug-Aufbaus 4 gegenüber der Starr-Achse 3 ver ändert sich. Bei einem Einfeder-Vorgang, z.B. beim Überfahren einer Bo denschwelle, wird der Fahrzeug-Aufbau 4 zu der Starr-Achse 3 hin verstellt, d.h. der Messabstand d verringert sich unter elastischer Verformung der Blattfeder 6, die somit in ihrem mittleren Bereich 6c nach oben eingedrückt wird.
Der Messabstand d stellt sich insbesondere auch in Abhängigkeit einer La dung 8 dar, die gemäß Figur 1 symbolisch auf dem Fahrzeug-Aufbau 4 auf genommen ist. Bei einem mehrachsigen Fahrzeug wird im Allgemeinen auch die Achslast-Verteilung der Ladung 8 zu berücksichtigen sein.
Die Blattfeder 6 ist gemäß der gezeigten Ausführungsform der Figur 1 als Stapel von Federlagen 9 ausgebildet, d.h. es sind mehrere Federlagen 9 aufeinander geschichtet. Bei Ausbildung der Blattfeder 6 als Trapezfeder werden die Federlagen 9 hierzu im Allgemeinen in unterschiedlichen Län- gen ausgebildet und weisen jeweils eine Mittenbohrung auf, durch welche ein gemeinsamer sogenannter Herzbolzen gesetzt ist; weiterhin werden die Federlagen 9 durch Klammern zusammengehalten. Weiterhin kann die Blattfeder 6 grundsätzlich auch als Parabelfeder mit einer Federlage 9 oder auch einem Stapel von Federlagen ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Ausbildung der Blattfeder 6 als Trapezfeder mit unterschiedlich langen Federlagen 9 vor teilhaft ausführbar, da die nachfolgend beschriebenen Hysterese- Effekte bzw. Dämpfungseigenschaften besonders zu tragen kommen.
Der Messabstand d wird durch eine Abstands- Messeinrichtung 10 gemes sen, die als mechanischer Wegsensor, der in Kontakt mit dem Fahrzeug- Aufbau 4 und der Starr-Achse 3 steht, oder auch als kontaktloser Messab- stands-Sensor, z. B. Ultraschallsensor ausgebildet sein kann, wie sie grundsätzlich auch bei einem pneumatischen Federungssystem vorgese hen sein kann. Die Abstands- Messeinrichtung 10 liefert das Abstands- Messsignal S1 an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 12, die die Mess daten und hieraus berechnete Daten in einem internen oder externen Spei cher 1 1 abspeichert.
Der Messabstand d hängt somit von der Achslast AL ab. Allerdings zeigt insbesondere eine Trapezfeder 6 ein Hysterese- Verhalten, das in Figur 2 bis 3 gezeigt ist und insbesondere mit der internen Reibung zwischen den Federlagen 9 zusammenhängt. In Figur 2 ist der Messabstand d gegenüber der Achslast AL aufgetragen. Bei der idealen Federkennlinie KL fällt ent sprechend der Messabstand d mit zunehmender Achslast AL, wobei im All gemeinen eine nicht-lineare Federkennlinie, insbesondere eine progressive Federkennlinie vorliegt, insbesondere bei einem Stapel aus Federlagen mit unterschiedlicher Länge. Aufgrund der Reibung zwischen den Federlagen 9 folgt die Verstellung des Messabstandes d jedoch nicht der idealen Feder kennlinie KL, sondern kann durch ein Hysterese-Feld 14 wiedergegeben werden, das sich als Schar von Hysterese-Linien Hyi mit i= 1 , 2, 3, .., d.h. somit Hy1 , Hy2, Hy3,... darstellen lässt: Hierbei zeigt Figur 2 zunächst ei nen Beladevorgang, d.h. Einfeder-Vorgang:
Ein Belade- oder Entladevorgang liegt vor, wenn ein erstes Kriterium oder Ladevorgangskriterium K1 erfüllt ist; dieses kann insbesondere vorsehen, dass das Fahrzeug 1 steht, d.h. v=0. Weiterhin ist vorzugsweise als Bedin gung für einen Beladevorgang vorgesehen, dass die Achslast AL zunimmt, d.h. eine Abnahme des Messabstandes d gemessen wird. Ein Hysterese- Feld 14 ist vorzugsweise aus vorherigen Messungen ermittelt und in der Speichereinrichtung 1 1 gespeichert, z.B. als Schar von Hysterese-Linie Hy1 , Hy2,..., wobei die Hysterese-Linien Hy1 , Hy2, ... wiederum als ermittelte mathematische Funktion gespeichert sein können, z.B. Polynome, oder auch als Werte-Paare (d, AL) gespeichert sein können, wobei dann aktuell entsprechend Interpolation zwischen diesen Werte-Paare gebildet werden.
