CN101808838B - 用于自动调整载货车的水平度的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在倾斜地基上对载货车进行改进地自动水平调节的一种设备(8)和一种方法。本发明尤其涉及横向加速度传感器(15)与高度可调整底盘(4)相关地采集在静止状态中的或者具有减小的速度的载货车的倾斜度的应用。

Description

用于自动调整载货车的水平度的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于自动调整载货车的水平度的一种设备和一种方法，该载货车具有车身，该车身尤其带有能围绕纵轴或者横轴枢转的体部，该设备带有用于水平调节的装置，该装置具有长度可调整的弹簧元件和控制单元。
背景技术
处于倾斜面或者在倾斜面上移动的载货车(以下为了便于阅读也称之为“车辆”)，尤其在体部重心很高的情况下蒙受增加的倾翻危险。尤其对如下这些车辆来说倾翻危险增加，即，在这些车辆的车身上装配有可枢转的体部，例如自卸槽车或者起重机。如果在车辆处于倾斜地基上并且车辆车身由此侧向倾斜期间实施体部的枢转，并且可枢转的体部朝向车辆倾斜方向移动，那么这也导致体部重心朝向同一方向移动。
如果体部很大程度地枢转，以致于集中在体部重心的重力的向量不再穿过车辆的支承面，那么由此而产生的力矩造成车辆倾翻。
为了阻止这种倾翻的危险而使用用于水平调节的设备。借助于该设备的帮助可以使车轮到车辆车身之间的距离发生变化，这种变化要么是针对每个车轮以单个的方式、针对车轮对、要么是针对车轴对地发生。这主要借助于通过操作单元手动操作的电子控制单元基于对倾斜的视觉估计由车辆驾驶员来实现。针对具有空气悬架装置的底盘的这种类型的设备由申请人的缩写ECAS(电子控制空气悬架***)公知并且商业上可以购买得到。此外存在带有机械阀的实施方式，也就是所谓的旋转滑阀。
此外公知自动的平衡设备，该平衡设备借助于行程传感器采集车辆侧上的弹簧元件的长度变化，并且依照程序化的算法来开始进行平衡运动。这种方法由DE 100 22 834 A1公知。
前面公知的方法共同的缺点在于：不是以直接的方式来采集实际的倾斜度。载货车的侧，该载货车朝向该侧倾斜，例如可能沉入软地面中，这种软地面经常出现在野外、在未经加固的道路上或者在工地上。这既不能由前面公知的设备又不能由车辆驾驶员可靠地察觉。
发明内容
由此得知本发明的任务在于指出一种方法和一种设备，该方法和该设备改善了在调节由地基而引起的或者由载荷分布而引起的车辆倾斜时的可靠性。
本发明由开头所称类型的设备通过如下方式解决该任务，即，该设备具有传感装置，该传感装置用于采集车身与水平面之间的角度，并且传感装置可以与控制单元连接，以便依赖于所采集到的角度来触发水平调节。
本发明基于如下的认识，即，应当通过传感器以可靠的方式采集车辆车身相对于水平面所出现的倾斜，这些传感器采集关于倾斜角的直接信息。如果在枢转过程期间或者由于易变的地面状况，倾斜角发生变化，那么因此保证所采集到的倾斜度相应于车辆车身的实际倾斜度。因此，根据本发明的传感器能够以不依赖于车辆位置和车辆驾驶员的注意力的方式采集当前的倾斜角，并且开始进行恰当的水平调节。
改进本发明的方法是，将传感装置构造为横向加速度传感器。根据本发明的横向加速度传感器在静止状态中或者在载货车直线且缓慢地行驶时采集车辆车身相对于水平面的倾斜度。
在优选实施方式中，将传感装置构造用于输出信号，将该信号分配给由传感装置采集到的在车辆车身与水平面之间的角度，并且该传感装置通过数据传输装置与控制单元连接。因此也可以生成报警信号。数据传输装置通常通过电缆线路来实现，当然如果需要的话也可以使用无线的传输方法。
在另一优选实施方式中，将控制单元构造用于：依赖于接收到的传感装置的信号来引起或者促使弹簧元件的长度调整。依赖于弹簧元件的类型，控制单元将待平衡的角度转换成弹簧行程的长度调整。这在螺旋弹簧中可以通过借助调节杆上的螺纹对挡圈进行调整来实现，或者在气动的弹性伸缩囊中可以通过增加在伸缩囊内部的空气量来实现。
