WO2020020718A1 - Verfahren und system zur lageregelung eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2020020718A1
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wheels
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Fsp Fluid Systems Partners Holding Ag
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    • B60G2800/01—Attitude or posture control

Definitions

  • Roll stability depends purely on the spring elements, it is possible to optimize the wheel load distribution. As an example here are self-propelled
  • Field sprayers called, the individual wheels are pneumatically adjusted in length to a respective target length or a target height position.
  • the known control methods do not lead to ideal results, so that there may be poor traction behavior.
  • the object of the present invention is an improved method for position control of a vehicle specify.
  • the method should result in the vehicle having better traction behavior and greater roll stability
  • the object is achieved by a method for mounting a vehicle with wheels, at least some of the wheels each having one
  • Spring device are resiliently connected to a chassis.
  • the process includes the following steps: a. Determining an actual height position of at least one wheel relative to the
  • Chassis especially using at least one
  • At least one wheel associated spring device using a target height position; c. Measurement and / or calculation of at least one wheel loading force, e.g. B. a spring load and / or a wheel contact force, for at least one wheel, in particular using at least one (force) sensor; d. Calculation of at least one second correction value
  • Working machine for example a field sprayer, in particular a
  • the spring device provides the connection between the chassis or the body, for. B. with self-supporting
  • Wheel contact forces - essentially identical to the spring loads - can be optimized.
  • the two controls can be superimposed in such a way that a target height position of each individual wheel or a subset of the wheels is first determined on the basis of the position control.
  • This target height position can be corrected by means of a correction value which is determined for all wheels or a selection of the wheels from the regulation of the wheel contact forces / spring loads.
  • regulation in the narrower sense can also mean control
  • control can also mean regulation
  • At least one second correction value is based on a comparison of the ideal load distribution with the real load distribution.
  • ideal load distribution it is possible to specify an "ideal load distribution" and this as the basis for the
  • At least one of the spring devices can be pneumatic and / or hydraulic and / or hydropneumatic
  • step c) the wheel load force (e.g. spring load) can then be calculated based on a measured, load-bearing pressure. Additionally or alternatively, in step e) the setting of the wheel load force (e.g. spring load)
  • Diagonals are assigned to measure indirectly or directly.
  • the spring load for a specific diagonal can thus be determined with a pressure sensor.
  • individual spring loads can be measured on the individual wheels and an (total) spring load for the respective diagonal can be determined based on these measured values.
  • the necessary control loop can thus be kept relatively simple.
  • asymmetrical adjustment or regulation is also possible.
  • a first spring load is calculated for a first pair of wheels on the first diagonal and a second spring load is calculated for a second pair of wheels on the second diagonal, the first and second diagonals crossing.
  • the wheels lying on a diagonal are arranged opposite one another in the direction of travel.
  • At least one wheel can be determined, the one has higher spring load.
  • This wheel can be retracted according to the invention (alternatively or additionally, a wheel with a lower load can also be extended).
  • this means that the more heavily loaded wheel is assigned a height position which leads to the wheel taking a position in which the wheel axis is less far from a floor level of the vehicle.
  • the load on the other wheels is increased and the load is adjusted to the ideal condition.
  • a pair of wheels e.g. B. on the already introduced diagonals
  • Determining a pair of wheels with a higher spring load can be done by comparing the calculated wheel load forces, e.g. B. spring loads, for each pair. Alternatively or additionally, a comparison with a limit value can also be carried out here.
  • step e) at least one of the wheels on the diagonal with the higher spring load - preferably both - can then be retracted. This makes the control algorithm more stable.
  • the wheels of the less loaded diagonal can also be extended.
  • At least two wheels can be combined in one group. It is conceivable to treat this group of bikes as one fictitious bike. For example, a (single) second correction value can be calculated for the at least two wheels in the group. According to the invention, several groups can also be formed. For example, in a three-axle vehicle, the two left and right wheels can each be combined to form a group.
  • Act linear sensors that indicate the position of a hydraulic piston relative to the hydraulic cylinder. It is obvious to the person skilled in the art that there are numerous possibilities for determining and specifying the height position, the specification ultimately providing information on how far a spring assigned to the spring device has been extended or retracted due to the acting forces.
  • the height position signal ultimately specifies the measured value in a digital or analog manner, so that it is, for example, from a
  • Processing unit can be processed further.
  • the force sensor measures the force that acts on the spring device and / or the respective wheel.
  • the spring device measures the force that acts on the spring device and / or the respective wheel.
  • Adjust spring device based on the force signal and the height position signal. Both parameters can be used continuously or only temporarily.
  • the system can carry out a position control in which at least one of the spring devices is adjusted to a desired position or desired height position using the height position signal.
  • the target position can, for example, be predefined at the factory, predefined by the driver or calculated dynamically.
  • a correction value can be calculated based on at least one force signal, by means of which the target value of the at least two spring devices is adjusted.
  • the correction value is preferably calculated based on a large number of force signals, which are averaged, for example, over a predetermined time interval.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a control device for
  • FIG. 4 shows a schematic front view of the working machine from FIG. 1;
  • 5 ld are each connected to a chassis of the working machine 50 via a spring device 41a or 41b or 41c or 41d.
  • the spring devices 41a, 41b, 41c, 41d comprise springs or hydraulic cylinders 19a, 19b (cf. FIG. 3) which make it possible to mount the respective wheel 51a, 51b, 51c, 5 ld in a resilient manner.
  • the spring devices 41a, 41b, 41c, 41d are adjustable in height, so that the respective wheel 51a, 51b, 51c, 5 ld can assume a predetermined position relative to the chassis of the working machine 50.
  • this position is called the height position Ha, Hb, Hc, Hd denotes a distance relative to a point, a straight line or a plane of the chassis.
  • the target height positions Sa, Sb, Sc, Sd can be adapted by the driver or a user.
  • the working machine 50 can have a rotary lever, e.g. B. with a
  • the computing unit 64 implements the method according to the invention and ensures that necessary measured values are read out by the sensors (eg force signals and / or position signals) and the actuators are set accordingly.
  • each wheel 51a, 51b, 51c, 5 ld or each spring device 41a, 41b , 41c, 41d can be controlled or set separately.
  • the invention is not restricted to the hydraulic system shown in FIG. 3, which is used only for a more detailed explanation.
  • control circuits 29, 30 are provided in order to set the spring devices 41c and 41d in a corresponding manner.
  • the control circuits 29, 30 can be constructed differently.
  • the invention is not restricted to a four-circuit system, but can have a single control circuit or two or more than four control circuits, for example six, eight or more control circuits.
  • the explanations below in connection with the first control circuit 29 apply analogously to the second control circuit 30 and all further control circuits.
  • reference symbols of corresponding components of the control circuits reference is made to the list of reference symbols.
  • Hydraulic cylinder 19a a hydraulic unit 10 is rigidly attached, for example screwed or welded.
  • the hydraulic cylinder 19a and the fluid source 31 are through a line, in particular a pipeline, or through a
  • Hose connection fluid-connected.
  • the supply of hydraulic fluid to the hydraulic cylinder 19a is regulated by this fluid connection.
  • the pressure-loaded delivery volume required for the stroke of the hydraulic cylinder 19a is provided by the fluid source 31.
  • the hydraulic system is after
  • the fluid source 31 for up-regulating the position i.e. for lifting the hydraulic cylinder 19a hydraulic fluid in the
  • Hydraulic cylinder 19a promotes (height position after is greater than height position before).
  • the fluid source 31 has a switchable or controllable or regulatable pump drive 13a.
  • the switchable fluid source 31 can be, for example, a constant pump, that is to say a pump with a constant absorption volume per revolution.
  • the switchability of the fluid source 13a is usually realized by the drive element which is connected to the fluid source 13a, for example by the electric motor 23.
  • the electric motor 23 connected to the constant pump is used for the
  • the constant pump can be coupled to the electric motor 23 by a clutch if required.
  • Other options are possible.
  • a hydraulic unit 10 forms a hydraulic block with a first connection 12, which is connected to the pump drive 13a, specifically with the electric motor
  • the hydraulic unit 10 has a second connection 14 which is fluid-connected or fluid-connectable to a tank 15.
  • the tank 15 belongs to the fluid source 31. Alternatively, one could shared tank can be used together with other systems.
  • a third connection 16 of the hydraulic unit 10 is connected or connectable to a pressure accumulator 17a, for example a membrane accumulator. Such pressure accumulators are known per se.
  • a fourth port 18 is connected to the hydraulic cylinder 19a. As seen in Fig. 3, the fourth port 18 is directly connected to the hydraulic cylinder, i.e. connected without intermediate hose connections. This is the
  • Hydraulic unit 10 with a wall of the hydraulic cylinder 19 directly or
  • the hydraulic unit 10 comprises a lifting branch 20 and a lowering branch 21 and optionally further branches with other functions, for example a suspension branch 33, a connecting branch 34 and one
  • the lifting branch 20 comprises the line from the first connection 12, which is or can be connected to the pump drive 13a, to the first node K 1, at which the lowering branch 21 is fluidly connected to the lifting branch 20 or branches off from the lifting branch 20.