Der Beladevorgang geht von einem Anfangs-Beladepunkt B1 aus, der somit als Werte-Paar (d_B1 , AL_B1 ) gegeben ist. Allgemein ist ein zweites Kriteri um bzw. Relaxationskriterium K2 vorgesehen, das anzeigt, dass aktuell ein Punkt auf der idealen Federkennlinie KL erreicht ist; das zweite Kriterium zeigt an, dass das Fahrzeug 1 zuvor hinreichend gefahren ist. Bei einem nachfolgenden Beladevorgang werden sukzessive Belade-Punkte B2, B3,
B4 bis z.B. B7 entlang der ersten (oberen) Hysterese-Linie Hy1 angenom men, wobei z.B. B7 eine vollständige Beladung anzeigt, so dass der Bela devorgang beendet wird. Die Hysterese-Linie Hy1 wird durch die Reibungs kräfte zwischen den Federlagen 9 beim Beladevorgang definiert. Die Rei bungskräfte wirken dem Durchbiegen der Blattfeder 6, bei dem sich die Fe derblätter 9 gegeneinander unter Druckbelastung verschieben, entgegen, so dass ein kleinerer Messabstand d ausgebildet wird, wobei sich hier eine ge krümmte Hysterese-Linie Hy1 ausbildet, die entsprechend gemessen wer den kann als Wertepaare (d_B1 , AL B1 ), (d_B2, AL B2), ...
Da das Hysterese-Feld 14 vorgespeichert ist, kann somit bei einem nach folgenden Einfeder-Vorgang von B1 ausgehend ein aktuell gemessener Messabstand d, z.B. der Messabstands-Wert d_B2, direkt von d_B2 ausge- hend auf Grundlage der ersten Hysterese-Linie Hy1 ein vorliegender Achs last-Projektionswert AL_B2 ermittelt werden. Somit kann ein Fehler durch Heranziehen der idealen Federkennlinie KL vermieden bzw. minimiert wer den.
Somit wird die nicht direkt messbare Achslast projiziert, und es werden Achslast- Projektionswerte ermittelt, d.h. gemäß der grafischen Darstellung mittels der Hystereselinien als Werte auf der Abszisse.
Figur 3 zeigt einen Entladevorgang, bei dem die zweite (untere) Hysterese- Linie Hy2 für den Entladevorgang durchfahren wird. Das Fahrzeug 1 hat wiederum zuvor das zweite Kriterium K2 erfüllt, sodass die internen Reib kräfte und Verspannungen der Blattfeder 6 weitgehend abgebaut sind. So mit liegt ein Anfangs-Entladepunkt E1 mit hoher Genauigkeit auf der idealen Federkennlinie KL. Beim nachfolgenden Entladevorgang wird wiederum nicht die ideale Federkennlinie KL durchfahren, sondern die durch E1 fest gelegte untere Hysterese-Linie Hy2 mit den Punkten E1 , E2, E3 bis E7, die unterhalb der Federkennlinie KL verläuft.
