EP4051518A1 - Luftfedersystem für ein fahrzeug - Google Patents

Luftfedersystem für ein fahrzeug

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Publication number
EP4051518A1
EP4051518A1 EP20790220.6A EP20790220A EP4051518A1 EP 4051518 A1 EP4051518 A1 EP 4051518A1 EP 20790220 A EP20790220 A EP 20790220A EP 4051518 A1 EP4051518 A1 EP 4051518A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
module
control device
vehicle
sensor
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.)
Pending
Application number
EP20790220.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan FILTER
Johann Lucas
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 Europe BV
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 Europe BV filed Critical ZF CV Systems Europe BV
Publication of EP4051518A1 publication Critical patent/EP4051518A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—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
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/052—Pneumatic spring characteristics
    • B60G17/0523—Regulating distributors or valves for pneumatic springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—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
    • B60G17/015—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
    • B60G17/0152—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 action on a particular type of suspension unit
    • B60G17/0155—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 action on a particular type of suspension unit pneumatic unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60G2300/04—Trailers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/25—Stroke; Height; Displacement
    • B60G2400/252—Stroke; Height; Displacement vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/50—Pressure
    • B60G2400/51—Pressure in suspension unit
    • B60G2400/512—Pressure in suspension unit in spring
    • B60G2400/5122—Fluid spring
    • B60G2400/51222—Pneumatic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/71—Distributed control; Hierarchical control structure, e.g. with one unit steering and other units following; Remote control units

Definitions

  • the invention relates to an air spring system for vehicles, in particular commercial vehicles or passenger cars.
  • the invention relates to a module or several modules and a control device for the air suspension system, an air suspension system, a vehicle with such an air suspension system, a vehicle trailer and a method for operating the air suspension system.
  • Air spring systems are more complex than the likewise known spring systems, which are implemented with combinations of a spiral or leaf spring with a shock absorber, but increase driving comfort and safety.
  • the spiral or leaf springs are replaced by air springs which comprise bellows that are or can be filled with gas, such as air, in order to provide the spring effect.
  • Air suspension systems generally enable the occupants, the body and the load of a vehicle to be protected from impacts that are caused, for example, by uneven ground while driving.
  • Air spring systems can also be basically divided into two different systems, namely those in which the gas pressure or the gas mass of the air spring, namely in the bellows, can be adjusted and those in which the gas mass cannot be adjusted.
  • the gas mass of the air springs in non-adjustable air spring systems is therefore fixed.
  • Non-adjustable air spring systems are functional here with conventional spring systems in which a combination of a leaf or spiral spring used with a shock absorber.
  • adjustable air spring systems have variable gas pressures or variable gas masses, preferably air masses, of the air springs, namely the bellows.
  • air suspension systems that are adjustable enable additional functions that include, for example, level control, in which the ground clearance of the vehicle can be adjusted by adjusting the gas masses.
  • the gas masses are adapted, for example, as a function of a terrain to be traveled on or a vehicle load, that is to say a total vehicle mass.
  • adjustable air suspension systems are subject to complex control mechanisms in order to enable the best possible comfort and safety. For example, there is constant monitoring of the distance between the vehicle frame, body or body parts, such as a wheel housing, and a wheel suspension. The gas pressures of the individual air springs are also monitored. A large number of valves for the individual wheel ventilation of the air springs must then be controlled depending on the monitoring.
  • Air spring systems are therefore known from the prior art which are precisely matched to a vehicle in which they are to be used.
  • all of the valves to be provided for the air springs and also a control device for controlling the valves are often arranged within a housing.
  • Compressed air hoses for the air springs of the individual wheels are then connected to the housing and the housing is connected to a compressed air source in order to implement the air suspension system in a vehicle.
  • Integrated air suspension systems of this type offer the advantage over an individual fitting of each individual wheel with a valve that an air suspension system can be integrated into a vehicle much more quickly.
  • this has the disadvantage that such a system is specially adapted for one type of vehicle.
  • the object of the present invention is therefore to find an adjustable air spring system which addresses at least one of the problems of the prior art.
  • an air suspension system is to be found which, on the one hand, can be easily integrated into a vehicle, but, on the other hand, can be adapted to different vehicles or vehicle types.
  • an alternative air spring system compared to the prior art is to be found.
  • the invention also relates to a module for an air suspension system according to claim 1.
  • the module for the air suspension system is a module for an air suspension system of a vehicle, which is in particular a commercial vehicle or a passenger car.
  • the module has a sensor interface for connecting to a sensor.
  • the sensor interface is set up to receive sensor values from the sensor.
  • the sensor interface is set up in particular to be connected to a displacement sensor in order to receive displacement sensor values from the displacement sensor as sensor values.
  • the module also has a valve, the valve being in particular an electropneumatic valve.
  • the module has a data interface, which is preferably a bus interface, in particular a CAN bus interface.
  • the data interface is set up to send sensor values received with the sensor interface to a control device and to receive control commands for controlling the valve from the control device.
  • the module thus combines, in particular in a housing, one or more valves, one or more connection options for one or more sensors and provides a data interface that outputs the sensor values and at the same time accepts control values for the valve.
  • a module can then be used in conjunction with a corresponding control device in order to form the air suspension system as a whole.
  • a control device can be implemented, for example, by any control device with a computer unit with which a control method can be carried out.
  • a control device already present in the vehicle such as a brake control device, an engine control device, a transmission control device or the like, can be used as the control device and any number of modules can be connected to the control device individually for the vehicle.
  • the module can be designed for a wheel or an axle, so that in a vehicle with two axles four modules can be used if the module is designed for one wheel, or two modules can be used if the module is designed for one axle. In a vehicle with three axles, six modules can be used if the module is designed for one wheel, or three modules can be used if the module is designed for one axle.
  • the modules are connected to the control device, the air springs and a sensor as parts of an air spring system. In this way, the modules can each be arranged close to a wheel or an axle, since each module is used exclusively for actuating the air springs of an axle assigned to it or the air spring of a wheel assigned to it.
  • the module also comprises a pressure sensor for detecting at least one pressure sensor value of a compressed air line connected to the valve.
  • the module is also set up to send the pressure sensor value to the control device via the data interface.
  • a pressure sensor for monitoring the air spring pressure which can be connected to the valve, is already provided and the connection to an external pressure sensor, for example in the air spring or in the area of the air spring, can be dispensed with.
  • an external pressure sensor for example in the air spring or in the area of the air spring
  • the module comprises exactly three valves.
  • An input of the first valve of the three valves can be connected to a pressure source, in particular a compressed air source, and an output of the first valve is connected to the inputs of the second valve and the third valve.
  • the outputs of the second valve and the third valve can each be connected to an air spring of an air spring system.
  • the module according to this embodiment also comprises a sensor interface which is set up to be connected to two sensors, which are preferably displacement sensors.
  • a The sensor interface is used here in the singular even if it is used to connect more than one sensor, with a sensor interface also being able to have two or more plug connectors which are each connected to a sensor. Accordingly, one or more plug connectors for connecting to one sensor each are named and summarized as a sensor interface.
  • the arrangement of the three valves means that the module is prepared so that it can be assigned to exactly one axle with two wheels, with an air spring being assigned to each wheel, so that the module can be assigned to the air springs assigned to the wheels.
  • the assignment of a module to exactly one axle is advantageous, since only the number of axles depends on the configuration of the vehicle. In contrast, the number of air springs per axle is the same regardless of the configuration of the vehicle.
  • the module is therefore designed in such a way that on the one hand the installation effort is reduced to one module per axle, since both air springs of an axle can be controlled by one module at the same time, and on the other hand, an economical adaptation to different vehicle types with different numbers of Axes is possible.
  • the module comprises two pressure sensors which are each arranged in the area of the outputs of the second valve and the third valve.
  • the second valve thus has a further pressure sensor in the area of its outlet and the third valve has a pressure sensor in the area of its outlet.
  • the area of the outlet is not limited to the immediate outlet of the respective valve itself, but also includes the flow area of a pressure hose connected to the outlet of the second or third valve or a pressure line connected to the outlet of the second or third valve through which a fluid, in particular air, flows.