  • the check valve 22 is arranged in the lifting branch 20, which prevents hydraulic fluid from escaping from the hydraulic unit 10 when the line or hose connection between the hydraulic unit 10 and the fluid source 31 arranged at a distance from it breaks or is leaking.
  • the connecting branch 34 is the lifting branch 20 in the flow direction
  • the connecting branch 34 comprises those lines or channels of the connecting branch 34
  • Hydraulic unit 10 which functionally belong to both the lifting branch 20 and the lowering branch 21.
  • the connecting branch 34 is thus characterized in that the hydraulic fluid flows through the lines or channels of the connecting branch 34 in both directions, specifically in the direction of the hydraulic cylinder 19a during the lifting process and in one direction away from the hydraulic cylinder 19a during the lowering process.
  • the connecting branch 34 extends from the first node K 1 up to and including the fourth connections 18, which fluidly connect the hydraulic cylinder 19 a to the hydraulic unit 10.
  • the suspension branch 33 is fluidly connected to the hydraulic cylinder 19a and comprises a first throttle 25, which is arranged downstream of the second node K2.
  • the suspension branch 33 has a pressure accumulator 17a, for example in the form of a diaphragm pressure accumulator.
  • the lowering branch 21 has a switching valve 26.
  • the switching valve 26 is a proportional seat valve which regulates the volume flow from the hydraulic cylinder 19a to the tank 15. Other valves are possible.
  • Connecting branch 34 and the lowering branch 21 connects bypassing the switching valve 26. Specifically, the pressure limiting branch 35 connects the
  • Hydraulic cylinder 19a act from the outside.
  • Hydraulic fluid supplied The principle shown can be used for a single control circuit or for a plurality of control circuits, for example for six or more control circuits, a corresponding number of pumps or a corresponding number of divided volume flows being provided.
  • two pumps are provided, which are correspondingly assigned to the two control circuits 29, 30. Both pumps are driven together by the electric motor 23. Further pumps with a further electric motor 23 can be provided for the third and fourth control loops.
  • the hydraulic system shown in FIG. 3 is only intended to serve as an example for setting height positions Ha, Hb for the wheels 51a and 51b. It works like this:
  • Volume flow is returned via the connecting branch 34 through the lowering branch 21 via the second connection 14 into the tank 15.
  • the pistons 24 are retracted and the vehicle axle is lowered.
  • step “Measure Ha, Hb, Hc, Hd” the actual height positions Ha, Hb, Hc, Hd of the respective wheel 51a, 51b, 51c, 5 ld are measured or determined (step “Measure Ha, Hb, Hc, Hd”).
  • the measurement is based on the Wayfinders 44 of the respective spring device 41a, 41b, 41c, 41d.
  • the previous two steps can be performed in any order or simultaneously.
  • the respective deviating spring device 41a, 41b, 41c, 41d is set (for example, step "Setting 41a")
  • Control cycle calculated, which are preferably selected proportional to the calculated pressures of the two diagonals Dl, D2.

Abstract

Verfahren zur Lageregelung eines Fahrzeugs (50), insbesondere eines Nutzfahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, z.B. einer Feldspritze, mit Rädern (51a, 51b, 51c, 51d), wobei zumindest einige der Räder (51a, 51b, 51c, 51d) jeweils über eine Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) federnd mit einem Fahrgestell verbunden sind, umfassend die Schritte: 5 a) Bestimmen einer Ist-Höhenposition mindestens eines Rads (51a, 51b, 51c, 51d) relativ zum Fahrgestell, insbesondere unter Verwendung mindestens eines Wegsensors (44); b) Berechnung mindestens eines ersten Korrekturwerts für die dem mindestens einem Rad (51a, 51b, 51c, 51d) zugeordnete 10 Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) unter Verwendung einer Soll- Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd); c) Messung und/oder Berechnung zumindest einer Federlast zumindest für ein Rad (51a, 51b, 51c, 51d), insbesondere unter Verwendung mindestens eines (Kraft-)Sensors (45);15 d) Berechnung mindestens eines zweiten Korrekturwerts (k1, k2) unter Berücksichtigung der Federlast; e) Einstellen der Höhenposition (Ha, Hb, Hc, Hd) des mindestens einen Rads (51a, 51b, 51c, 51d) basierend auf dem ersten Korrekturwert und zweiten Korrekturwert (k1,k2).

Description

Verfahren und System zur Lageregelung eines Fahrzeugs
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Lageregelung eines
Fahrzeugs.
Ein Verfahren und System zur Lageregelung ist aus der DE 1 814 124 Al bekannt.
Fahrzeuge mit statisch überbestimmten Federungen sind in der Technik allgemein üblich. So ist zum Beispiel jeder PKW mit vier Rädern und somit vier
Aufstandspunkten auf dem Boden bzgl. der dort wirkenden Aufstandskräfte statisch überbestimmt. Dies gilt deswegen, da drei Aufstandspunkte schon ausreichen würden, um das Fahrzeugchassis in einer gegenüber dem Boden stabilen Lage zu halten. Vier Aufstandspunkte (in jeder Ecke des Fahrzeuges einer) werden trotzdem insbesondere zur Verbesserung der seitlichen
Kippstabilität gewählt.
Theoretisch ist die Kräfteverteilung bei vier Aufstandspunkten ideal gleichmäßig verteilt, wenn der Untergrund perfekt eben ist und auch am Fahrzeug alle vier Räder perfekt angeordnet sind, die Federn der Federeinrichtungen exakt dieselbe Federrate haben und auch die Räder inkl. Reifen geometrisch und bzgl. des Innendrucks exakt gleich sind.
Dass die vorgenannten Bedingungen niemals eingehalten werden können, versteht sich von selbst. Daher gibt es bei allen Fahrzeugen mit mindestens vier Aufstandspunkten und ohne einstellbare Länge der Federeinrichtung - keine Positionsregelung - eine gegenüber der idealen Verteilung der Aufstandskräfte abweichende Verteilung. Typischerweise ist dies bei allen handelsüblichen PKW der Fall. Es wird hier in Kauf genommen, dass die Aufstandskräfte gegenüber der Idealverteilung abweichen, und somit die möglichen Traktionskräfte an den Rädern ebenfalls vom Ideal abweichen. Auch wird in Kauf genommen, dass das Federungsverhalten bei nicht ideal verteilten Aufstandskräften ungleichmäßig wird, z. B. das Fahrzeug über die stärker belastete Diagonale„kippelig" wirkt (dies insbesondere bei progressiven Federungen bzw. lastabhängigen Federraten). Bei Sportwagen, bei denen es auf maximale Traktion ankommt, wird diese Lastverteilung auf einer Radlastwaage optimiert, indem die Federbeine auf die Länge eingestellt werden, so dass das Fahrzeug (auf perfekt ebenem Untergrund) eine ideale Radlastverteilung aufweist (die aus der Schwerpunktlage resultierende Radlastverteilung). Bei einem sich auf der Fahrzeug— Längs— Mittelachse befindlichen Fahrzeugschwerpunkt und horizontaler Aufstandsfläche ist somit die Summe der Radlasten auf einer ersten Diagonale (vom Mittelpunkt des vorderen linken Rads zum Mittelpunkt des hinteren rechten Rads) und einer zweiten Diagonale (vom Mittelpunkt des vorderen rechten Rads zum Mittelpunkt des hinteren linken Rads) gleich.
Es gibt Fahrzeuge, bei denen einzelne Räder oder Rädergruppen höhenverstellbar sind. Die Einstellung der Höhe bzw. die Einstellung der Höhenposition kann in der Federeinrichtung, die das jeweilige Rad federnd an dem Fahrgestell hält, erfolgen. Bei Fahrzeugen mit einer individuellen Höhenverstellung aller Räder ist es wichtig, beim Verstellen der Höhe die zwecks idealer Radlastverteilung erforderlichen Bedingungen einzuhalten.
Dies ist bei den meisten derartigen Fahrzeugen jedoch nicht möglich, denn typischerweise haben solche Fahrzeuge eine mechanische Wankstabilisierung (z. B. Torsionsstabilisator), so dass die Radlastverteilung sich aus der
Stabilisatorwirkung ergibt und die beiden Räder einer Achse gemeinsam in der Höhe verstellt werden, z. B. pneumatisch (LKW) oder hydropneumatisch
(z. B. Citroen). Hier gibt es also pro Achse nur einen Freiheitsgrad zur
Höheneinstellung, so dass sich die Radlastverteilung nicht bzw. nur über eine Verspannung der Wankstabilisierung optimieren lässt.