Die Figuren 2 und 3 zeigen somit das Kennlinienfeld 14 mit Hysterese- Linien Hy1 und Hy2, die insbesondere eine Beladung des leeren Fahrzeugs 1 und eine Entladung vom vollständig beladenen Fahrzeug 1 aus darstellen können. Die oberste erste Hysterese-Linie Hy1 , die von einem vollständig beladenen Fahrzeug 1 ausgeht, und die unterste zweite Hysterese-Linie Hy2 definieren und/oder begrenzen das Hysterese-Feld 14 als einhüllende Linien und bilden mit der idealen Feder-Kennlinie somit drei Hüllkurven.
Die jeweilige Hysterese-Linie ist somit durch den Achslastwert AL des An- fangs-Beladepunktes B1 gekennzeichnet, der sich jedoch grundsätzlich auch ändern kann. So können Änderungen am Fahrzeug vorgenommen werden, die die Gesamtmasse der Ladung 8 verändern. Insbesondere aber können Fahrzeuge auch teilentladen und teilbeladen werden, so dass un terschiedliche Anfangs-Beladepunkte B1 und unterschiedliche Anfangs- Entladepunkte E1 zu wählen sind, die nachfolgend jeweils andere obere und untere Hysterese-Linien Hy1 , Hy2 ausbilden. Dies ist in Figur 4 gezeigt, wo beispielhaft nach längerer Fahrt, d.h. nach Erfüllen des zweiten Kriteri um K2 das erste Kriterium K1 herangezogen wird und somit insbesondere die Änderung des Mess-Abstandes dx überprüft wird. So wird hier eine Ab nahme des Mess-Abstandes dx ermittelt, die somit einer Zunahme der Achslast, d.h. einem Beladevorgang entspricht. Somit kann hier der An- fangs-Beladepunkt Bx mit Achslast-Projektionswert Ax gewählt werden, der von dx ausgehend auf der Federkennlinie KL liegt, und die von Bx ausge hende Hysterese-Linie Hy3 gewählt werden, z.B. durch Interpolation von Messwerten und/oder durch ein Polynom-n-ten Grades.
Somit ist bereits eine sichere Bestimmung der Achslast möglich, indem aus einem Hysterese- Feld 14 eine relevante Hysterese-Linie Hy1 , Hy2, Hyx,... durch Auswahl des relevanten Anfangs- Beladepunktes B1 oder Entlade punktes E1 definiert ist. Somit ist bei dieser Ermittlung einer Achslast AL als Achslast- Projektionswert auch zunächst keine Rück-Berechnung auf die ideale Federkennlinie KL erforderlich, sondern es kann direkt auf Grundlage des Hysterese-Feldes 14 der aktuelle Achslast-Projektionswert AL-RV bzw. Ax bestimmt werden.
Da das Hysterese-Feld 14 sich im Laufe der Zeit dynamisch ändert, insbe sondere durch Alterung bzw. Materialermüdung, Korrosion, Änderung der Grenzflächen und somit der Reibungskräfte zwischen den Federlagen 9, wird gemäß einer bevorzugten Ausbildung das Hysterese- Feld 14 fortlau fend aktualisiert. Dies ist beispielshaft an den Figuren 5a bis 5c gezeigt:
Zum Ausgangs-Zeitpunkt ist das Hysterese-Feld 14 gespeichert. Das Fahr zeug wird wiederum nach einer Fahrt, die das Kriterium K2 erfüllt, beladen, so dass ein Anfangs-Beladepunkt B1 angesetzt werden kann, der aus dem aktuell gemessenen Messabstands-Wert d_B1 und der Federkennlinie KL direkt ermittelt werden kann. Die Beladung folgt aufgrund eines geänderten Hysterese-Verhaltens tatsächlich der gepunkteten Linie Hy_neu, bis z.B. bei dem Ladevorgang der zweite Beladepunkt B2 erreicht wird. Aufgrund der veralteten bzw. fehlerhaften Hysterese-Linie Hy1 wird der gemessene Messabstands-Wert d_B2 fälschlicherweise dem Punkt B2_old zugeordnet und somit ein Achslast-Projektionswert AL_B2_old ermittelt.