  • the sensor is also arranged in the area of the outlet of the corresponding valve that the pressure of a pressure hose or a pressure line with the Valve connected air spring is measurable, even when the respective valve is closed.
  • the module is also set up to transmit the pressure sensor values of the pressure sensors via the data interface.
  • a continuous measurement of the air pressure of the air springs is thus possible, even if the valves for supplying or discharging fluid, in particular air, to or from the valve are closed.
  • the first valve is a 3/2-way valve.
  • the second valve and the third valve are each a 2/2-way valve.
  • This design of the valves makes it possible, via the first valve, namely in particular the inlet of the first valve, which can be connected to the pressure source, in particular a compressed air source, to apply a pressure for the air springs, which can be connected to the second and third valves to provide in a first valve position.
  • a gas pressure can be released from the air springs via the first valve.
  • the air springs of the wheels of an axle can be controlled individually. A realization of the valves for providing the full functionality is thus possible with little complexity of the design of the valves.
  • the first valve has a first passage cross section
  • the second valve has a second passage cross section
  • the third valve has a third passage cross section.
  • the second and the third passage cross-section are essentially the same. Essentially the same means that the second passage cross section is the same as the third passage cross section or the second passage cross section deviates by less than 10%, less than 5% or less than 1% from the third passage cross section.
  • the first passage cross section corresponds at least to the sum of the second and third passage cross section.
  • valves can on the one hand be designed so that the size of the second and third valves are minimized compared to the first valve and, on the other hand, the fastest possible pressurization of the air springs or ventilation of the air springs is possible at the same time.
  • the module is set up to control the first valve as a function of the control command in such a way that the flow rate can be controlled variably, in particular in several stages or continuously.
  • the flow rate through the first valve can thus be adjusted as a function of the control.
  • the air can thus pass through the first valve with a comparatively low flow rate in order to reduce the development of noise during venting.
  • the flow rate can be comparatively high in order to enable the air spring pressure to be varied quickly.
  • the flow rate can also be varied particularly preferably as a function of a speed of the vehicle, for example in order to enable a higher flow rate at a lower speed and a lower flow rate at a higher speed. In this way, driving comfort can be increased in that, for example, at high speeds, low rates of change in the height adjustment lead to vibrations being reduced or avoided.
  • the module has a PWM signal generator.
  • a PWM signal generator is a generator that generates a pulse width modulated signal (PWM signal).
  • the PWM signal generator is used to control at least the first valve with the PWM signal.
  • the flow rate of the valve is controlled as a function of the pulse width of the PWM signal minimum value at which the first valve is permanently blocked, can be varied up to a maximum value at which the first valve is permanently open.
  • a control of the first valve which is set up in several stages or continuously to vary the flow rate, is particularly easy with a PWM signal, since a valve designed as an electropneumatic valve that basically only switches between a fully open and fully closed state can be used for variation, in particular for stepless variation, of the flow rate.
  • a specially adapted valve for varying the flow rate which has more than two switching states, for example, can thus be dispensed with.
  • the module has a fault diagnosis device in order to carry out a fault diagnosis of the module.
  • the error diagnosis preferably comprises the detection of an error in the data connection with a control device and / or the detection of an error in a data connection with the sensor or sensors connected via the sensor interface.
  • the error diagnosis includes checking valve functionality and / or a function of connected sensors.
  • the valve or all valves of the module are brought into a predefined state. It is also possible for the valve or all valves of the module to remain in the position that was present before the fault was detected. In particular, in the event of a detected error, all valves of the module therefore remain in the position that the respective valve had before the detected error. It is also possible that in the event of a detected error, the valve of the module is closed or all valves of the module are closed.
  • a readiness for use of the module can therefore be displayed after completion of an error diagnosis in which no error was detected, this being the case
  • the result can preferably be transmitted to a control device via the data interface.
  • at least a defined state of the valves can be assumed. This can also be the last status of the valves before the error.
  • the invention also relates to a control device for receiving pressure sensor values from pressure sensors via a bus from a module for an air spring system according to one of the aforementioned embodiments.
  • the control device is also set up to receive sensor values, in particular displacement sensor values of a displacement sensor, via the bus from the module for an air spring system according to one of the aforementioned embodiments.
  • the bus is preferably a CAN bus.
  • the control device is used to generate and send out control commands for a valve of a module according to one of the aforementioned embodiments.
  • the invention also relates to an air spring system with one or more modules according to one of the aforementioned embodiments and preferably a control device according to one of the aforementioned embodiments.
  • the air spring system comprises a displacement sensor which is connected to the or one of the modules via the sensor interfaces, and an air spring which is connected to a valve of the module.
  • the module is connected to the control device via a data interface and a bus, in particular a CAN bus.
  • the invention comprises a vehicle with the air suspension system according to one of the aforementioned embodiments, the control device being a control device of the vehicle, in particular a brake control device of the vehicle.
  • the vehicle has one of the modules per axle.
  • the vehicle can have two displacement sensors and two air springs per axle, each of which is connected to the module assigned to the axle.
  • the invention further relates to a vehicle trailer which has an air spring system according to one of the aforementioned embodiments.
  • the vehicle trailer has several axles, each axle preferably being assigned a module and the vehicle trailer having a control unit.
  • the control device here implements the control device according to the aforementioned embodiments.
  • the control device is preferably a trailer brake control device.
  • the vehicle trailer has an interface in order to be connected to a towing vehicle which has a control device designed as a control device according to the aforementioned embodiments.
  • the invention also relates to a method for operating an air spring system according to one of the aforementioned embodiments.
  • displacement sensor values are first received from a displacement sensor, which is connected to a module via a sensor interface, by means of a control device from the module.
  • Pressure sensor values are also received by the control device from a pressure sensor of the module.
  • the control device then generates control commands for a valve of the module and sends them to the module.
  • the invention also relates to a computer program product which comprises instructions which, when executed on a control unit of a vehicle or a trailer vehicle, form the control unit as a control device and cause the control unit to carry out the steps of the method according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of a module for an air suspension system
  • Figure 2 is a schematic representation of an air suspension system
  • Figure 3 is a schematic representation of a vehicle with an air suspension system
  • Figure 4 is a schematic representation of a combination with an air spring system
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further combination with an air spring system
  • FIG. 6 shows a flow chart of steps in a method for operating an air suspension system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a module 10 for an air spring system according to an embodiment.
  • the module 10 comprises a data interface 12 which can be connected to a bus, in particular a CAN bus.
  • the data interface 12 is connected to a processing unit 14, which is also connected to further components of the module 10.
  • the processing unit 14 is connected to two sensor interfaces 16 to which displacement sensors can be connected.
  • a travel sensor that is connected via the sensor interface 16 supplies, in particular, sensor values 17 which preferably correspond to travel sensor values 15 and which include a distance, for example between a wheel suspension and a chassis of a vehicle.
  • the sensor interfaces 16 thus serve to receive sensor values with the processing unit 14, the processing unit 14 then being able to convert these sensor values into a bus protocol in order to transmit these sensor values as a data packet or the like via the interface 12.
  • the processing unit is also connected to three valves 18, 20, 22.
  • the processing unit 14 is used to control the valves 18, 20, 22 when a data packet is received via the data interface 12 that contains a Activation of one or more valves 18, 20, 22 is required.
  • the three valves 18, 20, 22 are designed as electropneumatic valves 19, 21, 23.
  • the first valve 18 is designed as a 3/2-way valve.
  • the first valve 18 has an inlet 24 to which a pressure source, in particular a compressed air source, can be connected.
  • a pressure source in particular a compressed air source
  • the input 24 is guided via a compressed air line 26 to an outside 27 of the housing 28 of the module 10 and here forms a compressed air connection 30.
  • an output 32 is provided on the first valve 18, which is also connected via a compressed air line 34 to the outside 27 of the housing 28 is led.
  • a silencer 36 is arranged at the end of the compressed air line 34.
  • the first valve 18 In the illustrated position, i.e. the illustrated state or switching state, of the first valve 18, air with a flow rate 35 can be fed through the first valve 18 to the valves 20, 22 via a pressure source connected to the compressed air connection 30.