在本发明的具有优点的实施方式中，弹簧元件通过空气弹簧伸缩囊来构造。除了这种弹簧***的良好的悬架舒适性(Federungskomfort)之外，空气弹簧伸缩囊非常适合于：通过增加空气量或者排出空气量来快速地且在适当大小的调整范围x0＜x≤xmax上调整弹簧行程的长度并且因此调整车辆水平高度。
在本发明的另一实施方式中，弹簧元件具有在最小长度与最大长度xmax之间的无级的调整范围。以这种方式，弹簧元件适合于借助处于最小长度x0与最大长度xmax之间的调整长度来平衡倾斜角α，该倾斜角α不超过极限角αGrenz。
在另一根据本发明的实施方式中，传感装置此外在车辆行驶期间与电子制动***(EBS)和/或稳定***(RSS)协作。为了减小例如由于动态的底盘负载而出现的倾翻风险，在前面公知的***中例如使用横向加速度传感器来检测危险的行驶状况。特别具有优点的是利用与RSS(Roll Stability Support)***或者EBS(Electronic Braking System)***相连地安装的横向加速度传感器，这是因为能够节约额外的构件和成本。
在本发明的具有优点的实施方式中，将控制单元构造为：如果存在如下状态就输出报警信号，即，在该状态中，尽管弹簧元件的长度调整已用尽但是传感装置仍然传送被分配给车身与水平面之间的角度α的信号，该角度α超过了极限值αGrenz。这种报警信号一方面可以是光学信号、声学信号或者多种信号类型的组合。另一可行的安全性方面是枢转过程的紧急停止，以此可以阻止倾覆。
根据另一实施方式，将用于水平调节的装置构造为电子控制空气悬架***两点调节装置(ECAS-2-Punktregelung)。这样带来了如下优点，即，已经安装的***的部件可以被用于以简单的方法来执行根据本发明的功能，而不必安装额外的构件。
在本发明的另一方面中，可枢转的体部尤其是侧倾自卸槽车或者后倾自卸槽车或者起重机或者武器的一部分。
本发明此外通过开头所称类型的方法来解决任务，特征是如下步骤：通过传感装置来采集车身与水平面之间的角度，和通过控制单元依赖于所采集到的角度来触发水平调节。
在根据本发明方法的另一方面中，传感装置在采集车身与水平面之间的角度之后输出被分配给采集到的角度的信号，并且借助于数据传输装置将信号转交到控制单元。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，控制单元由所接收到的传感装置的信号来引起弹簧元件的长度调整。
根据本方法的另一实施方式，如果尽管弹簧元件的全部调整行程(x＝xmax)已用尽但是传感装置仍然传送被分配给车身与水平面之间的角度α的信号，该角度α超过了极限值αGrenz，那么控制单元输出报警信号。
在本发明的方法的具有优点的改进方案中，控制单元在开始枢转过程之前，尤其是在开始侧倾倾卸过程或者后倾倾卸过程之前，引起弹簧元件最大程度地缩短，以便降低车身的体部重心。如果将弹簧元件的最短长度x0调到所有的弹簧元件上，那么体部重心到车辆车轴的距离在竖直方向上表现出最小值，并且若不执行枢转过程并且不执行水平调节会导致车辆倾翻的角度增加到最大。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，在车辆的低于极限速度vGrenz的行驶期间实现水平调节。因为为了改善倾覆稳定性，车辆在枢转过程之前就降低到弹簧元件的最小调整长度，所以在这种状态下仅能够视情况而定地实现行驶运行。出于这种原因，在本发明的实施方式中首先设置：界定速度，车辆在下降后的状态下能够以该速度行驶。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，在载货车以低于极限速度行驶期间实现水平调节。对于一些应用目的，尤其是对于军用汽车和农业机械来说可能必需在行驶期间执行水平调节。在这种情况下，车辆能够以该速度移动的最大允许的速度同样低于极限速度，当然该极限速度不必如带着下降后的车辆车身而行驶期间的极限速度那样具有相同的值。此外很显然的是，对于水平调节的运行来说，车辆车身不被降低。更合适的是，控制单元在这种情况下得到如下任务，即，将与侧向倾斜对立的那一侧降低，并且如果可能的话将车辆车身的处于倾斜侧的那一侧抬起。