Nachfolgend wird bei einem Fahrtantritt, bei dem somit im Allgemeinen da von ausgegangen werden kann, dass sich die Ladung 8 nicht mehr ändert, das zweite Kriterium K2 zurückgesetzt. Nach einer Fahrt, bei der das zweite Kriterium K2 wieder erfüllt ist, wird somit wieder die ideale Federkennlinie KL erreicht und somit gemäß Figur 5b - bei unveränderter Achslast AL - der Punkt B3. Somit wird nachfolgend der Messabstands-Wert d_B3 ge messen und nicht der zuvor fehlerhaft ermittelte Messabstands-Wert d_B2_old. Hierdurch kann zum einen der Fehler qualitativ erkannt werden und der aktuelle Achslast-Projektionswert AL-RV auf Grundlage des aktuell gemessenen Messabstands-Wertes d_B3 und der bekannten idealen Fe derkennlinie KL korrigiert werden. Weiterhin kann gemäß Figur 5c das Hys terese-Feld 14 angepasst und die für den Beladevorgang relevante Hyste rese-Linie Hy1 korrigiert werden, d.h. gemäß Figur 5c anschaulich nach oben versetzt werden auf die ermittelten Werte.
Hierbei kann die neue, korrigierte Hysterese-Linie Hy1 aus einem oder mehreren ermittelten Beladepunkten B2 festgelegt werden. Sie kann grund sätzlich aus dem Anfangs-Beladepunkt B1 und einem weiteren Beladepunkt B2 mathematisch durch ein geeignetes Polynom-n-ten Grades ermittelt werden.
Figur 6 zeigt somit ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Achslast als Achslast-Projektionswert gemäß einer Ausführungsform:
Nach dem Start in Schritt StO wird nachfolgend in Schritt St1 überprüft, ob das zweite Kriterium K2 erfüllt ist, d.h. K2 = 1 , z.B. durch Vergleich der seit dem letzten Beladevorgang oder Entladevorgang durchgeführten Fahrten. Hierbei kann insbesondere überprüft werden, ob
eine Fahrtdauer (D _ΐ) oberhalb einer Minimal-Fahrtdauer (min_A _t) liegt und/oder eine Fahrstrecke (A _s) oberhalb einer Minimal-Fahrstrecke (min:A _s) liegt.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Fahrtdauer oder Fahrstrecke durchgängig in einer einzigen Fahrt erfüllt wurde, oder es werden auch mehrere hintereinander durchgeführte Fahrten zugelassen.
Gegebenenfalls kann ergänzend z.B. auch überprüft werden, ob während der Fahrten eine Mindest-Geschwindigkeit eingehalten wurde.
Falls K2 nicht erfüllt ist, wird das Verfahren vor den Schritt St1 zurückge setzt; ist K2 erfüllt, wird erkannt, dass die ideale Federkennlinie KL als Aus gangspunkt für eine nachfolgende Änderung der Achslast herangezogen werden kann.
In Schritt St2 wird nachfolgend der Messabstand-Wert d_B1 gemessen und hieraus mittels der idealen Federkennlinie KL der Punkt B1 als aktuelles Wertepaar (d_B1 , AL_B1 ) ermittelt, wodurch der aktuelle Achslast- Projektionswert AL_B1 ermittelt ist.
Nachfolgend wird gemäß Schritt St3 überprüft, ob das erste Kriterium K1 bzw. Ladevorgangs-Kriterium K1 erfüllt ist, d.h. ein Belade- oder Entlade vorgang vorliegt, wozu z.B. überprüft werden kann,
ob die Fahrtgeschwindigkeit v=0,
ob eine Änderung des Messabstandes d größer als ein Minimalwert d_min vorliegt, wobei d_min kleine Schwankungen zulässt,
und/oder gegebenenfalls auch ein Eingabesignal des Fahrers erforderlich ist.