  • the first valve 18 has a passage cross section 37 in the position shown, namely the passage position 33.
  • the valves 20, 22 are closed in the position shown, namely the closed position 39.
  • the valve 20 is referred to below as the second valve 20 and the valve 22 is referred to below as the third valve 22. If the valves 20, 22 are switched over by actuation with the processing unit 14, the compressed air provided via the first valve 18 can be fed through a compressed air line 38 which runs from an output 40 of the first valve 18 to inputs 42, 44 of the second valve 20 and the third Valve 22 is guided, flow through the second valve 20 and the third valve 22 and flow out at outlets 45, 46 of the module 10.
  • the second valve 20 has a second passage cross section 41 and the third valve 22 has a third passage cross section 43.
  • An air spring of an air spring system can be connected to each of the outputs 45, 46.
  • a pressure sensor value 54 recorded with these pressure sensors 48, 50 can be converted into a data protocol of a bus system via the processing unit 14, like the already mentioned displacement sensor values 15, in order to output the pressure sensor values 54 via the data interface 12.
  • the module 10 also includes a fault diagnosis device 51. If the fault diagnosis device 51 detects a fault in the module 10, the valves 18, 20, 22 are switched to a predefined position 52, 53.
  • the predefined position 52, 53 preferably corresponds to the illustrated open state, i.e. the passage position 33, of the first valve 18 and the illustrated closed state, i.e. the closed position 39, the second valve 20 and the third valve 22.
  • the processing unit 14 further comprises a generator 53 for generating a pulse-width-modulated signal 55 with which the first valve 18 is controlled.
  • the flow rate 35 of an air flow through the first valve 18 can thus be varied.
  • the silencer 36 can thus also be dispensed with.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an air spring system 60 with the module 10 shown in FIG Distance sensors 62 are connected via the sensor interfaces 16. Furthermore, a compressed air source 63 is connected to the compressed air connection 30 of the module 10. The outputs 45, 46 are each connected to an air spring 66 via a compressed air line 67. Sensor values 17 that are received by the displacement sensors 62 with the sensor interface 16 can thus be sent to the control device 58 via a bus 56.
  • the data interface 12 is connected to the bus 56, which is a CAN bus 57.
  • pressure sensor values 54 recorded with the pressure sensors 48, 50, which are not shown here, are also transmitted to the control device 58.
  • the control device 58 transmits via the bus 56 to the module 10 control commands 64 with which the valves 18, 20, 22 are controlled.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a vehicle 70 with a control device 58 and two modules 10.
  • Each of the modules 10 is assigned to one of the axles 72 of the vehicle. Both modules 10 have the data interface 12 and are connected to this via a bus 56 with the control device 58. Furthermore, the modules 10 are each connected to two air springs 66 and two displacement sensors 62. Each of the displacement sensors 62 and each of the air springs 66 is assigned to a wheel 74 of the vehicle 70.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a combination 80 which has a vehicle 70, for example the vehicle 70 from FIG. 3.
  • the vehicle 70 here corresponds to a towing vehicle 81 to which a vehicle trailer 82 is coupled.
  • the vehicle 70 has a brake control device 84, which here serves as a control device 58.
  • the control device 58 is connected to four modules 10, each of the modules 10 being assigned to one of the axles 72 of the vehicle 70 and of the vehicle trailer 82.
  • the bus 56 for connecting the control device 58 to the modules 10 is continued via a cable connection 86 between the vehicle 70 and the vehicle trailer 82 to the vehicle trailer 82.
  • a radio connection is provided instead of the cable connection 86.
  • FIG. 5 shows an alternative exemplary embodiment to the exemplary embodiment in FIG. 4.
  • FIG. 5 again shows a schematic representation of a vehicle 70 designed as a towing vehicle 81 and a schematic representation of a vehicle trailer 82, which can be referred to collectively as a combination 80.
  • a further control device 58 is provided in the vehicle trailer 82, which controls the modules 10 of the vehicle trailer 82 and receives sensor values 17 and pressure sensor values 54 from them.
  • the control device 58 in the vehicle trailer 82 is a trailer brake control device 88.
  • FIG. 6 shows a flow chart of the steps of an exemplary embodiment of a method 89 for operating an air spring system.
  • sensor values 17 from at least one displacement sensor 62 and pressure sensor values 54 from a pressure sensor 48, 50 are received by a control device 58 from a module 10.
  • control commands for a valve 18, 20, 22 are generated in the control device 58.
  • the control commands are then sent to module 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul (10) für ein Luftfedersystem (60) eines Fahrzeugs (70, 82), wobei das Modul (10) eine Sensorschnittstelle (16) zum Verbinden mit einem Sensor (61), insbesondere einem Wegsensor (62), ein Ventil (18, 20, 22), insbesondere elektropneumatisches Ventil (19, 21, 23), und eine Datenschnittstelle (12) aufweist. Diese Sensorschnittstelle (16) ist dazu eingerichtet, Sensorwerte (17) von dem Sensor (62) zu empfangen. Die Datenschnittstelle (12) ist dazu eingerichtet, über die Sensorschnittstelle (16) empfangene Sensorwerte (17) an eine Steuereinrichtung (58) auszusenden und von der Steuereinrichtung (58) Steuerbefehle (64) zum Steuern des Ventils (18, 20, 22) zu empfangen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung (58), ein Luftfedersystem (60), ein Fahrzeug (70, 82), einen Fahrzeuganhänger (82), ein Verfahren zum Betreiben eines Luftfedersystems und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Luftfedersystem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Luftfedersystem für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge oder Personenkraftwagen. Insbesondere betrifft die Erfindung hierbei ein Modul oder mehrere Module sowie eine Steuereinrichtung für das Luftfedersystem, ein Luftfedersystem, ein Fahrzeug mit einem solchen Luftfedersystem, einen Fahrzeuganhänger und ein Verfahren zum Betreiben des Luftfedersystems.
Es sind aus dem Stand der Technik Fahrzeuge bekannt, die Luftfedersysteme aufweisen. Luftfedersysteme sind zwar aufwendiger als die ebenfalls bekannten Federsysteme, die mit Kombinationen aus einer Spiral- oder Blattfeder mit einem Stoßdämpfer realisiert sind, erhöhen jedoch den Fahrkomfort und die Sicherheit. Bei Luftfedersystemen sind die Spiral- oder Blattfedern durch Luftfedern ersetzt, die mit Gas, wie beispielsweise Luft, gefüllte oder füllbare Bälge umfassen, um so die Federwirkung bereitzustellen. So ermöglichen Luftfedersysteme allgemein einen Schutz von Insassen, Aufbau und Ladung eines Fahrzeugs vor Stößen, die beispielsweise durch Bodenunebenheiten während der Fahrt verursacht werden.
Luftfedersysteme lassen sich weiter grundsätzlich in zwei unterschiedliche Systeme einteilen, nämlich solche, bei denen der Gasdruck oder die Gasmasse der Luftfeder, nämlich in den Bälgen, einstellbar ist und solche, bei denen die Gasmasse nicht einstellbar ist. Die Gasmasse der Luftfedern bei nicht einstellbaren Luftfedersystemen ist demnach fest vorgegeben. Nicht einstellbare Luftfedersysteme sind hierbei funktional mit herkömmlichen Federsystemen, bei denen eine Kombination aus einer Blatt- oder Spiralfeder mit einem Stoßdämpfer eingesetzt wird, zu vergleichen. Diese Luftfedersysteme, die nicht einstellbar sind, sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher im Weiteren nicht betrachtet.
Einstellbare Luftfedersysteme weisen demgegenüber variable Gasdrücke oder variable Gasmassen, vorzugsweise Luftmassen, der Luftfedern, nämlich der Bälge auf. Demnach werden durch Luftfedersysteme, die einstellbar sind, zusätzliche Funktionen ermöglicht, die beispielsweise eine Niveauregulierung umfassen, bei der eine Bodenfreiheit des Fahrzeugs durch Anpassen der Gasmassen angepasst werden kann. Eine Anpassung der Gasmassen erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von einem zu befahrenden Gelände oder einer Fahrzeugbeladung, also einer Fahrzeuggesamtmasse.