在根据本发明的方法的改进方案中，只要极限速度被超过，那么控制单元将弹簧元件调整到适合于载货车行驶运行的标准长度。该措施应用在车辆车身先前被降低到最小高度的情况下。
根据本发明的设备和根据本发明的方法以具有优点的方式出现在具有车身和用于自动调整水平度的设备的载货车中，该车身尤其具有能围绕纵轴和横轴枢转的体部，其中，该设备尤其根据权利要求1至10之一所述地构造。
在本发明的另一方面中，将载货车构造为侧倾倾卸货车或者后倾倾卸货车或者挂车、农业机械或者军用汽车。车辆的体部重心由于围绕竖直轴的枢转运动明显倾向于导致离开倾覆稳定的状态，这是因为该车辆的支承面在侧面的方向上不是如在车辆的纵轴方向上那么大程度地延伸。在注意这些状况的情况下，根据本发明的设备和根据本发明的方法在起重机或者具有侧倾自卸槽车的卡车中的使用基本上可能与在具有后倾自卸槽车的卡车中的使用完全一样。对于军用汽车和农业机械(尤其是拖拉机)来说，情况类似。正是拖拉机由于增加的离地间隙和很高的弹簧行程而提供针对水平调节的很大工作范围。
附图说明
下面借助示例性的实施方式结合附图对本发明进行详尽说明。在此：
图1至图4示出根据本发明而配备的载货车的后方视图，
图5示出根据本发明的设备的实施方式的示意图，以及
图6示出根据本发明的方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
在图1中简化地示出带有根据本发明的设备8的载货车1。所示车辆具有车辆车身2，在该车辆车身2上安装有可枢转的体部3。车辆车身2与底盘4连接，该底盘4在该图示中包括车轴5、弹簧元件6和车轮7。图1中车辆的位置相应于以倾斜角α在倾斜地基上行驶或者停放，弹簧元件6具有适于行驶运行的长度。鉴于根据本发明的方法，假定该位置为用于开始进行该方法的出发点。
在图2中示出如在图1中那样的相同的车辆。在该图示中，弹簧元件6降低至最小长度x0。那么车辆1的体部重心以这种方式尽可能靠近地转移到车辆1的车轴5的方向上，并且尽最大可能地靠近支承面的中心。支承面在车辆1的车轴5之间延伸，并且包括车轮7与地基的接触面。只要集中于车辆的体部重心的重力向量穿过支承面，那么车辆的位置就是倾覆稳定的。显然，体部重心由于枢转过程在某个时间点不再穿过支承面，这可能造成车辆倾覆。
为了降低倾覆危险，借助于根据本发明的方法使用根据本发明的设备8，以使将车辆车身2处于水平姿态。这种平衡通过有针对性地调整弹簧元件6来实现。在图3中示出来自图1和图2的具有平稳的车辆车身的车辆。在承载负荷的侧上的弹簧元件伸长直到出现平衡或者达到最大的调整长度xmax为止。
在图4中示出来自图1至3的车辆1处于如下位置上，即，在该位置中已经开始进行枢转过程，例如后倾自卸槽车车身3的枢转过程。因为车辆1的车身2处于水平姿态，所以体部重心虽然朝向后面的车轴5的方向运动，但是它不会朝向侧面的方向运动。如果重力向量仅朝向车辆1的纵轴方向运动，那么重力向量非常滞后地离开车辆1的支承面。结合图4可以形象地说明：在如下的情况中，即，弹簧元件6的调整范围已经用尽但是仍然未进入完全的平衡，体部重心在枢转过程期间朝向侧面的方向运动，由此出现倾覆危险。假如在弹簧元件6达到最大的调整长度xmax之后所保持的倾斜度超过倾斜角αGrenz，那么存在车辆1倾覆的危险。于是设置有适合于在这种情况下阻止触发枢转过程的措施。