Weiterhin kann als Teil des ersten Kriteriums K1 bereits die Unterscheidung zwischen Be- und Entladevorgang vorgesehen sein, d.h. ob d zunimmt oder abnimmt. Im vorliegenden Fall wird eine Abnahme von d gemessen, so dass in Schritt St3 auf einen Beladevorgang geschlossen werden kann. Somit kann in Schritt St4 die obere Hysterese-Linie Hy1 herangezogen werden, die durch B1 und das Kennlinienfeld 14 festgelegt ist. Wird hingegen ein Entladevor gang ermittelt, d.h. d nimmt zu, so wird die untere Hysterese-Linie Hy2 her angezogen.
Nachfolgend wird dann in Schritt St5 am Ende des Beladevorgangs der neue Messabstand d2 gemessen, aus dem auf Grundlage der Hysterese- Linie Hy1 jeweils der aktuelle Achslast- Projektionswert AL_B2 ermittelt wird. Dieser aktuelle Achslast- Projektionswert AL_B2 kann nachfolgend ange zeigt bzw. auch für Fahrdynamik-Regelungen herangezogen werden, bei denen die Achslast AL eingeht, d.h. insbesondere für eine Regelung der Achslastverteilung durch Ansteuerung der pneumatischen Federn, für Bremsvorgänge und auch Stabilisierungs-Vorgänge. Da ein Beladevorgang unter Ausbildung eines Hysterese- Verhaltens der Blattfeder 6 erfolgt ist, ist das zweite Kriterium K2 nicht mehr erfüllt, so dass in Schritt St6 K2 zurück gesetzt werden kann, d.h. K2= 0.
Nachfolgend wird in Schritt St7 nach z.B. einer kurzen Fahrt wiederum das zweite Kriterium K2 erfüllt als K2=1 , so dass davon ausgegangen werden kann, dass das Verhalten der Blattfeder 6 wiederum der idealen Federkenn linie KL folgt. Es wird der aktuelle Messabstand d gemessen und zum einen hieraus ein korrigierter Achslast-Projektionswert AL-RV auf Grundlage der Federlinie KL ermittelt. Weiterhin wird in Schritt St8 nachfolgend das Hyste rese-Feld 14 gemäß Fig. 5c) korrigiert, eine neue Hysterese-Linie Hy1 er mittelt und in der Speichereinrichtung 1 1 gespeichert, woraufhin das Ver fahren vor den Schritt St1 zurückgesetzt wird. Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
1 Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
2 Fahrzeugrad
3 Fahrwerk, insbesondere Starr-Achse
4 Fahrzeug-Aufbau
5 Federungssystem
6 Blattfeder
6a, b seitliche Enden der Blattfeder 6
6c mittlerer Bereich der Blattfeder 6
7a, b Federaufnahmen
d Abstand, Messabstand
8 Ladung
9 Federblätter, Federlagen der Blattfeder 6
10 Abstandsmesseinrichtung
1 1 Speichereinrichtung
12 Steuer- und Auswerteeinrichtung
14 Hysterese- Feld
S1 Abstand-Messsignal d_B1 , d_B2, d_B3.... Messabstand-Werte bei den
Beladepunkten B1 , B2, B3,...