Da sich das Verhalten der Luftfedern von Luftfedersystemen unmittelbar auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs mit dem Luftfedersystem auswirkt, unterliegen einstellbare Luftfedersysteme komplexen Regelmechanismen, um den bestmöglichen Komfort und die bestmögliche Sicherheit zu ermöglichen. Hierbei erfolgt beispielsweise eine ständige Überwachung des Abstands zwischen Fahrzeugrahmen, Karosserie oder Karosserieteilen, wie einem Radhaus, und einer Radaufhängung. Auch die Gasdrücke der einzelnen Luftfedern werden überwacht. Eine Vielzahl von Ventilen zur radindividuellen Be- oder Entlüftung der Luftfedern muss dann in Abhängigkeit von der Überwachung angesteuert werden.
Aus dem Stand der Technik sind daher Luftfedersysteme bekannt, die genau auf ein Fahrzeug, in dem diese eingesetzt werden sollen, abgestimmt sind. Häufig sind bei diesen Luftfedersystemen innerhalb eines Gehäuses alle für die Luftfedern vorzusehenden Ventile sowie auch eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ventile angeordnet. An das Gehäuse sind dann Druckluftschläuche der Luftfedern der einzelnen Räder angeschlossen und das Gehäuse ist mit einer Druckluftquelle verbunden, um das Luftfedersystem in einem Fahrzeug zu realisieren. Derartige integrierte Luftfedersysteme bieten gegenüber einer individuellen Ausstattung jedes einzelnen Rades mit einem Ventil den Vorteil, dass ein Luftfedersystem wesentlich schneller in ein Fahrzeug integrierbar ist. Nachteilig hieran ist jedoch, dass ein solches System speziell für einen Fahrzeugtyp angepasst ist. Beispielsweise sind Fahrzeuge, die eine unterschiedliche Anzahl von Achsen aufweisen, nicht mit demselben integrierten Luftfedersystem ausstattbar, da sich die Anzahl der Ventile in Abhängigkeit von den zu federnden Rädern ändert. Ein System, das beispielsweise für zwei Achsen ausgelegt wäre, hätte nicht genügend Ventile, um die Luftfedern eines Fahrzeugs mit drei Achsen individuell anzusteuern. Andererseits wäre ein System, das für drei Achsen ausgelegt wäre, für ein Fahrzeug mit zwei Achsen überdimensioniert, da einige Ventile ungenutzt blieben und der Einsatz eines solchen Systems daher unwirtschaftlich wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einstellbares Luftfedersystem zu finden, das wenigstens eines der Probleme des Standes der Technik behandelt. Insbesondere soll ein Luftfedersystem gefunden werden, das einerseits auf einfache Weise in ein Fahrzeug integrierbar, aber andererseits an unterschiedliche Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen anpassbar ist. Jedenfalls soll ein gegenüber dem Stand der Technik alternatives Luftfedersystem gefunden werden.
Flierzu betrifft die Erfindung ein Modul für ein Luftfedersystem nach Anspruch 1. Das Modul für das Luftfedersystem ist ein Modul für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs, das insbesondere ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen ist. Das Modul weist eine Sensorschnittstelle zum Verbinden mit einem Sensor auf. Die Sensorschnittstelle ist dazu eingerichtet, Sensorwerte von dem Sensor zu empfangen. Hierbei ist die Sensorschnittstelle insbesondere eingerichtet, mit einem Wegsensor verbunden zu werden, um als Sensorwerte Weg- Sensorwerte des Wegsensors zu empfangen. Weiterhin weist das Modul ein Ventil auf, wobei das Ventil insbesondere ein elektropneumatisches Ventil ist. Außerdem weist das Modul eine Datenschnittstelle auf, die vorzugsweise eine Bus-Schnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus-Schnittstelle ist. Die Datenschnittstelle ist eingerichtet, mit der Sensorschnittstelle empfangene Sensorwerte an eine Steuereinrichtung auszusenden und von der Steuereinrichtung Steuerbefehle zum Steuern des Ventils zu empfangen.
Das Modul vereinigt so, insbesondere in einem Gehäuse, eines oder mehrere Ventile, eine oder mehrere Anschlussmöglichkeiten für einen oder mehrere Sensoren und stellt eine Datenschnittstelle bereit, die die Sensorwerte ausgibt und gleichzeitig Steuerwerte für das Ventil annimmt. Ein derartiges Modul kann dann im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Steuereinrichtung eingesetzt werden, um insgesamt das Luftfedersystem zu bilden. Eine Steuereinrichtung ist beispielsweise durch ein beliebiges Steuergerät mit einer Rechnereinheit, mit der sich ein Regelverfahren ausführen lässt, realisierbar. So kann beispielsweise ein bereits im Fahrzeug vorhandenes Steuergerät, wie beispielsweise ein Bremssteuergerät, ein Motorsteuergerät, ein Getriebesteuergerät oder dergleichen, als Steuereinrichtung verwendet werden und fahrzeugindividuell eine beliebige Anzahl von Modulen mit der Steuereinrichtung verbunden werden.
Beispielsweise ist das Modul für ein Rad oder eine Achse auslegbar, sodass bei einem Fahrzeug mit zwei Achsen vier Module verwendet werden können, wenn das Modul für ein Rad ausgelegt ist, oder zwei Module verwendet werden können, wenn das Modul für eine Achse ausgelegt ist. Bei einem Fahrzeug mit drei Achsen können dann sechs Module verwendet werden, wenn das Modul für ein Rad ausgelegt ist, oder es können drei Module verwendet werden, wenn das Modul für eine Achse ausgelegt ist. Die Module werden demnach nach Anordnung, beispielsweise am Fahrzeugrahmen, mit der Steuereinrichtung, den Luftfedern und einem Sensor als Teile eines Luftfedersystems verbunden. Die Module sind auf diese Weise jeweils nahe einem Rad oder einer Achse anordnenbar, da jedes Modul jeweils ausschließlich für die Aktuierung der Luftfedern einer ihm zugeordneten Achse oder der Luftfeder eines ihm zugeordneten Rads verwendet wird. So müssen Druckschläuche zum Verbinden der Luftfedern nur über kurze Distanz verlegt werden. Der Verbindungsaufwand wird somit ebenfalls reduziert. So ist außerdem eine schnelle Installation des mit Modulen gebildeten Luftfedersystems möglich, wobei auch eine fahrzeugindividuelle Anpassung des Luftfedersystems ohne großen Aufwand möglich ist. Lediglich die Steuereinrichtung muss beispielsweise für unterschiedliche Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen mit unterschiedlichen Regelalgorithmen in Abhängigkeit der Anzahl der eingesetzten Module vorprogrammiert werden. Eine Anpassung der Module an sich ist nicht nötig.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Modul zudem einen Drucksensor zum Erfassen mindestens eines Druck-Sensorwerts einer mit dem Ventil verbundenen Druckluftleitung. Weiter ist das Modul eingerichtet, den Druck-Sensorwert über die Datenschnittstelle an die Steuereinrichtung auszusenden.
Somit ist also auch bereits ein Drucksensor zum Überwachen des Luftfederdrucks, der mit dem Ventil verbindbar ist, bereitgestellt und es kann auf die Verbindung mit einem externen Drucksensor, beispielsweise in der Luftfeder oder im Bereich der Luftfeder verzichtet werden. Zusätzlicher Verkabelungsaufwand oder die zusätzliche Anordnung eines Drucksensors entfällt somit, sodass eine noch schnellere Installation eines Luftfedersystems an einem Fahrzeug möglich ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform umfasst das Modul genau drei Ventile. Ein Eingang des ersten Ventils der drei Ventile ist mit einer Druckquelle, insbesondere einer Druckluftquelle, verbindbar und ein Ausgang des ersten Ventils ist mit den Eingängen des zweiten Ventils und des dritten Ventils verbunden. Ausgänge des zweiten Ventils und des dritten Ventils sind jeweils mit einer Luftfeder eines Luftfedersystems verbindbar.