在图5中示意性地示出根据本发明的设备8的实施方式。在此示出控制单元9，该控制单元9通过数据传输线路13与电磁阀10、行程传感器14和横向加速度传感器15连接。也可以容易地以无线的方式实现数据传输，如果安装状况或者其他条件要求这样做的话。在所示出的作为电子控制空气悬架***(ECAS-System)的实施方式中，控制单元9、电磁阀10、弹簧元件6(在所选择的图示中被构造为空气弹簧伸缩囊)和行程传感器14互相协作。横向加速度传感器15对该配置进行了补充，以便设备8能够实现根据本发明的功能。控制单元9处理从传感器14、15到达的信号。在本发明的意义上，将从横向加速度传感器15传输来的信号表示为角度参数，并且借助于控制单元9转换成弹簧元件6的待调整的长度x。从压力容器12至弹簧元件6的空气传输通过电磁阀10来控制，该电磁阀10从其那方面由控制单元9来控制。借助于压力管路11来传输压缩空气。在图5中通过如下方式来布置电磁阀10，即，进行对前轴和后轴的水平调整，当然与弹簧元件6的布置和连接也可以通过如下方式来实现，即，分别控制车辆1的左侧或者右侧或者各个车轮7。
显然，对横向加速度传感器的信号的采集和评估不必强制性地由控制单元9来进行。取而代之地，也可以由单独的电子装置(例如电子制动***)来承担信号采集和信号处理，并将相应的信号传输至控制单元9。
图6示出用于阐述根据本发明的方法的流程图。以简化的形式示出控制单元9的程序设计。在开始进行启动步骤16之后，在步骤17中通过控制单元9指令弹簧元件6到达最小长度x0。如果达到这种状态，那么控制单元9在接下来的步骤18中检查车辆1的速度v是否超过了临界速度vGrenz。如果不是这种情况的话，那么在接下来的步骤19中，由控制单元9启动通过传感装置15对倾斜角α的采集。当然，如果速度v超过了程序化的极限值vGrenz，那么在步骤25中促使弹簧元件6到达行驶水平，并且程序在步骤26中结束。
如果在步骤19中启动对角度α的采集，那么在步骤20中，控制单元9检查传感装置(尤其是横向加速度传感器15)是否传送了倾斜角α。如果是这种情况，那么程序再次跳转到步骤17，并且开始重新检查临界速度vGrenz(步骤18)并且在给定情况下采集倾斜角α(步骤19)。当然如果所传送的角度α不为零，那么在接下来的步骤21中检查弹簧元件6是否已经达到其最大调整值xmax，或者是否还存在调整长度的可能性。如果弹簧元件6的当前长度x小于xmax，那么在步骤S22中对弹簧元件6进行相应的调整。
如果弹簧元件6的长度x已经达到其值xmax，例如因为在车辆1运行期间的重复再调整或者由于地基倾斜角α过大，那么在接下来的步骤23中由控制单元9检查：保持的倾斜角α是否超过临界倾斜角αGrenz。如果是这种情况，那么在接下来的步骤24中输出报警信号，这用信号表示了存在倾覆危险。如果保持的角度α没有超过临界值αGrenz，那么程序设计再次跳转到步骤17。
如果在枢转过程实现之后，车辆1的速度v超过极限值vGrenz，那么结束程序。如先前阐述的那样将弹簧元件6调到做好行驶准备的水平(步骤25)。
程序设计的可行扩展方案涉及如下可能性，即，一方面可以手动地干预对行驶水平的调节并且确定倾斜角α，然后该倾斜角α由控制单元9来微调。另一方面可以设想的是，仅当实现平衡到水平姿态或者至少在临界倾斜度α之下实现平衡，才开启枢转过程。此外，可以设想的是，当由于地面影响使倾斜度超过还可以调节的范围时，或者当在枢转过程期间超过了临界倾斜角αGrenz时，开始进行枢转过程的自动中断。

Claims (19)

1.用于自动调整载货车(1)水平度的设备(8)，所述载货车(1)具有车身(2)，所述车身(2)带有能围绕纵轴或者横轴枢转的体部(3)，所述设备(8)带有用于水平调节的装置(8′)，所述装置(8′)具有长度能调整的弹簧元件(6)和控制单元(9)，
其特征在于，所述设备(8)具有传感装置(15)，所述传感装置(15)用于采集所述车身(2)与水平面之间的角度，并且所述传感装置(15)能够与所述控制单元(9)连接，以便依赖于所采集到的所述角度来触发水平调节，而且将所述传感装置(15)构造为横向加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的设备(8)，
其特征在于，将所述传感装置(15)构造用于输出信号，将所述信号分配给由所述传感装置(15)采集到的、在所述车身(2)与所述水平面之间的所述角度，并且
所述传感装置(15)通过数据传输装置(13)与所述控制单元(9)连接。
3.根据权利要求2所述的设备(8)，