AL Achslast
AL-RV, AL_B2_old Achslast-Projektionswerte
KL ideale Federkennlinie
K1 erstes Kriterium, Ladevorgangskriterium
K2 zweites Kriterium, Relaxationskriterium
Hy1 , Hy2, Hy3, Hy neu, Hysterese-Linien des Hysterese-Feldes 14
B1 Anfangs-Beladepunkt
B2, B3, B4,..., B7 weitere Beladepunkte auf der ersten Hysterese-Linie Hy1
E1 Anfangs-Entladepunkt E2, E3, ...E7 weitere Entladepunkte auf der zweiten Hysterese-Linie Hy2
StO bis St8 Schritte des Verfahrens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Achslast (AL) eines Fahrzeugs (1 ), das ein Federungssystem (5) mit mindestens einer in ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und in ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1 ) ange bundenen Blattfeder (6) aufweist,
mit mindestens folgenden Schritten:
Messen eines Messabstandes (d, d_B1 ) des Fahrzeug-Aufbaus (4) ge genüber dem Fahrwerk (3) (St2),
Ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1 ) vorliegt (St3),
Ermitteln einer relevanten Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) eines vorgespei cherten Hysterese-Feldes (14) in Abhängigkeit der Ermittlung eines Be- oder Entladevorganges (St4),
Ermitteln eines aktuellen Achslast-Projektionswertes (AL-RV) aus dem Messabstand (d) und der relevanten Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) (St5).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ermitt lung, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahrzeugs (1 ) vor liegt, in Abhängigkeit eines ersten Kriteriums (K1 ) erfolgt, das eines oder mehrere der folgenden Bedingungen beinhaltet:
- die Ermittlung einer Abnahme oder Zunahme des gemessenen Ab standes (d),
- eine Eingabe eines Aktivierungssignals und/oder
- das Feststellen eines Stillstands des Fahrzeugs (v=0) (St3).
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ermittlung, ob ein Be- oder Entladevorgang vorliegt, überprüft wird, ob ein zweites Kriterium (K2) erfüllt ist, das eine zurückliegende Fahrt nach dem letzten Belade- oder Entladevorgang bewertet, (St1 ) und falls das zweite Kriterium (K2) erfüllt ist, Heranziehen einer idealen Fe derkennlinie (KL) als Ausgangspunkt der Ermittlung des aktuellen Achs last-Projektionswertes (AL_B1 ) und/oder der relevanten Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) (St2).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zwei ten Kriterium (K2) überprüft wird, ob eine zurückliegende Fahrt nach dem letzten Belade- oder Entladevorgang und/oder nach dem letzten Zurück setzen des zweiten Kriteriums (K2)
- eine Fahrtdauer (D _t) oberhalb einer Minimal-Fahrtdauer (min_Ä _t) aufweist und/oder
- eine Fahrstrecke (A _s) oberhalb einer Minimal- Fahrstrecke (min:A _s) aufweist,
zur Ausbildung einer hinreichenden Anzahl von Vibrationen oder Be- und Entlastungen der Blattfeder (6).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Hysterese-Feld (14) aufweist:
eine ideale Federkennlinie (KL), die einen reversiblen elastischen Einfe derungsvorgang darstellt,
zumindest eine einen inelastischen Beladevorgang anzeigende erste Hysterese-Linie (Hy1 ) und eine einen inelastischen Entladevorgang an zeigende zweite Hysterese-Linie (Hy2).