Bei Fahrzeugen ohne mechanische Wankstabilisierung, bei denen die
Wankstabilität also rein von den Federelementen abhängt, ist es möglich die Radlastverteilung zu optimieren. Als Beispiel seien hier selbstfahrende
Feldspritzen genannt, deren einzelne Räder pneumatisch in ihrer Länge auf eine jeweilige Soll-Länge bzw. ein Soll-Höhenposition eingeregelt werden. Die bekannten Regelverfahren führen aber nicht zu idealen Ergebnissen, so dass sich ggf. ein schlechtes Traktionsverhalten ergibt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Lageregelung eines Fahrzeugs anzugeben. Insbesondere soll das Verfahren dazu führen, dass das Fahrzeug ein besseres Traktionsverhalten und eine höhere Wankstabilität hat besseres
Federungsverhalten hat. Des Weiteren soll ein entsprechendes System zur Lageregelung eines Fahrzeugs angegeben werden.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 sowie die Gegenstände der Ansprüche 9, 10 und 11 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Lagerung eines Fahrzeugs mit Rädern gelöst, wobei zumindest einige der Räder jeweils über eine
Federeinrichtung federnd mit einem Fahrgestell verbunden sind. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a. Bestimmen einer Ist-Höhenposition mindestens eines Rads relativ zum
Fahrgestell, insbesondere unter Verwendung mindestens eines
Wegsensors; b. Berechnung mindestens eines ersten Korrekturwerts für die dem
mindestens einem Rad zugeordnete Federeinrichtung unter Verwendung einer Soll-Höhenposition; c. Messung und/oder Berechnung zumindest einer Radbelastungskraft, z. B. einer Federlast und/oder einer Radaufstandskraft, für mindestens ein Rad, insbesondere unter Verwendung mindestens eines (Kraft-)Sensors; d. Berechnung mindestens eines zweiten Korrekturwerts unter
Berücksichtigung der Radbelastungskraft; e. Einstellen der Höhenposition des mindestens einen Rads basierend auf dem ersten und/oder zweiten Korrekturwert.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Nutzfahrzeug bzw. um eine
Arbeitsmaschine, beispielsweise eine Feldspritze, insbesondere eine
selbstfahrende Feldspritze handeln. Die Federeinrichtung stellt die Verbindung zwischen dem Fahrgestell bzw. der Karosserie, z. B. bei selbsttragenden
Karosserien, und dem jeweiligen Rad her. Ein Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zur Einstellung der Höhenposition mindestens eines Rades nicht nur die Ist-Höhenposition, sondern auch die Radbelastungskraft (beispielsweise die Aufstandskraft des Rades auf dem Boden) berücksichtigt wird. Insofern ist es möglich, die einzelne
Federeinrichtung so zu regeln, dass das jeweilige Rad gegenüber dem Fahrgestell eine (fast) optimale Position einnimmt. Gleichzeitig können die
Radaufstandskräfte - im Wesentlichen identisch zu den Federlasten - optimiert werden.
In anderen Worten wird erfindungsgemäß eine (reine) Lageregelung bzw.
Höhenpositionsregelung der einzelnen Räder mit einer Regelung hinsichtlich der Radaufstandskräfte überlagert. Es ergibt sich also eine Art Hybridregelung, die einerseits das Fahrzeug in einer vorgegebenen Position gegenüber dem
Untergrund hält (z. B. parallel zum Untergrund) und andererseits die
Radaufstandskräfte entsprechend einer Idealverteilung einstellt. Die Überlagerung der beiden Regelungen kann derart erfolgen, dass zunächst eine Soll- Höhenposition jedes einzelnen Rads oder einer Teilmenge der Räder aufgrund der Positionsregelung ermittelt wird. Diese Soll-Höhenposition kann mittels eines Korrekturwerts, der für alle Räder oder eine Auswahl der Räder aus der Regelung der Radaufstandskräfte/Federlasten ermittelt wird, korrigiert werden.
In der vorliegenden Erfindung wird zwischen den Begriffen des Regeins und Steuerns nicht unterschieden. Insofern kann ein Regeln im engeren Sinne auch ein Steuern, und ein Steuern auch ein Regeln bezeichnen.
In einer Ausführungsform erfolgt ein Berechnen einer Ideallastverteilung basierend auf einer Vielzahl von Radbelastungskräften. Es kann weiterhin ein Berechnen einer Reallastverteilung erfolgen, wobei die Berechnung des
mindestens einen zweiten Korrekturwerts basierend auf einem Vergleich der Ideallastverteilung mit der Reallastverteilung erfolgt. Theoretisch ist es möglich eine„Ideallastverteilung" vorzugeben und diese als Basis für die
erfindungsgemäße Steuerung/Regelung zu nutzen. Vorzugsweise erfolgt eine dynamische Bestimmung der Ideallastverteilung, bei der beispielsweise der Beladungszustand des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
Zur Ermittlung des mindestens einen Korrekturwerts, insbesondere des
mindestens einen zweiten Korrekturwerts, können die aktuellen Federlasten einiger oder aller Räder bzw. Federeinrichtungen ermittelt werden. Es ist auch möglich die Radbelastungskraft allgemein zu berücksichtigen.
In einer Ausführungsform kann mindestens eine der Federeinrichtungen eine pneumatische und/oder hydraulische und/oder hydropneumatische
Federeinrichtung umfassen. Im Schritt c) kann dann die Radbelastungskraft (z. B. Federlast) basierend auf einem gemessenen, lasttragenden Druck berechnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt e) das Einstellen der
Höhenposition über ein Einstellen eines Drucks und/oder eines Volumens in der dem mindestens einen Rad zugeordneten Federeinrichtung erfolgen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Kraftmessung direkt über einen Kraftsensor an der Federeinrichtung vorzunehmen. Alternativ kann eine indirekte Messung über eine Druckmessung am lasttragenden Element (Federungszylinder,
Luftfederbalken, etc.) erfolgen.
Das Fahrzeug kann mindestens vier Räder umfassen und die Berechnung der Federlast für mindestens ein Paar von Rädern erfolgen, die auf der bereits erwähnten ersten und/oder zweiten Diagonale liegen. Insofern ist es möglich, eine Federlast für die Federeinrichtungen, die den Rädern der jeweiligen
Diagonale zugeordnet sind, mittelbar oder unmittelbar zu messen. Somit lässt sich die Federlast für eine bestimmte Diagonale mit einem Drucksensor bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können einzelne Federlasten an den einzelnen Rädern gemessen werden und basierend auf diesen Messwerten eine (gesamte) Federlast für die jeweilige Diagonale ermittelt werden.
Somit kann der notwendige Regelkreis relativ einfach gehalten werden.
Theoretisch ist auch eine asymmetrische Einstellung bzw. Regelung möglich. Bevorzugt erfolgt eine Berechnung einer ersten Federlast für ein erstes Paar von Rädern auf der ersten Diagonale und ein Berechnen einer zweiten Federlast für ein zweites Paar von Rädern auf der zweiten Diagonale, wobei sich die erste und die zweite Diagonale kreuzen. In einer Ausführungsform sind die Räder die auf einer Diagonale liegen einander gegenüberliegend in Fahrtrichtung versetzt angeordnet.
Durch ein Vergleichen der Radbelastungskräfte, z. B. Federlasten, miteinander oder mit einem Grenzwert kann mindestens ein Rad bestimmt werden, das eine höhere Federlast hat. Dieses Rad kann erfindungsgemäß eingefahren werden (alternativ oder zusätzlich kann auch ein schwächer belastetes Rad ausgefahren werden). Letztendlich bedeutet dies, dass dem stärker belasteten Rad eine Höhenposition zugewiesen wird, die dazu führt, dass das Rad eine Position einnimmt, in der die Radachse weniger weit von einer Bodenebene des Fahrzeugs entfernt ist. Dadurch wird die Last auf den anderen Rädern erhöht und somit eine Lastangleichung an den Idealzustand vorgenommen.
In einer Ausführungsform wird bestimmt, dass mehrere Räder, beispielsweise ein Paar von Rädern, z. B. auf den bereits eingeführten Diagonalen, eine höhere Federlast haben. Das Bestimmen eines Paares von Rädern mit einer höheren Federlast kann durch ein Vergleichen der berechneten Radbelastungskräfte, z. B. Federlasten, für das jeweilige Paar erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch hier ein Abgleich mit einem Grenzwert erfolgen. Im Schritt e) kann dann mindestens eines der Räder auf der Diagonale mit der höheren Federlast - vorzugsweise beide - eingefahren werden. Der Regelalgorithmus wird hierdurch stabiler. Alternativ oder zusätzlich können auch die Räder der geringer belasteten Diagonale ausgefahren werden.