Insbesondere umfasst das Modul gemäß dieser Ausführungsform auch eine Sensorschnittstelle, die eingerichtet ist, um mit zwei Sensoren, die vorzugsweise Wegsensoren sind, verbunden zu werden. Eine Sensorschnittstelle wird hier, auch wenn sie zum Verbinden von mehr als einem Sensor dient, weiter im Singular verwendet, wobei eine Sensorschnittstelle auch zwei oder mehr Steckverbinder aufweisen kann, die jeweils mit einem Sensor verbunden sind. Demnach werden ein oder mehrere Steckverbinder zum Verbinden mit jeweils einem Sensor insgesamt als Sensorschnittstelle benannt und zusammengefasst.
Durch die Anordnung der drei Ventile ist das Modul so vorbereitet, dass es genau einer Achse mit zwei Rädern zugeordnet werden kann, wobei den Rädern jeweils eine Luftfeder zugeordnet ist, sodass das Modul entsprechend den den Rädern jeweils zugeordneten Luftfedern zugeordnet werden kann. Die Zuordnung eines Moduls zu genau einer Achse ist vorteilhaft, da lediglich die Anzahl der Achsen von einer Ausgestaltung des Fahrzeugs abhängig ist. Die Anzahl der Luftfedern pro Achse ist demgegenüber unabhängig von einer Ausgestaltung des Fahrzeugs gleich. Durch die genannte Ausführungsform wird das Modul daher auf eine Weise ausgebildet, dass einerseits der Installationsaufwand auf ein Modul pro Achse reduziert wird, da beide Luftfedern einer Achse gleichzeitig durch ein Modul ansteuerbar sind, und dass andererseits eine wirtschaftliche Anpassung an verschiedene Fahrzeugtypen mit unterschiedlicher Anzahl von Achsen möglich ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform umfasst das Modul zwei Drucksensoren, die jeweils im Bereich der Ausgänge des zweiten Ventils und des dritten Ventils angeordnet sind. Das zweite Ventil weist also im Bereich seines Ausgangs einen weiteren Drucksensor auf und das dritte Ventil weist im Bereich seines Ausgangs einen Drucksensor auf. Der Bereich des Ausgangs ist hier nicht auf den unmittelbaren Ausgang des jeweiligen Ventils selbst beschränkt sondern umfasst auch den Fließbereich eines Druckschlauchs, der mit dem Ausgang des zweiten oder dritten Ventils verbunden ist, oder einer Druckleitung, die mit dem Ausgang des zweiten oder dritten Ventils verbunden ist, durch den ein Fluid, insbesondere Luft, strömt. Insbesondere ist der Sensor auch so im Bereich des Ausgangs des entsprechenden Ventils angeordnet, dass der Druck einer über einen Druckschlauch oder eine Druckleitung mit dem Ventil verbundenen Luftfeder messbar ist, auch wenn das jeweilige Ventil geschlossen ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Modul ferner eingerichtet, die Druck-Sensorwerte der Drucksensoren über die Datenschnittstelle auszusenden.
Somit ist eine kontinuierliche Messung des Luftdrucks der Luftfedern möglich, auch wenn die Ventile zum Zuführen oder Ablassen von Fluid, insbesondere Luft, zu bzw. von dem Ventil geschlossen sind.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist das erste Ventil ein 3/2-Wege- Ventil. Das zweite Ventil und das dritte Ventil sind jeweils ein 2/2-Wege-Ventil. Durch diese Ausbildung der Ventile ist es möglich, über das erste Ventil, nämlich insbesondere den Eingang des ersten Ventils, der mit der Druckquelle, insbesondere einer Druckluftquelle, verbindbar ist, einen Druck für die Luftfedern, die mit dem zweiten und dem dritten Ventil verbindbar sind, in einer ersten Ventilstellung bereitzustellen. Bei einer zweiten Ventilstellung kann demgegenüber über das erste Ventil ein Gasdruck von den Luftfedern abgelassen werden. Weiterhin sind durch die Ausbildung des zweiten Ventils und dritten Ventils jeweils als 2/2-Wege-Ventil die Luftfedern der Räder einer Achse individuell ansteuerbar. Eine Realisierung der Ventile zum Bereitstellen der vollen Funktionalität ist somit mit geringer Komplexität der Ausbildung der Ventile möglich.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist das erste Ventil einen ersten Durchlassquerschnitt, das zweite Ventil einen zweiten Durchlassquerschnitt und das dritte Ventil einen dritten Durchlassquerschnitt auf. Vorzugsweise sind der zweite und der dritte Durchlassquerschnitt im Wesentlichen gleich. Im Wesentlich gleich bedeutet, dass der zweite Durchlassquerschnitt gleich dem dritten Durchlassquerschnitt ist oder der zweite Durchlassquerschnitt weniger als 10 %, weniger als 5% oder weniger als 1 % vom dritten Durchlassquerschnitt abweicht. Der erste Durchlassquerschnitt entspricht gemäß dieser Ausführungsform mindestens der Summe aus dem zweiten und dritten Durchlassquerschnitt. Besonders bevorzugt können so die Ventile einerseits so ausgebildet sein, dass das zweite und dritte Ventil in ihrer Baugröße gegenüber dem ersten Ventil minimiert sind und andererseits gleichzeitig eine möglichst schnelle Druckbeaufschlagung der Luftfedern bzw. Entlüftung der Luftfedern möglich ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist das Modul eingerichtet, das erste Ventil derart in Abhängigkeit von dem Steuerbefehl anzusteuern, dass die Durchflussmenge variabel, insbesondere in mehreren Stufen oder stufenlos, steuerbar ist. Die Durchflussmenge durch das erste Ventil kann somit in Abhängigkeit von der Ansteuerung eingestellt werden.
Insbesondere zum Entlüften der Luftfedern im Stillstand oder während der Nacht kann so die Luft mit einer vergleichsweise geringen Durchflussmenge durch das erste Ventil erfolgen, um so die Geräuschentwicklung beim Entlüften zu reduzieren. Beim Entlüften während der Fahrt, bei der es beispielsweise nicht auf eine Geräuschentwicklung ankommt, kann die Durchflussmenge vergleichsweise hoch sein, um eine schnelle Variation des Luftfederdrucks zu ermöglichen. Andererseits kann auch beispielsweise die Durchflussmenge besonders bevorzugt in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs variiert werden, um beispielsweise eine höhere Durchflussmenge bei einer geringeren Geschwindigkeit zu ermöglichen und eine geringere Durchflussmenge bei einer höheren Geschwindigkeit. So kann der Fahrkomfort erhöht werden, indem beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten geringe Änderungsraten bei der Höhenverstellung dazu führen, dass Schwingungen reduziert oder vermieden werden.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist das Modul einen PWM-Signal- Generator auf. Ein PWM-Signal-Generator ist ein Generator, der ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) erzeugt. Der PWM-Signal- Generator dient zum Ansteuern zumindest des ersten Ventils mit dem PWM- Signal. In Abhängigkeit von der Pulsweite des PWM- Signals wird so die Durchflussmenge des Ventils gesteuert, wobei die Durchflussmenge von einem minimalen Wert, bei dem das erste Ventil dauernd gesperrt ist, bis zu einem maximalen Wert, bei dem das erste Ventil dauernd geöffnet ist, variiert werden kann .