6 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von ei nem leeren oder vollständig entladenen Fahrzeug (1 ) ausgehende oberste erste Hysterese-Linie (Hy1 ) und eine von einem vollständig be ladenen Fahrzeug (1 ) ausgehende unterste zweite Hysterese-Linie (Hy2) das Hysterese-Feld (14) definieren und/oder begrenzen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hystere se-Linien (Hy1 , Hy2) jeweils Wertepaare eines Messabstandes (d) und eines Achslast-Projektionswertes (AL-RV) enthalten.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hysterese-Linie (Hy1 ) für einen Beladevorgang in einem Anfangs- Beladepunkt (B1 ) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegt und für gerin- gere Abstände (d) zunehmend von der idealen Federkennlinie (KL) ab weicht, und
eine zweite Hysterese-Linie (Hy2) für einen Entladevorgang in einem An- fangs-Entladepunkt (E1 ) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegt und für zunehmende Abstände (d) zunehmend von der idealen Federkennlinie (KL) abweicht.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass nach einer Ermittlung eines aktuellen Achslast- Projektionswer tes (AL-RV) aufgrund einer Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) bei einem Entla de- oder Beladevorgang nachfolgend das zweite Kriterium (K2) zurück gesetzt wird, und
bei einem nachfolgenden Erfüllen des zweiten Kriteriums (K2) überprüft wird, ob der ermittelte Achslast-Projektionswert (AL-RV) und der aktuelle Messabstand (d) auf der idealen Federkennlinie (KL) liegen, wobei Ab weichungen von der idealen Federkennlinie (KL) als Fehler in der ge speicherten Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) bewertet werden und ein korri gierter Achslast-Projektionswert (AL_korr) auf Basis der idealen Feder kennlinie (KL) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermitt lung einer Abweichung des korrigierten Achslast-Projektionswertes (AL_korr) von dem zuvor aufgrund der Hysterese-Linie ermittelten Achs last-Projektionswertes (AL_Bi) nachfolgend eine neue Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) und/oder ein korrigiertes Hysterese-Feld (14) ermittelt und in der Speichereinrichtung (1 1 ) gespeichert wird.
11. Federungssystem (5) für ein Fahrzeug (1 ), insbesondere Nutzfahrzeug, das aufweist:
eine Blattfeder (6), die mit ihren Enden (6a, 6b) in Federaufnahmen (7a, 7b) eines Fahrzeugs-Aufbaus (4) und mit ihrem mittleren Bereich (6c) an einem Fahrwerk (3) des Fahrzeugs (1 ) angebunden ist, zur Federung des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3), eine Abstands-Messeinrichtung (10) zur Messung eines Messabstandes (d) des Fahrzeug-Aufbaus (4) gegenüber dem Fahrwerk (3) und Ausga be eines Messabstands-Messsignals (S1 ),
eine Speichereinrichtung (1 1 ) zur Speicherung eines Hysterese-Feldes (14),
eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (12), die ausgelegt ist,
- das Messabstands-Messsignal (S1 ) aufzunehmen,
- zu ermitteln, ob ein Beladevorgang oder Entladevorgang des Fahr zeugs (1 ) vorliegt,
- in Abhängigkeit der Ermittlung des Beladevorganges oder Entladevor ganges eine relevante Hysterese-Linie (Hy1 , Hy2) des Hysterese-Feldes (14) zu ermitteln,
aus dem Messabstands-Messsignal (S1 ) und der relevante Hysterese- Linie (Hy1 , Hy2) ein aktueller Achslast-Projektionswert (AL-RV) ermittelt.
12. Federungssystem (5) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (6) als Stapelfeder oder Trapezfeder mit einem Stapel von Federlagen (9) oder Federblättern ausgebildet ist, zwischen denen bei Beladevorgängen und Entladevorgängen Reibung auftritt.
13 Federungssystem (5) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeich net, dass das Fahrwerk eine Star-Achse (3) aufweist, auf oder an der der mittlere Bereich (6c) der Blattfeder (6) gelagert ist.
14 Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Abstands-Messeinrichtung (10) den Messab stand (d) mechanisch als Längenabstand oder kontaktlos, z.B. durch ei nen Ultraschallsensor, misst.
15 Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) dazu aus gelegt ist, einem aktuell gemessenen Messabstand (d) einen Punkt auf der idealen Federkennlinie (KL) zuzuordnen, wenn ein zweites Kriterium (K2) erfüllt ist, das eine vorher zurückgelegte Fahrt des Fahrzeugs (1 ) anzeigt.
16. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug (1 ), das aufweist:
ein Fahrwerk mit mindestens einer Starr-Achse (3),
einen Fahrzeug-Aufbau (4), und
ein Federungssystem (5) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, das zwi schen der Starr-Achse (3) und dem Fahrzeug-Aufbau (4) vorgesehen ist.
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