Allgemein gibt es viele Szenarien, bei denen ein Bestimmen eines Rads mit einer höheren Radbelastungskraft, wobei das Rad mit der höheren Radbelastungskraft eingefahren wird, zu bevorzugen ist. So ist es beispielsweise an einem Hang vorteilhaft, wenn sich der Schwerpunkt nicht weiter von der Oberfläche entfernt, sondern nach dem Einstellen näher an der Oberfläche liegt.
Beim Vorhandensein von mehreren Rädern (z. B. bei einem Mobilkran),
beispielsweise 6, 8, 10 oder 12, können mindestens zwei Räder in eine Gruppe zusammengefasst werden. Es ist denkbar diese Gruppe von Rädern wie ein einziges fiktives Rad zu behandeln. Beispielsweise kann ein (einziger) zweiter Korrekturwert für die mindestens zwei Räder der Gruppe berechnet werden. Erfindungsgemäß können auch mehrere Gruppen gebildet werden. Beispielsweise können bei einem dreiachsigen Fahrzeug die beiden linken und rechten Räder jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst werden.
Der Schritt c) kann eine Vielzahl von Messungen zur Bestimmung der mindestens einen Radbelastungskraft umfassen. Vorzugsweise werden mehre Messungen zu einem Messwert zusammengefasst. Denkbar ist die Bestimmung eines Mittelwerts oder Medianes. Ebenso kann ein Tiefpassfilter verwendet werden, um mehrere Messwerte zusammen zu fassen. Das Zusammenfassen der Werte kann fortlaufend erfolgen, wobei ist es möglich ist, dass stets eine bestimmte Anzahl von Werten oder die Werte, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums ermittelt wurden, zusammenzufasst werden. Der Zeitraum, der beispielsweise bei der Anwendung des Tiefpassfilters betrachtet wird, kann länger als eine halbe Sekunde, vorzugsweise länger als eine Sekund sein. Der Zeitraum kann auch deutlich länger sein, beispielsweise länger als 3 oder 5 Sekunden. Der Zeitraum kann auch dynamisch an das Fahrverhalten des Fahrzeugs, beispielsweise die Geschwindigkeit angepasst werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein computerlesbares Speichermedium gelöst, wobei das Medium Instruktionen zur Implementierung des bereits beschriebenen Verfahrens mit einigen oder allen der konkret beschriebenen Merkmale aufweist.
Weiterhin wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein System zur
Lagelregelung eines Fahrzeugs mit mindestens einer Recheneinheit und mindestens einem computerlesbaren Speicher gelöst, wobei der Speicher die vorab definierten Instruktionen enthält.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein System zur
Lageregelung eines Fahrzeugs mit einer Vielzahl von Rädern gelöst, wobei das System umfasst:
- eine Vielzahl von höhenverstellbaren Federeinrichtungen, die jeweils mindestens einem der Räder zugeordnet sind;
- Wegsensoren zur Bestimmung einer Höhenposition mindestens einer Federeinrichtung und zur Ausgabe mindestens eines
Höhenpositionssignals;
- (Kraft-)Sensoren zur (direkten oder indirekten) Bestimmung einer Kraft, die auf mindestens eine Federeinrichtung wirkt, und zur Ausgabe mindestens eines Kraftsignals; wobei das System dazu ausgebildet ist, mindestens eine der Federeinrichtungen basierend auf dem Kraftsignal und dem Höhenpositionssignal einzustellen.
Der Sensor, insbesondere der Kraftsensor, kann jeder beliebige Sensor sein, der geeignet ist die auf die jeweilige Federeinrichtung wirkende Kraft zu messen. Die Kraftbestimmung kann mittelbar über einen Wegsensor und/oder einen kapazitativen Sensor erfolgen.
Auch für diese Systeme ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Verbindung mit dem Verfahren erläutert wurden.
Auch hier besteht ein zentraler Gedanke darin, dass eine Lage- bzw.
Positionsregelung der Federeinrichtung (konstanter Abstand gegenüber dem Boden) dadurch verbessert wird, dass die jeweilige Soll-Position auch die
Radaufstandskräfte berücksichtigt.
Die Vielzahl von höhenverstellbaren Federeinrichtungen können mechanisch mittelbar oder unmittelbar mit den Rädern, insbesondere mit den Radachsen verbunden sein. Bei den genannten Wegsensoren kann es sich um Winkelgeber handeln, die die Position der Radachse relativ zu dem Kolben oder zum Chassis oder entsprechende Aufhängungspunkte angeben. Es kann sich auch um
Linearsensoren handeln, welche die Position eines Hydraulikkolbens relativ zum Hydraulikzylinder angeben. Für den hier tätigen Fachmann ist es offensichtlich, dass es zahlreiche Möglichkeiten gibt, die Höhenposition zu ermitteln und anzugeben, wobei die Angabe letztendlich darüber Aufschluss gibt, wie weit eine der Federeinrichtung zugeordnete Feder aufgrund der wirkenden Kräfte ein- oder ausgefahren ist. Das Höhenpositionssignal gibt letztendlich den Messwert in digitaler oder analoger Weise an, so dass dieser beispielsweise von einer
Recheneinheit weiterverarbeitet werden kann.
Der Kraftsensor misst demgegenüber die Kraft die auf die Federeinrichtung und/oder das jeweilige Rad wirkt. In einer Ausführungsform wird die
Radaufstandskraft oder ggf. auch nur die Längskraft am Federelement ermittelt.
In einer Ausführungsform wird eine hydraulische oder hydropneumatische Federung eingesetzt, wobei eine Kraftmessung vorzugsweise über eine
Druckmessung erfolgt. Das Kraftsignal gibt die gemessene Kraft in analoger oder digitaler Form wieder, so dass diese vorzugsweise durch eine Recheneinheit verarbeitet werden kann. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass die beschriebenen Regelkreise ohne die Verwendung einer Recheneinheit
implementiert werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Regelung über analog-elektrische, hydraulische und/oder mechanische Logik-Schaltungen (Differenzdruck-Sensor, mechanischer Tiefpass etc.) umgesetzt werden.
Wie bereits erläutert ist das System dazu ausgebildet, mindestens eine
Federeinrichtung basierend auf dem Kraftsignal und dem Höhenpositionssignal einzustellen. Die Verwertung beider Parameter kann durchgehend oder nur zeitweise erfolgen.
Wie bereits erläutert, kann das System eine Positionsregelung durchführen, bei der mindestens eine der Federeinrichtungen auf eine Soll-Position oder Höhen- Sollposition unter Verwendung des Höhenpositionssignals eingeregelt wird. Die Soll-Position kann beispielsweise werkseitig vorgegeben sein, vom Fahrer vorgegeben sein oder dynamisch berechnet werden.
In einer Ausführungsform ist mindestens ein Speicher vorgesehen, in dem vorzugsweise pro Federeinrichtung mindestens eine Soll-Höhenposition) gespeichert ist.
Die Soll-Höhenposition kann in einer Ausführungsform der Erfindung basierend auf einer Benutzereingabe modifiziert werden. Die Benutzereingabe kann über einen oder mehrere Bedienelement, z. B. über einen Touch-Screen, erfolgen.
Für mindestens eine Federeinrichtung kann basierend auf mindestens einem Kraftsignal ein Korrekturwert berechnet werden, mittels dessen der Soll-Wert der mindestens zwei Federeinrichtungen angepasst wird. Vorzugsweise erfolgt eine Berechnung des Korrekturwerts basierend auf einer Vielzahl von Kraftsignalen, die beispielsweise über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelt werden.
Beispielsweise kann ein Tiefpassfilter implementiert werden, um
Messschwankungen aufgrund des Schwingungszyklus der Federung
herauszufiltern. Das sich hieraus ergebende gemittelte bzw. gefilterte Kraftsignal kann dann zur Berechnung des Korrekturwerts herangezogen werden. Zumindest einige der Federeinrichtungen können einen Hydraulikzylinder umfassen, wobei zur Einstellung der Höhenposition der Federeinrichtung ein Fluid, insbesondere ein Öl, mittels mindestens einer Pumpe gefördert und/oder mittels mindestens eines Ventils abgelassen wird. Es kann sich also um eine Volumenregelung handeln.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
In diesen zeigen die einzelnen Figuren:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Arbeitsmaschine mit vier
Rädern und einer erfindungsgemäßen Lageregelung mittels höhenverstellbarer Federeinrichtungen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zur
Implementierung der Lageregelung in der Arbeitsmaschine;
Fig. 3 einen schematischen Schaltplan eines Hydrauliksystems zur
Einstellung zweier Federeinrichtungen aus Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Frontansicht der Arbeitsmaschine aus Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des Regelalgorithmus.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Arbeitsmaschine 50 mit vier Rädern, nämlich das vordere linke Rad 51a, das vordere rechte Rad 51b, das hintere linke Rad 5 ld und das hintere rechte Rad 51c. Die Räder 51a, 51b, 51c,
5 ld sind jeweils über eine Federeinrichtung 41a bzw. 41b bzw. 41c bzw. 41d mit einem Fahrgestell der Arbeitsmaschine 50 verbunden. Die Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d umfassen Federn oder Hydraulikzylinder 19a, 19b (vgl. Fig. 3), die es ermöglichen, das jeweilige Rad 51a, 51b, 51c, 5 ld federnd zu lagern.