Eine Ansteuerung des ersten Ventils, das in mehreren Stufen oder stufenlos zum Variieren der Durchflussmenge eingerichtet ist, ist mit einem PWM-Signal besonders einfach möglich, da so ein als elektropneumatisches Ventil ausgebildetes Ventil, das grundsätzlich nur zwischen einem vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Zustand schalten kann, zur Variation, insbesondere zur stufenlosen Variation, der Durchflussmenge verwendet werden kann. Auf ein speziell angepasstes Ventil zur Variation der Durchflussmenge, das beispielsweise mehr als zwei Schaltzustände aufweist, kann somit verzichtet werden.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist das Modul eine Fehlerdiagnoseeinrichtung auf, um eine Fehlerdiagnose des Moduls auszuführen. Die Fehlerdiagnose umfasst vorzugsweise das Detektieren eines Fehlers der Datenverbindung mit einer Steuereinrichtung und/oder das Detektieren eines Fehlers einer Datenverbindung mit dem oder den über die Sensorschnittstelle verbundenen Sensoren. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fehlerdiagnose das Prüfen einer Ventilfunktionalität und/oder eine Funktion angeschlossener Sensoren. Im Falle eines mit der Fehlerdiagnose diagnostizierten Fehlers wird das Ventil oder werden alle Ventile des Moduls in einen vordefinierten Zustand gebracht. Es ist auch möglich, dass das Ventil oder alle Ventile des Moduls in der vor dem detektierten Fehler aufweisenden Position verbleiben. Insbesondere verbleiben somit alle Ventile des Moduls im Falle eines detektierten Fehlers in der Position, die das jeweilige Ventil vor dem detektierten Fehler aufgewiesen hat. Weiter ist es möglich, dass im Falle eines detektierten Fehlers das Ventil des Moduls geschlossen wird oder alle Ventile des Moduls geschlossen werden.
Eine Einsatzbereitschaft des Moduls ist daher nach Abschluss einer Fehlerdiagnose, bei der kein Fehler detektiert wurde, anzeigbar, wobei dieses Ergebnis vorzugsweise über die Datenschnittstelle an eine Steuereinrichtung übermittelbar ist. Im Falle, dass durch die Fehlerdiagnose ein Fehler detektiert wird, kann zumindest von einem definierten Zustand der Ventile ausgegangen werden. Dieser kann auch der letzte Zustand der Ventile vor dem Fehler sein.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung zum Empfangen von Druck-Sensorwerten von Drucksensoren über einen Bus von einem Modul für ein Luftfedersystem nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung auch dazu eingerichtet, Sensorwerte, insbesondere Weg-Sensorwerte eines Wegsensors, über den Bus von dem Modul für ein Luftfedersystem nach einer der vorgenannten Ausführungsformen zu empfangen. Der Bus ist vorzugsweise ein CAN-Bus. Weiterhin dient die Steuereinrichtung zum Erzeugen und Aussenden von Steuerbefehlen für ein Ventil eines Moduls nach einer der vorgenannten Ausführungsformen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Luftfedersystem mit einem oder mehreren Modulen nach einer der vorgenannten Ausführungsformen und vorzugsweise einer Steuereinrichtung nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Ferner umfasst das Luftfedersystem einen Wegsensor, der über die Sensorschnittstellen mit dem oder einem der Module verbunden ist, und eine Luftfeder, die mit einem Ventil des Moduls verbunden ist. Das Modul ist über eine Datenschnittstelle und einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, mit der Steuereinrichtung verbunden.
Zudem umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit dem Luftfedersystem gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen, wobei die Steuereinrichtung ein Steuergerät des Fahrzeugs, insbesondere ein Bremssteuergerät des Fahrzeugs ist. Insbesondere weist das Fahrzeug pro Achse eines der Module auf. Das Fahrzeug kann pro Achse zwei Wegsensoren und zwei Luftfedern aufweisen, die jeweils mit dem der Achse zugeordneten Modul verbunden sind.
Weiter betrifft die Erfindung einen Fahrzeuganhänger, der ein Luftfedersystem nach einer der vorgenannten Ausführungsformen aufweist. Der Fahrzeuganhänger weist mehrere Achsen auf, wobei jeder Achse vorzugsweise ein Modul zugeordnet ist und wobei der Fahrzeuganhänger ein Steuergerät aufweist. Das Steuergerät verwirklicht hier die Steuereinrichtung gemäß den vorgenannten Ausführungsformen. Das Steuergerät ist vorzugsweise ein Anhängerbremssteuergerät. Alternativ zur Ausbildung der Steuereinrichtung durch das Steuergerät weist der Fahrzeuganhänger eine Schnittstelle auf, um mit einem Zugfahrzeug verbunden zu werden, das ein als Steuereinrichtung gemäß den vorgenannten Ausführungsformen ausgebildetes Steuergerät aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Luftfedersystems nach einer der vorgenannten Ausführungsformen. Gemäß dem Verfahren werden zunächst Weg-Sensorwerte von einem Wegsensor, der über eine Sensorschnittstelle mit einem Modul verbunden ist, mittels einer Steuereinrichtung von dem Modul empfangen. Weiter werden Druck- Sensorwerte von einem Drucksensor des Moduls durch die Steuereinrichtung empfangen. Mit der Steuereinrichtung werden dann Steuerbefehle für ein Ventil des Moduls erzeugt und an das Modul ausgesendet.
Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs oder eines Anhängerfahrzeugs ausgeführt werden, das Steuergerät als Steuereinrichtung ausbilden und das Steuergerät veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Moduls für ein Luftfedersystem,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Luftfedersystems, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Luftfedersystem,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Gespanns mit einem Luftfedersystem,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Gespanns mit einem Luftfedersystem und
Figur 6 ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens zum Betreiben eines Luftfedersystems.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Moduls 10 für ein Luftfedersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Modul 10 umfasst eine Datenschnittstelle 12, die mit einem Bus, insbesondere einem CAN-Bus, verbindbar ist. Die Datenschnittstelle 12 ist mit einer Verarbeitungseinheit 14 verbunden, die mit weiteren Komponenten des Moduls 10 ebenfalls verbunden ist.
Die Verarbeitungseinheit 14 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Sensorschnittstellen 16 verbunden, mit denen Wegsensoren verbindbar sind. Ein Wegsensor, der über die Sensorschnittstelle 16 angeschlossen ist, liefert insbesondere Sensorwerte 17, die vorzugsweise Weg-Sensorwerten 15 entsprechen, und die einen Abstand, beispielsweise zwischen einer Radaufhängung und einem Chassis eines Fahrzeugs, umfassen. Die Sensorschnittstellen 16 dienen so zum Empfangen von Sensorwerten mit der Verarbeitungseinheit 14, wobei die Verarbeitungseinheit 14 diese Sensorwerte dann in ein Busprotokoll überführen kann, um diese Sensorwerte als Datenpaket oder dergleichen über die Schnittstelle 12 auszusenden.
Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit mit drei Ventilen 18, 20, 22 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 14 dient zum Ansteuern der Ventile 18, 20, 22, wenn über die Datenschnittstelle 12 ein Datenpaket empfangen wird, das ein Ansteuern eines oder mehrerer Ventile 18, 20, 22 verlangt. Die drei Ventile 18, 20, 22 sind als elektropneumatische Ventile 19, 21 , 23 ausgebildet.
Eines der Ventile 18, 20, 22, das im Weiteren als erstes Ventil 18 bezeichnet wird, ist als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet. Hierbei weist das erste Ventil 18 einen Eingang 24 auf, mit dem eine Druckquelle, insbesondere eine Druckluftquelle, verbindbar ist. Der Eingang 24 ist hierzu über eine Druckluftleitung 26 zu einer Außenseite 27 des Gehäuses 28 des Moduls 10 geführt und bildet hier einen Druckluftanschluss 30. Weiterhin ist ein Ausgang 32 am ersten Ventil 18 vorgesehen, der ebenfalls über eine Druckluftleitung 34 zur Außenseite 27 des Gehäuses 28 geführt ist. An der Außenseite 27 des Gehäuses 28 ist ein Schalldämpfer 36 am Ende der Druckluftleitung 34 angeordnet.
In der dargestellten Stellung, also des dargestellten Zustands oder Schaltzustands, des ersten Ventils 18 kann so über eine an den Druckluftanschluss 30 angeschlossene Druckquelle Luft mit einer Durchflussmenge 35 durch das erste Ventil 18 hindurch zu den Ventilen 20, 22 geführt werden. Das erste Ventil 18 weist hierzu in der dargestellten Stellung, nämlich der Durchlassstellung 33, einen Durchlassquerschnitt 37 auf.