其特征在于，将所述控制单元(9)构造用于：依赖于接收到的所述传感装置(15)的所述信号来引起所述弹簧元件(6)的长度调整。
4.根据前述权利要求之一所述的设备(8)，
其特征在于，所述弹簧元件(6)通过空气弹簧伸缩囊来构造。
5.根据权利要求1-3之一所述的设备(8)，
其特征在于，所述弹簧元件(6)在最小长度与最大长度之间具有无级的调整范围。
6.根据权利要求5所述的设备(8)，
其特征在于，所述传感装置(15)此外在所述载货车(1)行驶期间与电子制动***(EBS)和/或稳定***(RSS)协作。
7.根据权利要求1-3之一所述的设备(8)，
其特征在于，将控制单元(9)构造为：如果存在如下状态就输出报警信号，在所述状态中，尽管所述弹簧元件(6)的长度调整已用尽但是所述传感装置(15)仍然传送被分配给所述车身(2)与所述水平面之间的角度的信号，所述角度超过了极限值。
8.根据权利要求1-3之一所述的设备(8)，
其特征在于，将用于水平调节的所述装置(8′)构造为电子控制空气悬架***两点调节装置。
9.根据权利要求1-3之一所述的设备(8)，
其特征在于，能枢转的所述体部(3)通过侧倾自卸槽车或者后倾自卸槽车来构造。
10.用于自动调整载货车(1)水平度的方法，所述载货车(1)具有车身(2)，所述车身(2)带有能围绕纵轴或者横轴枢转的体部(3)，所述载货车(1)具有用于水平调节的装置(8′)，所述装置(8′)具有长度能调整的弹簧元件(6)和控制单元(9)，其特征在于下列步骤：
通过构造为横向加速度传感器的传感装置(15)来采集所述车身(2)与水平面之间的角度，和
通过所述控制单元(9)依赖于采集到的所述角度来触发水平调节。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，所述传感装置(15)在采集所述车身(2)与所述水平面之间的所述角度之后输出被分配给采集到的所述角度的信号，并且借助于数据传输装置将所述信号转交到所述控制单元(9)。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，所述控制单元(9)依赖于接收到的所述传感装置(15)的所述信号来引起所述弹簧元件(6)的长度调整。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，如果尽管所述弹簧元件(6)的全部调整行程已用尽但是所述传感装置(15)仍然传送被分配给所述车身(2)与所述水平面之间的角度的信号，所述角度超过了极限值，那么所述控制单元(9)输出报警信号。
14.根据权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，所述控制单元(9)在开始枢转过程之前，引起所述弹簧元件(6)最大程度地缩短，以便降低所述车身(2)的体部重心。
15.根据权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，所述控制单元(9)在开始侧倾倾卸过程或者后倾倾卸过程之前，引起所述弹簧元件(6)最大程度地缩短，以便降低所述车身(2)的体部重心。
16.根据权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，在所述载货车(1)的低于极限速度的行驶期间实现所述水平调节。
17.根据权利要求10至12之一所述的方法，
其特征在于，只要极限速度被超过，那么所述控制单元(9)将所述弹簧元件(6)调整到适合于所述载货车(1)行驶运行的标准长度。
18.具有车身(2)和用于自动调整水平度的设备(8)的载货车(1)，所述车身(2)具有能围绕纵轴或者横轴枢转的体部(3)，
其特征在于，所述设备(8)根据权利要求1至9之一所述构造。
19.根据权利要求18所述的载货车(1)，
其特征在于，将所述载货车(1)构造为侧倾倾卸货车或者后倾倾卸货车、农业机械或者军用汽车。
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