Erfindungsgemäß sind die Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d in ihrer Höhe verstellbar, so dass das jeweilige Rad 51a, 51b, 51c, 5 ld eine vorgegebene Position relativ zu dem Fahrgestell der Arbeitsmaschine 50 einnehmen kann.
In der vorliegenden Beschreibung wird diese Position als Höhenposition Ha, Hb, Hc, Hd bezeichnet, die eine Distanz relativ zu einem Punkt, einer Geraden oder einer Ebene des Fahrgestells angibt.
Fig. 4 zeigt eine exemplarische Definitionsmöglichkeit der Höhenpositionen Ha,
Hb, Hc, Hd. Hier wird eine Bodenebene E durch die Unterseite des Fahrgestells der Arbeitsmaschine 50 gelegt. Die Höhenposition Ha des vorderen rechten Rads 51a bemisst sich dann als Distanz der Radachse zu dieser Bodenebene E.
Dementsprechend ist die Höhenposition Hb des vorderen linken Rads 51b als Distanz der Radachse des vorderen linken Rads 51b zu dieser Bodenebene E definiert. Die Bodenebene E kann alternativ so definiert sein, dass sie durch die Radaufstandspunkte des Fahrzeugs, hier der Arbeitsmaschine 50, verläuft, wenn diese auf einem perfekt ebenen Untergrund steht.
Fig. 1 zeigt virtuelle Diagonalen Dl und D2, wobei die Räder 51a und 51c auf einer ersten Diagonale Dl und die Räder 51b, 5 ld auf einer zweiten Diagonale D2 liegen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Höhenposition Ha, Hb, Hc,
Hd jedes Rads 51a, 51b, 51c, 5 ld derart geregelt, dass das jeweilige Rad 51a, 51b, 51c, 5 ld eine Soll-Höhenposition Sa, Sb, Sc, Sd (Fig. 5) einnimmt. Diese Soll-Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd kann vorgegeben sein. In einem
Ausführungsbeispiel werden die Soll-Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd im laufenden Betrieb mit einem Korrekturfaktor kl (erste Diagonale Dl) bzw. k2 (zweite Diagonale) beaufschlagt.
Zur Durchführung dieses Regelalgorithmus verfügt die Arbeitsmaschine 50 über einen Steuercomputer 60.
Dieser Steuercomputer 60 verfügt über einen Speicher 62 sowie über eine
Recheneinheit 64 (vgl. Fig. 2). Der Speicher 62 kann alle Instruktionen speichern, die zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig sind. Weiterhin kann der Speicher 62 Daten speichern, die zur Durchführung des Verfahrens notwendig sind. Solche Daten können beispielsweise die Soll-Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd sein. Weiterhin kann der Speicher 62 dazu verwendet werden,
Zwischenergebnisse zu speichern und somit für einen späteren Verfahrensschritt aufzubewahren. In einem (weiteren) Ausführungsbeispiel ist eine Anpassung der Soll- Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd durch den Fahrer oder einen Benutzer möglich. Hierfür kann die Arbeitsmaschine 50 einen Drehhebel, z. B. mit einem
Potentiometer, oder einen Touchscreen aufweisen. Erfindungsgemäß sind zahlreiche Möglichkeiten zur Eingabe der Soll-Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd denkbar.
Die Recheneinheit 64 implementiert das erfindungsgemäße Verfahren und sorgt dafür, dass notwendige Messwerte von den Sensoren ausgelesen werden (z. B. Kraftsignale und/oder Positionssignale) sowie die Aktuatoren entsprechend gestellt werden.
Hierfür ist der Steuercomputer 60 kommunikativ mit den Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d (Fig. 2) sowie einer Fluidquelle 31 (Fig. 2 oder 3) verbunden, wobei jede der Federeinrichtungen einen Weggeber 44 sowie einen Druckgeber 45 aufweist (vgl. hierzu auch die schematisch dargestellten Weggeber 44 und Druckgeber 45 in Fig. 3).
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden die Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d ein Hydrauliksystem.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems kann als Federungssystem in der Arbeitsmaschine 50 eingesetzt werden und zwar konkret zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lageregelung bzw. -Steuerung., wobei jedes Rad 51a, 51b, 51c, 5 ld bzw. jede Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d getrennt angesteuert bzw. eingestellt werden kann. Die Erfindung ist nicht auf das in Fig. 3 gezeigte Hydrauliksystem eingeschränkt, das lediglich zur näheren Erläuterung dient.
In der Fig. 3 ist schematisch ein Hydrauliksystem mit zwei Regelungskreisen 29, 30 für die Federeinrichtung 41a und 41b gezeigt. Gemäß dem
Ausführungsbeispiel sind weitere Regelungskreise (in Fig. 3 nicht gezeigt) vorgesehen, um in entsprechender Weise auch die Federeinrichtung 41c und 41d einzustellen. Die Regelungskreise 29, 30 können unterschiedlich aufgebaut sein. Die Erfindung ist nicht auf ein Vierkreissystem eingeschränkt, sondern kann einen einzigen Regelungskreis oder zwei oder mehr als vier Regelungskreise aufweisen, bspw. sechs, acht oder mehr Regelungskreise. Die nachstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit dem ersten Regelungskreis 29 gelten analog für den zweiten Regelungskreis 30 und alle weiteren Regelungskreise. Hinsichtlich der Bezugszeichen von entsprechenden Komponenten der Regelungskreise wird auf die Bezugszeichenliste verwiesen.
Der zweite Regelungskreis 29 weist einen Hydraulikzylinder 19a auf. Am
Hydraulikzylinder 19a ist eine Hydraulikeinheit 10 starr befestigt, beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt.
Wie in der Fig. 3 zu sehen, sind der Hydraulikzylinder 19a und die Fluidquelle 31 durch eine Leitung, insbesondere Rohrleitung, oder durch eine
Schlauchverbindung fluidverbunden. Durch diese Fluidverbindung wird die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikzylinder 19a geregelt. Das für den Hub des Hydraulikzylinders 19a erforderliche, druckbelastete Fördervolumen wird durch die Fluidquelle 31 bereitgestellt. Das Hydrauliksystem ist nach dem
Verdrängerprinzip aufgebaut, wobei die Fluidquelle 31 zum Hochregeln der Lage, d.h. zum Anheben des Hydraulikzylinders 19a Hydraulikflüssigkeit in den
Hydraulikzylinder 19a fördert (Höhenposition nachher ist größer als Höhenposition vorher).
Die Fluidquelle 31 weist einen schaltbaren oder steuerbaren oder regelbaren Pumpantrieb 13a auf.
Die schaltbare Fluidquelle 31 kann bspw. eine Konstantpumpe, also eine Pumpe mit einem konstanten Schluckvolumen pro Umdrehung sein. Die Schaltbarkeit der Fluidquelle 13a wird üblicherweise durch das Antriebsorgan realisiert, das mit der Fluidquelle 13a verbunden ist, beispielsweise durch den Elektromotor 23. Dabei wird der mit der Konstantpumpe verbundene Elektromotor 23 für den
Hebevorgang ein- und ausgeschaltet. Alternativ kann die Konstantpumpe durch eine Kupplung mit dem Elektromotor 23 bei Bedarf gekoppelt werden. Andere Möglichkeiten sind denkbar.
Eine Hydraulikeinheit 10 bildet einen Hydraulikblock mit einem ersten Anschluss 12, der mit dem Pumpantrieb 13a, konkret mit der elektromotorisch
angetriebenen Pumpe verbunden oder verbindbar ist. Die Hydraulikeinheit 10 weist einen zweiten Anschluss 14 auf, der mit einem Tank 15 fluidverbunden oder fluidverbindbar ist. Der Tank 15 gehört zur Fluidquelle 31. Alternativ könnte ein gemeinsamer Tank zusammen mit anderen Systemen verwendet werden. Ein dritter Anschluss 16 der Hydraulikeinheit 10 ist mit einem Druckspeicher 17a, beispielsweise einem Membranspeicher verbunden oder verbindbar. Derartige Druckspeicher sind an sich bekannt.