Die Ventile 20, 22 sind in der dargestellten Stellung, nämlich der Schließstellung 39, geschlossen. Das Ventil 20 wird im Weiteren als zweites Ventil 20 bezeichnet und das Ventil 22 wird im Weiteren als drittes Ventil 22 bezeichnet. Werden die Ventile 20, 22 durch Ansteuerung mit der Verarbeitungseinheit 14 umgeschaltet, so kann die über das erste Ventil 18 bereitgestellte Druckluft durch eine Druckluftleitung 38, die von einem Ausgang 40 des ersten Ventils 18 zu Eingängen 42, 44 des zweiten Ventils 20 und des dritten Ventils 22 geführt wird, durch das zweite Ventil 20 sowie das dritte Ventil 22 hindurchfließen und an Ausgängen 45, 46 des Moduls 10 herausfließen. Das zweite Ventil 20 weist hierzu einen zweiten Durchlassquerschnitt 41 und das dritte Ventil 22 einen dritten Durchlassquerschnitt 43 auf. An den Ausgängen 45, 46 ist jeweils eine Luftfeder eines Luftfedersystems anschließbar. Weiter ist in einer Durchlassstellung des zweiten Ventils 20 und des dritten Ventils 22, die hier jeweils nicht dargestellt ist, durch Umschalten des ersten Ventils 18 in eine nicht dargestellte Ablassstellung des ersten Ventils 18 auch Druckluft durch das erste Ventil und durch die Druckluftleitung 34 aus den Luftfedern ablassbar. Hierzu ist der Schalldämpfer 36 vorgesehen, um die Geräuschentwicklung beim Entlüften der Luftfedern zu reduzieren. In der dargestellten Schließstellung 39 des zweiten Ventils 20 und des dritten Ventils 22 ist über in das Modul 10 integrierte Drucksensoren 48, 50 ein Luftdruck in den Luftfedern, die mit den Ausgängen 45, 46 verbindbar sind, messbar.
Ein mit diesen Drucksensoren 48, 50 erfasster Druck-Sensorwert 54 lässt sich über die Verarbeitungseinheit 14 , wie auch die bereits genannten Weg- Sensorwerte 15, in ein Datenprotokoll eines Bussystems umsetzen, um die Druck-Sensorwerte 54 über die Datenschnittstelle 12 auszugeben.
Das Modul 10 umfasst ferner eine Fehlerdiagnoseeinrichtung 51. Wird mit der Fehlerdiagnoseeinrichtung 51 ein Fehler des Moduls 10 festgestellt, so werden die Ventile 18, 20, 22 in eine vordefinierte Stellung 52, 53 geschaltet. Die vordefinierte Stellung 52, 53 entspricht vorzugsweise dem dargestellten geöffneten Zustand, also der Durchlassstellung 33, des ersten Ventils 18 und dem dargestellten geschlossenen Zustand, also der Schließstellung 39, des zweiten Ventils 20 und des dritten Ventils 22.
Die Verarbeitungseinheit 14 umfasst ferner einen Generator 53 zum Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Signals 55, mit dem das erste Ventil 18 angesteuert wird. So kann die Durchflussmenge 35 eines Luftflusses durch das erste Ventil 18 variiert werden. Insbesondere beim Ablassen von Luft, kann so mit einer geringen Durchflussmenge 35 eine Geräuschentwicklung weiter reduziert werden. Gemäß einem weiteren aber hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann so auch auf den Schalldämpfer 36 verzichtet werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Luftfedersystems 60 mit dem in Figur 1 gezeigten Modul 10. Mit dem Modul 10 sind zwei Sensoren 61, die Wegsensoren 62 sind, über die Sensorschnittstellen 16 verbunden. Weiterhin ist eine Druckluftquelle 63 mit dem Druckluftanschluss 30 des Moduls 10 verbunden. Die Ausgänge 45, 46 sind jeweils über eine Druckluftleitung 67 mit einer Luftfeder 66 verbunden. Sensorwerte 17, die mit der Sensorschnittstelle 16 von den Wegsensoren 62 empfangen werden, können so über einen Bus 56 an die Steuereinrichtung 58 gesendet werden. Hierzu ist die Datenschnittstelle 12 mit dem Bus 56, der ein CAN-Bus 57 ist, verbunden. Weiter werden auch mit den Drucksensoren 48, 50, die hier nicht dargestellt sind, aufgenommene Druck-Sensorwerte 54 an die Steuereinrichtung 58 übertragen. Die Steuereinrichtung 58 überträgt über den Bus 56 an das Modul 10 Steuerbefehle 64, mit denen die Ventile 18, 20, 22 angesteuert werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 70 mit einer Steuereinrichtung 58 und zwei Modulen 10. Jedes der Module 10 ist einer der Achsen 72 des Fahrzeugs zugeordnet. Beide Module 10 weisen die Datenschnittstelle 12 auf und sind mit diesen über einen Bus 56 mit der Steuereinrichtung 58 verbunden. Weiterhin sind die Module 10 jeweils mit zwei Luftfedern 66 und zwei Wegsensoren 62 verbunden. Jeder der Wegsensoren 62 und jede der Luftfedern 66 ist einem Rad 74 des Fahrzeugs 70 zugeordnet.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Gespanns 80, das ein Fahrzeug 70, beispielsweise das Fahrzeug 70 aus Figur 3, aufweist. Das Fahrzeug 70 entspricht hier einem Zugfahrzeug 81 an dem ein Fahrzeuganhänger 82 angekuppelt ist. Das Fahrzeug 70 weist ein Bremssteuergerät 84 auf, das hier als Steuereinrichtung 58 dient. Die Steuereinrichtung 58 ist mit vier Modulen 10 verbunden, wobei jedes der Module 10 einer der Achsen 72 des Fahrzeugs 70 sowie des Fahrzeuganhängers 82 zugeordnet ist. Der Bus 56 zur Verbindung der Steuereinrichtung 58 mit den Modulen 10 ist hierzu über eine Kabelverbindung 86 zwischen dem Fahrzeug 70 und dem Fahrzeuganhänger 82 zum Fahrzeuganhänger 82 weitergeführt. Gemäß einer hier nicht dargestellten Variante der Erfindung ist statt der Kabelverbindung 86 eine Funkverbindung vorgesehen. Figur 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel zum Ausführungsbeispiel der Figur 4. Figur 5 zeigt wiederum eine schematische Darstellung eines als Zugfahrzeug 81 ausgebildeten Fahrzeugs 70 sowie eine schematische Darstellung eines Fahrzeuganhängers 82, die gemeinsam als Gespann 80 bezeichnet werden können. Hier ist jedoch neben der Steuereinrichtung 58 des Zugfahrzeugs 81 eine weitere Steuereinrichtung 58 im Fahrzeuganhänger 82 vorgesehen, die die Module 10 des Fahrzeuganhängers 82 steuert und Sensorwerte 17 sowie Druck-Sensorwerte 54 von diesen empfängt. Die Steuereinrichtung 58 im Fahrzeuganhänger 82 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Anhängerbremssteuergerät 88.
Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 89 zum Betreiben eines Luftfedersystems. In einem Schritt 90 werden Sensorwerte 17 von mindestens einem Wegsensor 62 und Druck- Sensorwerte 54 von einem Drucksensor 48, 50 durch eine Steuereinrichtung 58 von einem Modul 10 empfangen. Im Schritt 92 werden in der Steuereinrichtung 58 Steuerbefehle für ein Ventil 18, 20, 22 erzeugt. Im Schritt 94 werden dann die Steuerbefehle an das Modul 10 ausgesendet.
Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)
10 Modul 12 Datenschnittstelle
14 Verarbeitungseinheit
15 Weg-Sensorwerte
16 Sensorschnittstellen
17 Sensorwerte
18 Ventil
19 elektropneumatisches Ventil
20 Ventil
21 elektropneumatisches Ventil
22 Ventil
23 elektropneumatisches Ventil
24 Eingang
26 Druckluftleitung
27 Außenseite
28 Gehäuse
30 Druckluftanschluss
32 Ausgang
33 Durchlassstellung
34 Druckluftleitung
35 Durchflussmenge
36 Schalldämpfer
37 erster Durchlassquerschnitt Druckluftleitung
Schließstellung
Ausgang zweiter Durchlassquerschnitt Eingang dritter Durchlassquerschnitt
Eingang
Ausgang
Ausgang
Drucksensor
Drucksensor
Fehlerdiagnoseeinrichtung vordefinierte Stellung vordefinierte Stellung Druck-Sensorwert pulsweitenmoduliertes Signal Bus
CAN-Bus
Steuereinrichtung
Luftfedersystem
Sensor
Wegsensor
Druckluftquelle
Steuerbefehle Luftfedern Druckluftleitung
Fahrzeug
Achsen
Rad
Gespann
Zugfahrzeug
Fahrzeuganhänger
Bremssteuergerät
Kabelverbindung
Anhängerbremssteuergerät
Verfahren
Schritt
Schritt Schritt

Claims

Patentansprüche
1. Modul (10) für ein Luftfedersystem (60) eines Fahrzeugs (70, 82), wobei das Modul (10) Folgendes aufweist: eine Sensorschnittstelle (16) zum Verbinden mit einem Sensor (61), insbesondere einem Wegsensor (62), wobei die Sensorschnittstelle (16) dazu eingerichtet ist, Sensorwerte (17) von dem Sensor (61) zu empfangen ein Ventil (18, 20, 22), insbesondere ein elektropneumatisches Ventil (19, 21 , 23), und eine Datenschnittstelle (12), insbesondere eine Datenschnittstelle (12) zum Verbinden mit einem Bus (56), insbesondere einem CAN-Bus (57), wobei die Datenschnittstelle (12) dazu eingerichtet ist, über die Sensorschnittstelle (16) empfangene Sensorwerte (17) an eine Steuereinrichtung (58) auszusenden und von der Steuereinrichtung (58) Steuerbefehle (64) zum Steuern des Ventils (18, 20, 22) zu empfangen.
2. Modul (10) nach Anspruch 1, wobei das Modul (10) einen Drucksensor (48, 50) zum Erfassen von Druck-Sensorwerten (54) einer mit dem Ventil (20, 22) verbundenen Druckluftleitung (67) aufweist und dazu eingerichtet ist, die Druck-Sensorwerte (54) über die Datenschnittstelle (12) an die Steuereinrichtung (58) auszusenden.
3. Modul (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Modul (10) genau drei Ventile (18, 20, 22) aufweist, wobei ein Eingang (24) eines ersten Ventils (18) der drei Ventile (18, 20, 22) mit einer Druckquelle (63) verbindbar und ein Ausgang (40) des ersten Ventils (18) mit jeweiligen Eingängen (42, 44) des zweiten Ventils (20) und des dritten Ventils (22) verbunden ist, wobei Ausgänge (44, 45) des zweiten Ventils (20) und des dritten Ventils (22) jeweils mit einer Luftfeder (66) des Luftfedersystems (60) verbindbar sind.
4. Modul (10) nach Anspruch 3, wobei das Modul (10) zwei Drucksensoren (48, 50) aufweist, die jeweils im Bereich der Ausgänge (44, 45) des zweiten Ventils (20) und des dritten Ventils (22) angeordnet sind und das Modul (10) dazu eingerichtet ist, Druck-Sensorwerte (54) der Drucksensoren (48, 50) über die Datenschnittstelle (12) an die Steuereinrichtung (58) auszusenden.
5. Modul (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das erste Ventil (18) ein 3/2- Wege-Ventil (18) ist und das zweite Ventil (20) und das dritte Ventil (22) jeweils ein 2/2-Wege-Ventil (20, 22) sind.
6. Modul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das erste Ventil (18) einen ersten Durchlassquerschnitt (37) aufweist, das zweite Ventil (20) einen zweiten Durchlassquerschnitt (41) aufweist und das dritte Ventil (22) einen dritten Durchlassquerschnitt (43) aufweist, wobei der zweite Durchlassquerschnitt (41) und der dritte Durchlassquerschnitt (43) vorzugsweise im Wesentlichen gleich sind und wobei der erste Durchlassquerschnitt (37) mindestens der Summe aus dem zweiten Durchlassquerschnitt (41) und dem dritten Durchlassquerschnitt (43) entspricht.
7. Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (10) dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (18) in Abhängigkeit von dem Steuerbefehl (64) anzusteuern, um die Durchflussmenge (35) zumindest durch das erste Ventil (18) variabel zu steuern.
8. Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (10) zum variablen Steuern der Durchflussmenge (35) zumindest durch das erste Ventil (18) einen PWM-Signal-Generator (53) zum Ansteuern zumindest des ersten Ventils (18) mit einem PWM-Signal (55) aufweist.
9. Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul (10) eine Fehlerdiagnoseeinrichtung (51) aufweist, wobei die Fehlerdiagnoseeinrichtung (51) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Ventile (18, 20, 22) in einen vordefinierten Zustand (52, 53) zu schalten.
10. Steuereinrichtung (58) zum Empfangen von Druck-Sensorwerten (54) eines Drucksensors (48, 50), und insbesondere Sensorwerten (17), insbesondere eines Wegsensors (62), über einen Bus (56), insbesondere einen CAN-Bus (57), von mindestens einem Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und zum Erzeugen und Aussenden von Steuerbefehlen (64) für ein Ventil (18, 20, 22) eines Moduls (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Luftfedersystem (60) mit einem Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere mit einer Steuereinrichtung (58) nach Anspruch 10, sowie mit einer Luftfeder (66), die mit einem Ventil (20,22) des Moduls (10) verbunden ist, und einem Wegsensor (62), der mit dem Modul (10) über eine Sensorschnittstelle (16) verbunden ist, wobei das Modul (10) über eine Datenschnittstelle (12) und einen Bus (56), insbesondere einen CAN-Bus (57), mit der Steuereinrichtung (58) verbunden ist.
12. Fahrzeug (70, 82) mit einem Luftfedersystem (60) nach Anspruch 11 , wobei das Luftfedersystem insbesondere eine Steuereinrichtung (58) aufweist, bei der es sich um ein Steuergerät des Fahrzeugs (70,82), insbesondere ein Bremssteuergerät (84) des Fahrzeugs (70, 82), handelt und wobei das Fahrzeug (70, 82) insbesondere mehrere Achsen (72) aufweist, denen jeweils ein Modul (10) zugeordnet ist.
13. Fahrzeuganhänger (82) mit einem Luftfedersystem (60) nach Anspruch 11 , wobei der Fahrzeuganhänger (82) mehrere Achsen (72) aufweist und der Fahrzeuganhänger (82) ein Modul (10) aufweist, wobei der Fahrzeuganhänger (82) insbesondere ein Modul (10) pro Achse (72) aufweist, und wobei das Modul (10) des Fahrzeuganhängers (82) mit einer Steuereinrichtung (58) eines Zugfahrzeugs (81) des Fahrzeuganhängers (82) verbunden ist oder der Fahrzeuganhänger (82) eine eigene Steuereinrichtung (58) des Fahrzeuganhängers (82) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (58) des Fahrzeuganhängers (82) insbesondere ein Anhängerbremssteuergerät (88) ist, mit der das Modul (10) verbunden ist.
14. Verfahren (89) zum Betreiben eines Luftfedersystems (60) nach Anspruch 11 , mit den folgenden Schritten: Empfangen (90) von Weg-Sensorwerten (15) eines Wegsensors (62) und Druck-Sensorwerten (54) eines Drucksensors (48, 50) von einem Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durch eine Steuereinrichtung (58), insbesondere einer Steuereinrichtung (58) nach Anspruch 10,
Erzeugen (92) von Steuerbefehlen (64) für ein Ventil (18, 20, 22) eines Moduls (10) und
Aussenden (94) der Steuerbefehle (64) an das Modul (10).
15. Computerprogrammprodukt, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf einem Steuergerät (84, 88) eines Fahrzeugs (70) oder eines Fahrzeuganhängers (82) ausgeführt werden, das Steuergerät (84, 88) als Steuereinrichtung (58), insbesondere als Steuereinrichtung nach Anspruch 10, ausbilden und das Steuergerät (84, 88) veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 14 auszuführen.
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