Ein vierter Anschluss 18 ist mit dem Hydraulikzylinder 19a verbunden. Wie in der Fig. 3 zu sehen, ist der vierte Anschluss 18 direkt mit dem Hydraulikzylinder, d.h. ohne zwischengeschaltete Schlauchverbindungen verbunden. Dazu ist die
Hydraulikeinheit 10 mit einer Wand des Hydraulikzylinders 19 direkt bzw.
allgemein starr verbunden, wobei der vierte Anschluss 18 direkt über die Wand erfolgt. Dies ist in der Fig. 3 dadurch dargestellt, dass die Systemgrenze
(gestrichelte Linie) der Hydraulikeinheit 10 mit der Wand des Hydraulikzylinders 19 übereinstimmt.
Die Hydraulikeinheit 10 umfasst einen Hebezweig 20 und ein Senkzweig 21 sowie gegebenenfalls weitere Zweige mit anderen Funktionen, beispielsweise einen Federungszweig 33, einen Verbindungszweig 34 und einen
Druckbegrenzungszweig 35.
Der Hebezweig 20 umfasst die Leitung vom ersten Anschluss 12, der mit dem Pumpantrieb 13a verbunden bzw. verbindbar ist, bis zum ersten Knotenpunkt Kl, an dem der Senkzweig 21 mit dem Hebezweig 20 fluidverbunden ist bzw. vom Hebezweig 20 abzweigt. Wie in der Fig. 3 zu erkennen, ist im Hebezweig 20 nur das Rückschlagventil 22 angeordnet, das verhindert, dass Hydraulikflüssigkeit aus der Hydraulikeinheit 10 austritt, wenn die Leitung bzw. Schlauchverbindung zwischen der Hydraulikeinheit 10 und der von dieser beabstandet angeordneten Fluidquelle 31 bricht oder undicht ist.
Der Verbindungszweig 34 ist dem Hebezweig 20 in Strömungsrichtung
nachgeordnet.
Der Verbindungszweig 34 umfasst diejenigen Leitungen bzw. Kanäle der
Hydraulikeinheit 10, die funktional sowohl zum Hebezweig 20 als auch zum Senkzweig 21 gehören. Der Verbindungszweig 34 zeichnet sich also dadurch aus, dass die Hydraulikflüssigkeit die Leitungen bzw. Kanäle des Verbindungszweiges 34 in beiden Richtungen durchströmt und zwar in Richtung zum Hydraulikzylinder 19a während des Hebevorganges und in einer Richtung vom Hydraulikzylinder 19a weg während des Senkvorganges.
Der Verbindungszweig 34 verbindet sowohl den Hebezweig 20 als auch den Senkzweig 21 mit dem Hydraulikzylinder 19a.
Der Verbindungszweig 34 erstreckt sich ausgehend vom ersten Knotenpunkt Kl bis einschließlich zu den vierten Anschlüssen 18, die den Hydraulikzylinder 19a mit der Hydraulikeinheit 10 fluidverbinden.
Der Federungszweig 33 ist mit dem Hydraulikzylinder 19a fluidverbunden und umfasst eine erste Drossel 25, die dem zweiten Knotenpunkt K2 nachgeordnet ist. Außerdem weist der Federungszweig 33 einen Druckspeicher 17a, bspw. in der Form eines Membrandruckspeichers auf.
Der Senkzweig 21 umfasst diejenigen Leitungen bzw. Kanäle, die ausschließlich beim Senkvorgang von Hydrauliköl durchströmt werden, das aus dem
Hydraulikzylinder 19a abgeführt wird. Die Leitungen des Senkzweigs 21 werden in einer einzigen Strömungsrichtung durchströmt und zwar in einer Richtung zum Tank 15 hin. Der Senkzweig 21 hat die Funktion, die im Hydraulikzylinder 19a befindliche Hydraulikflüssigkeit beim Absenken, d.h. wenn der Hydraulikzylinder 19a nach unten geregelt wird, abzuführen bzw. teilweise abzuführen. Zur
Änderung der Senkgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 19a sind im Senkzweig 21 Schaltorgane oder Regelorgane vorgesehen. Da beim Senkvorgang dem
System keine elektrische Energie zugeführt wird, sind die auftretenden
Drosselverluste weniger relevant.
Konkret umfasst der Senkzweig 21 eine Leitung ausgehend vom ersten
Knotenpunkt Kl bis einschließlich zum zweiten Anschluss 14, der mit dem Tank 15 verbunden ist bzw. verbindbar ist. Der Senkzweig 21 weist ein Schaltventil 26 auf. Bei dem Schaltventil 26 handelt es sich um ein Proportional-Sitzventil, das den Volumenstrom vom Hydraulikzylinder 19a zum Tank 15 regelt. Andere Ventile sind möglich.
Dem Schaltventil 26 ist eine zweite Drossel 27 in Strömungsrichtung vorgeordnet. Der Druckbegrenzungszweig 35 umfasst eine Bypassleitung 32, die den
Verbindungszweig 34 und den Senkzweig 21 unter Umgehung des Schaltventils 26 verbindet. Konkret verbindet der Druckbegrenzungszweig 35 den
Verbindungszweig 34 zwischen den beiden Knotenpunkten Kl, K2 mit einer Stelle des Senkzweiges 21, die dem Schaltventil 26 nachgeordnet ist. Der
Druckbegrenzungszweig 35 weist ein Druckbegrenzungsventil 28 auf, das bei übermäßigen Drücken im Verbindungszweig 34 öffnet, um den Hydraulikzylinder 19a vor Beschädigung zu schützen. Übermäßige Drücke können beispielsweise durch Stöße auftreten, die beim Überfahren von Unebenheiten auf den
Hydraulikzylinder 19a von außen wirken.
Die Regelungskreise 29, 30 werden durch eine einzige Fluidquelle 31 mit
Hydraulikflüssigkeit versorgt. Das dargestellte Prinzip kann für einen einzigen Regelungskreis oder mehrere Regelungskreise, beispielsweise für sechs oder mehr Regelungskreise verwendet werden, wobei eine entsprechende Anzahl von Pumpen bzw. eine entsprechende Anzahl von geteilten Volumenströmen vorgesehen wird. Im gezeigten Beispiel sind zwei Pumpen vorgesehen, die den beiden Regelungskreisen 29, 30 entsprechend zugeordnet sind. Beide Pumpen werden gemeinsam von dem Elektromotor 23 angetrieben. Für den dritten und vierten Regelungskreis können weitere Pumpen mit einem weiteren Elektromotor 23 vorgesehen sein.
Das in der Fig. 3 gezeigte Hydrauliksystem soll nur als ein Beispiel zum Einstellen von Höhenpositionen Ha, Hb für die Räder 51a bzw. 51b dienen. Es funktioniert wie folgt:
Zum Anheben der Fahrzeugachse oder zum Verändern der Höhenpositionen Ha,
Hb für die Räder 51a oder 51b wird der Elektromotor 23 angeschaltet.
Hydraulikflüssigkeit wird in die Hydraulikeinheiten 10, 11 gefördert und zwar jeweils durch den ersten Anschluss 12 in den jeweiligen Hebezweig 20 und Verbindungszweig 34 der beiden Hydraulikeinheiten 10, 11. Durch die vierten Anschlüsse 18 wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem jeweiligen Hebezweig 20 über den Verbindungszweig 34 in die Hydraulikzylinder 19a des Rads 51a und/oder in den Hydraulikzylinder 19b des Rads 51b gefördert. Die Kolben 24 werden zum Anheben des Fahrzeugs ausgefahren. Somit verändern sich die Höhenpositionen Ha, Hb für die Räder 51a bzw. 51b. Zum Absenken der Fahrzeugachse werden die beiden Schaltventile 26 bestromt und entsprechend der gewünschten Schaltstellung geöffnet. In Abhängigkeit von der Schaltstellung der beiden Schaltventile 26 wird ein entsprechender
Volumenstrom über den Verbindungszweig 34 durch den Senkzweig 21 über den zweiten Anschluss 14 in den Tank 15 zurückgeführt. Die Kolben 24 werden eingefahren und die Fahrzeugachse abgesenkt.
Wenn nur das rechte Rad 51a angehoben bzw. eingefahren werden soll
(Höhenposition Ha wird kleiner), wird der Elektromotor 23 angeschaltet und das Schaltventil 26 der Federeinrichtung 41b bestromt. Wenn nur das linke Rad 51b angehoben werden soll, wird der Elektromotor 23 angeschaltet und umgekehrt das rechte Schaltventil 26 der Federeinrichtung 41a bestromt. Allgemein wird zum Anheben nur eines ersten Rades bzw. nur einer ersten Seite die jeweilige
Hubfunktion des anderen, zweiten Rades bzw. der anderen, zweiten Seite durch Öffnen des Senkzweiges 21 der Hydraulikeinheit 10, 11 des zweiten Rades bzw. der zweiten Seite wirkungslos gemacht.
Wenn nur das linke Rad 51a abgesenkt werden soll, wird nur das linke
Schaltventil 26 bestromt bzw. umgekehrt bei Absenken nur des rechten Rades 51a das rechte Schaltventil 26. Die Fig. 3 zeigt nur eine Variante wie die
Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d angesteuert werden können, um die jeweils zugehörige Höhenposition Ha, Hb, Hc, Hd der Räder 51a, 51b, 51c, 5 ld zu verändern.
Die Fig. 5 zeigt schematisch eine Implementierung des erfindungsgemäßen Steuer- bzw. Regelverfahrens. Hier werden beispielsweise in einem ersten Schritt aus dem Speicher 62 die Soll-Höhenpositionen Sa, Sb, Sc, Sd der jeweiligen Räder 51a, 51b, 51c bzw. 5 ld ausgelesen (Schritt„Lese Sa, Sb, Sc, Sd ein").
Basierend auf den Signalen der Druckgeber 45 der jeweiligen Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d werden Korrekturwerte kl bzw. k2 für jeweils eine der Diagonalen Dl bzw. D2 (vgl. Fig. 1) bestimmt (Schritt„Bestimme kl, k2").
Im nächsten Schritt erfolgt eine Messung bzw. Bestimmung der tatsächlichen Höhenpositionen Ha, Hb, Hc, Hd des jeweiligen Rads 51a, 51b, 51c, 5 ld (Schritt „Messe Ha, Hb, Hc, Hd"). Die Messung erfolgt basierend auf den Weggebern 44 der jeweiligen Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d. Die beiden vorhergehenden Schritte können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden.
In einem oder mehreren nachfolgenden Schritten wird für jede Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d gesondert bestimmt, ob die gemessene Höhenposition Ha, Hb, Hc, Hd mit einer um die Korrekturwert kl, k2 korrigierten Soll-Position (Sa+kl, Sc+kl bzw. Sb+k2, Sd+k2) übereinstimmt (z. B. Schritt„Ist Sa + kl = Ha?").
Soweit es hier Abweichungen gibt, erfolgt ein Einstellen der jeweils abweichenden Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d (z. B. Schritt„Einstellen 41a"). Der
Steuercomputer 60 gibt hierfür entsprechende Steuer- bzw. Regelsignale aus, die anhand des in Fig. 3 beschriebenen Hydrauliksystems umgesetzt werden können. Dies führt zu einer Anpassung der Höhenposition auf die erforderliche korrigierte Sollposition. Soweit für die jeweilige Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d keine Anpassung erforderlich ist (z. B. Sa + kl entspricht Ha) kann der Schritt des
Einstellens der jeweiligen Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d übersprungen bzw. ausgelassen werden. Es ist offensichtlich, dass bei Anpassung der Höhenposition der jeweilige Federeinrichtung 41a, 41b, 41c, 41d jeweils zwei Korrekturwerte einfließen. Der erste Korrekturwert berücksichtigt, dass die Differenz zwischen Ist- und Soll-Höhenposition, der zweite Korrekturwert kl, k2 basiert auf den Messungen der Radbelastungskräfte und/oder Berechnungen der optimalen Radlastverteilung. Erfindungsgemäß ist es irrelevant, ob die einzelnen Werte gesondert berechnet werden oder in einem übergreifenden Korrekturwert zusammengefasst sind.
Nach dem Vergleichen/Prüfen und ggf. Einstellen der Höhenpositionen Ha, Hb,
Hc, Hd aller Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d erfolgt ein erneutes
Bestimmen der Korrekturwerte kl, k2 (Schritt„Bestimme kl, k2"). Somit ergibt sich eine Regelschleife in der eine fortwährende Anpassung zur optimalen
Lageregelung erfolgt.
Die Schritte des Prüfens der Höhenposition Ha, Hb, Hc, Hd der
Federeinrichtungen 41a, 41b, 41c, 41d und deren Einstellung können parallelisiert oder erfindungsgemäß in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das Einstellen der jeweiligen Höhenposition Ha, Hb; Hc, Hd wie in der Fig. 5 gezeigt in einem parallelen Prozess begonnen, wobei unmittelbar nach dem initiieren dieses Prozesses mit dem nächsten Schritt aus Fig. 5 fortgefahren wird. In dem Ablauf wie er in Fig. 5 gezeigt wird, wird also nicht auf eine Rückmeldung gewartet, dass die Einstellung der jeweiligen
Höhenposition Ha, Hb; Hc, Hd erfolgreich war.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Korrekturwerte kl, k2 in jedem
Regelzyklus berechnet, wobei diese vorzugsweis proportional zu den berechneten Drücken der beiden Diagonalen Dl, D2 gewählt werden.
So können die auf die Räder 51a, 51b, 51c, 51d wirkenden Radaufstandskräfte für die erste Diagonale Dl und die zweite Diagonale D2 relativ einfach über den Druck bestimmt werden:
Druck für erste Diagonale Dl :
PHB + PVL
PD1
2
, wobei PHR den gemessenen Druck der Federeinrichtung 41c des hinteren, rechten Rads 51c und PVL den gemessenen Druck der Federeinrichtung 41a des vorderen, linken Rads 51a angibt.
Entsprechendes gilt für den Druck für die zweite Diagonale D2:
Figure imgf000021_0001
, wobei PVR den gemessenen Druck der Federeinrichtung 41b des vorderen, rechten Rads 51b und PH L den gemessenen Druck der Federeinrichtung 41d des hinteren, linken Rads 5 ld angibt.
Die Bestimmung der Korrekturwerte kl, k2 kann dann so erfolgen, dass bei PD1 < PD2:
Figure imgf000021_0002
maxK
ist, wobei maxK einen maximalen Korrekturwert angibt, der im gegebenen System möglich ist. Demgemäß kann bei PD1 >PD2:
maxK;
Figure imgf000022_0001
sein.
In einem Ausführungsbeispiel wird basierend auf den Radbelastungskräften, z. B. Federlasten oder Radaufstandskräften, eine ideale Radlastverteilung berechnet. Diese ideale Radlastverteilung wird mit der aktuellen Radlastverteilung
verglichen. Eine Einstellung der Korrekturwerte kl, k2 kann basierend auf den Ergebnissen dieses Vergleichs erfolgen.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine schrittweise Annäherung an optimale Korrekturwerte kl, k2 (z. B. mit konstanter Schrittlänge). So kann ohne eine Berechnung der tatsächlich wirkenden Kräfte - proportional zum Druck -eine schrittweise Verringerung des Korrekturwerts kl erfolgen, wenn PD1 > PD2 (vorzugsweise wird k2 dann auf Null gesetzt).
Dementsprechend kann in diesem Ausführungsbeispiel der Korrekturwert k2 schrittweise verringert werden, wenn PD2 > PD1 ist (vorzugsweise wird kl dann auf Null gesetzt).
Die Schrittweite kann ein beliebiger numerische Wert sein, die an das zu regelnde System angepasst ist. Beispielsweise kann bei PD1 > PD2 im ersten Regelschritt kl = -l gesetzt werden. Soweit die erste Diagonale Dl auch im nachfolgenden Regelschritt noch stärker als die zweite Diagonale D2 belastete ist wird kl = -2 gesetzt. Es erfolgt also bei konstantem Korrekturwert k2=0 eine schrittweise Erhöhung bzw. Verringerung des Korrekturwerts kl.
Dementsprechend kann bei PD1 < PD2 im ersten Regelschritt k2=-l gesetzt werden. Soweit die zweite Diagonale D2 auch im nachfolgenden Regelschritt noch stärker als die erste Diagonale Dl belastete ist, wird k2=-2 gesetzt. Es erfolgt also bei konstantem Korrekturwert kl = 0 eine schrittweise Erhöhung bzw.
Verringerung von k2.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt nur dann eine Erhöhung bzw. Verringerung der Korrekturwerte kl oder k2, wenn die Druckunterschiede und somit die Kraftunterschiede signifikant sind. Erfindungsgemäß kann ein Druck oder Kraftunterschied von mehr als 3% oder mehr als 5% oder mehr als 10% als signifikant angesehen werden. Im vorhergehenden Beispiel könnte also eine Verringerung des Werts kl nur dann erfolgen, wenn die Bedingung
PD1 > PD2 *1,1 eintritt (Unterschied mindestens 10 Prozent). Entsprechendes kann für den Korrekturwert k2 gelten.
Bei einigen oder allen der beschriebenen Ausführungsbeispielen kann zur
Bestimmung der Höhenpositionen Ha, Hb, Hc, Hd und/oder der
Radbelastungskräfte, insbesondere der Federlast(en), ein Tiefpassfilter verwendet werden, so dass zur Bestimmung der aktuellen Werte stets eine reihe von vergangenen Werten berücksichtigt werden. Die Implementierung eines entsprechenden Tiefpassfilters ist exemplarisch in der DE19748224 B4
beschrieben.
Für den hier tätigen Fachmann sind zahlreiche Variationen der Erfindung denkbar, die hiermit als erfindungsgemäß beansprucht werden.
Bezugszeichenliste
10, 11 Hydraulikeinheit
12 erster Anschluss
13a, 13b Pumpen
14 zweiter Anschluss
15 Tank
16 dritter Anschluss
17a, 17b Druckspeicher
18 vierter Anschluss
19a, 19b Hydraulikzylinder
20 Hebezweig
21 Senkzweig
22 Ventil
23 Elektromotor
24 Kolben
25 zweite Drossel
26 Schaltventil 27 erste Drossel
28 Druckbegrenzungsventil
29, 30 Regelungskreis
31 Fluidquelle
32 Bypassleitung
33 Federungszweig
34 Verbindungszweig
35 Druckbegrenzungszweig 40 Lageregelungssystem
41a, 41b, 41c, 41d Federeinrichtung
44 Weggeber
45 Druckgeber
50 Arbeitsmaschine
51a, 51b, 51c, 51d Rad
60 Steuercomputer
62 Speicher
64 Recheneinheit
Dl, D2 Diagonale
E Bodenebene
Ha, Hb, Hc, Hd Höhenposition eines Rads Sa, Sb, Sc, Sd Soll-Höhenposition kl, k2 Korrekturwert
Kl, K2 Knotenpunkt

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Lageregelung eines Fahrzeugs (50), insbesondere eines Nutzfahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, z. B. einer (selbstfahrenden) Feldspritze, mit Rädern (51a, 51b, 51c, 51d), wobei zumindest einige der Räder (51a, 51b, 51c, 5 ld) jeweils über eine Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) federnd mit einem Fahrgestell verbunden sind, umfassend die Schritte:
a) Bestimmen einer Ist-Höhenposition mindestens eines Rads (51a, 51b, 51c, 5 ld) relativ zum Fahrgestell, insbesondere unter Verwendung mindestens eines Wegsensors (44);
b) Berechnung mindestens eines ersten Korrekturwerts für die dem mindestens einen Rad (51a, 51b, 51c, 5 ld) zugeordnete Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) unter Verwendung einer Soll- Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd);
c) Messung und/oder Berechnung zumindest einer Radbelastungskraft, z. B. Federlast und/oder Radaufstandskraft, zumindest für ein Rad (51a, 51b, 51c, 51d), insbesondere unter Verwendung mindestens eines (Kraft-)Sensors (45);
d) Berechnung mindestens eines zweiten Korrekturwerts (kl, k2) unter Berücksichtigung der Radbelastungskraft;
e) Einstellen der Höhenposition (Ha, Hb, Hc, Hd) des mindestens einen Rads (51a, 51b, 51c, 5 ld) basierend auf dem mindestens einen ersten Korrekturwert und dem mindestens einen zweiten Korrekturwert (kl, k2) und ggf. basierend auf der Soll- Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd).
2. Verfahren nach Anspruch 1
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h :
- ein Berechnen einer Ideallastverteilung basierend auf einer Vielzahl von Radbelastungskräften;
- ein Berechnen einer Reallastverteilung;
wobei die Berechnung des mindestens einen zweiten Korrekturwerts (kl, k2) basierend auf einem Vergleich der Ideallastverteilung mit der
Reallastverteilung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dad u rch geken nzeich net, dass
mindestens eine der Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) eine pneumatische und/oder hydraulische und/oder hydropneumatische
Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) ist und
in Schritt c) die Radbelastungskraft, insbesondere die Federlast, basierend auf einem gemessenen Druck berechnet wird und/oder
in Schritt e) das Einstellen der Höhenposition (Ha, Hb, Hc, Hd) über ein Einstellen eines Drucks und/oder eines Volumens, insbesondere durch Zu- und/oder Abführen von Fluid, in der dem mindestens einen Rad (51a, 51b, 51c, 5 ld) zugeordneten Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Fahrzeug (50) mindestens vier Räder (51a, 51b, 51c, 5 ld) umfasst und die Berechnung der Radbelastungskraft, insbesondere der Federlast(en), und/oder des mindestens einen zweiten Korrekturwerts für mindestens ein Paar von Rädern (51a, 51b, 51c, 5 ld) erfolgt, die auf einer ersten
Diagonale (Dl) liegen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4,
geken nzeich net d u rch :
die Berechnung mindestens einer ersten Radbelastungskraft, insbesondere einer ersten Federlast, für das erste Paar von Rädern (51a, 51b, 51c, 5 ld) auf der ersten Diagonale (Dl) und
die Berechnung mindestens einer zweiten Radbelastungskraft,
insbesondere einer zweiten Federlast, und/oder mindestens eines zweiten Korrekturwerts (kl, k2) für ein zweites Paar von Rädern (51a, 51b, 51c,
5 ld) auf einer die ersten Diagonale (Dl) kreuzenden zweiten Diagonale (D2).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4,
geken nzeich net d u rch : ein Bestimmen eines Paares von Rädern (51a, 51b, 51c, 5 ld) mit einer höheren Radbelastungskraft durch ein Vergleichen der berechneten Radbelastungskräfte miteinander und/oder mit einem Grenzwert erfolgt, wobei im Schritt e) mindestens eines der Räder (51a, 51b, 51c, 5 ld) auf der Diagonalen (Dl, D2) mit der höheren Radbelastungskraft eingefahren wird, und/oder
ein Bestimmen eines Rads mit einer höheren Radbelastungskraft, wobei das Rad (51a, 51b, 51c, 5 ld) mit der höheren
Radbelastungskraft eingefahren wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
mindestens zwei Räder (51a, 51b, 51c, 5 ld) in einer Gruppe
zusammengefasst sind, wobei genau ein zweiter Korrekturwert (kl, k2) für die Gruppe berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
der Schritt c) eine Vielzahl von Messungen zur Bestimmung der mindestens einen Radbelastungskraft, vorzugsweise über einen Zeitraum von mindestens 1 Sekunde, insbesondere von mindestens 2 Sekunden, umfasst, wobei vorzugsweise eine Mittelung der Messwerte erfolgt, vorzugsweise über einen Tiefpass-Filter.
9. Computerlesbarer Speicher mit Instruktionen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn die
Instruktionen auf mindestens einer Recheneinheit (64) ausgeführt werden.
10. System zur Lageregelung eines Fahrzeugs (50) mit mindestens einer
Recheneinheit (64) und mindestens einem Speicher (62), vorzugsweise nach Anspruch 9.
11. System zur Lageregelung eines Fahrzeugs (50) mit einer Vielzahl von
Rädern (51a, 51b, 51c, 51d), insbesondere ein System nach Anspruch 10, umfassend: - eine Vielzahl von höhenverstellbaren Federeinrichtungen (41a, 41b,
41c, 41d), die jeweils mindestens einem der Räder (51a, 51b, 51c, 5 ld) zugeordnet sind;
- Wegsensoren (44) zur Bestimmung einer Höhenposition (Ha, Hb, Hc,
Hd) mindestens einer Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) und zur Ausgabe mindestens eines Höhenpositionssignals;
- (Kraft-)Sensoren zur Bestimmung einer Kraft, die auf mindestens eine Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) wirkt, und zur Ausgabe mindestens eines Kraftsignals;
dad u rch geken nzeich net, dass
das System dazu ausgebildet ist, mindestens eine der Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) basierend auf dem Kraftsignal und dem
Höhenpositionssignal einzustellen.
12. System nach Anspruch 11,
dad u rch geken nzeich net, dass
das System eine Positionsregelung durchführt, bei der mindestens eine der Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) auf eine Soll-Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd) unter Verwendung des Höhenpositionssignals eingeregelt wird.
13. System nach Anspruch 12,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Positionsregelung für mindestens zwei der Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) gesondert erfolgt.
14. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, insbesondere nach Anspruch 12 oder 13,
dad u rch geken nzeich net, dass
für mindestens zwei Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) basierend auf mindestens einem Kraftsignal, vorzugsweise einer Vielzahl von
Kraftsignalen, mindestens ein Korrekturwert (kl, k2) berechnet wird, mittels dessen die Soll-Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd) der mindestens zwei Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) angepasst wird.
15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
geken nzeich net durch:
mindestens einen Speicher (62), in dem vorzugsweise pro Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) mindestens eine Soll-Höhenposition (Sa, Sb, Sc, Sd) gespeichert ist.
16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dad u rch geken nzeich net, dass
zumindest einige der Federeinrichtungen (41a, 41b, 41c, 41d) einen Hydraulikzylinder (19a, 19b) umfassen, wobei zur Einstellung einer
Höhenposition (Ha, Hb, Hc, Hd) der jeweiligen Federeinrichtung (41a, 41b, 41c, 41d) ein Fluid, insbesondere ein Öl, mittels mindestens einer Pumpe (23) gefördert und/oder mittels mindestens eines Ventils (26) abgelassen wird.
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