DE10047889A1 - Schlingerdämpfer mit Zusatzfunktion - Google Patents
Schlingerdämpfer mit ZusatzfunktionInfo
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Abstract
Durch das zeitlich veränderliche und auf beiden Seiten unterschiedliche Betätigen der Anhängerbremse der Seite des Anhängersegmentes, welche in Bewegungsrichtung der Schlingerbewegung liegt, wird unter Berücksichtigung der Winkelgeschwindigkeit der Anhängersegmente um den Momentanpol die Schwingung gedämpft, wobei Phase des entstehenden zusätzlichen Drehmomentes, dem der Auslenkung vorauseilt. Durch Auswerten der Winkelgeschwindigkeit und einseitig unterschiedliches Abbremsen der Räder des Zugfahrzeuges werden Instabilitäten beim Abbremsen verringert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen für
mindestens ein von einem Zugfahrzeug gezogenes Anhängerfahrzeug und die
Verbesserung der Bremsstabilität bei Zugfahrzeugen mit Anhänger oder Auflieger
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die DE 197 08 144 A1, ist ein Verfahren zur Vermeidung von
Pendelbewegungen der Deichsel eines Kfz.-Anhängers bekannt.
Bei diesem Schlingerdämpfer erfolgt die Dämpfung der Pendelbewegungen im
Prinzip, durch Einbau eines Reglers, der die Anhängerbremsen betätigt und der, dem
der Pendelschwingung zugrundeliegenden Drehmoment, ein Zusatzdrehmoment
entgegenwirken läßt und so dieses vermeidet oder doch zumindest vermindert. Dabei
wird eine seitlich auf den Kupplungspunkt ausgeübte Kraft gemessen, die je nach
ihrer Größe und Richtung, ein zugeordnetes Rad so abbremst, daß dieser seitlichen
Kraft entgegengewirkt wird. Aus der Figur und Beschreibung folgt, daß bei maximaler
Auslenkung des schlingernden Anhängers um den Momentanpol der Bremseneingriff
an dem Rad, das der Neutralstellung am nächsten ist (innen), maximal wird. Das
heißt, wenn das Anhängersegment um den Momentanpol im Uhrzeigersinn, in
Fahrtrichtung gesehen nach links, ausgelenkt ist, bremst das rechte Rad des
Anhängersegmentes und erzeugt dadurch ein Drehmoment, das dem rückstellende
Moment entgegenwirkt und eine Zusatzkraft, die der Querkraft an der
Anhängerkupplung entgegengerichtet ist. Die Erfassung der Querkraft kann durch
Kraftmeßdosen, Wegmessung oder Winkelmessung an der Deichsel, Abweichung
der Drehgeschwindigkeit der Deichselräder untereinander, Ableitung der Kraft aus
der Winkelgeschwindigkeit des Drehwinkels der Deichsel, Wegaufnehmer bzw.
Geschwindigkeitsaufnehmer erfolgen. Die Aktorik wird durch eine ABS-Pumpe, die
durch den Regler eingeschaltet wird oder pneumatische oder hydraulische
Speichereinrichtungen versorgt. Dabei findet keine Unterscheidung zwischen einer
Deichselquerkraft, die durch eine Kurvenfahrt oder Richtungsänderung des
Zugfahrzeug oder durch Schlingerbewegungen hervorgerufen wird, statt.
Aus der GB 1417601 ist es bekannt, mit Hilfe einer Zeitverschiebung bzw. Totzeit,
des Bremslösevorgangs und einer erheblich kleineren Startverzögerung der
Betätigung der Bremsen von mindestens einem Rad des Anhängers die
Schlingerbewegung zu dämpfen. Dabei wird die Winkelbeschleunigung des
Anhängers über eine relative Verdrehung, einer in einer transparenten Flüssigkeit
drehbar gelagerten Scheibe, die neben der lichtundurchlässigen Mittelstellung zwei
transparente Fenster besitzt, gemessen. Wird der Anhänger mit dem Sensorgehäuse
soweit beschleunigt, daß die Auslenkung der Scheibe um 3,5° den Strahlengang
einer Lichtschranke nicht mehr unterbricht, wird ein Kondensator C1 über einen
Widerstand R5 entladen. Dies führt zur Betätigung der Bremsen. Damit diese
Betätigung nicht nur während des kurzen Moments des ununterbrochenen
Durchganges des Lichtstrahles durch die Scheibe erfolgt, wird nun der Kondensator
C1 über einen wesentlich größeren Widerstand R6 so langsam aufgeladen, daß sich
daraus eine Abfallverzögerung ("on" time delay) von 0,25 bis 0,5 s der Bremsen
ergibt, in der der Anhänger die Neutralstellung bezüglich des Zugfahrzeugs erreichen
kann. Die Bremsen werden dabei entweder voll gelöst oder voll angezogen, wobei die
Blockiergrenze berücksichtigt wird. Bei einer Regelung einzelner Räder wird das Rad
in Abhängigkeit der Schlingerrichtung gebremst.
Es ist zudem das Verfahren zur Stabilitätskontrolle bekannt, wie es in dem Patent DE 38 31 492 C1
beschrieben wird. In dem Verfahren werden Fahrgeschwindigkeit,
Lenkradwinkel und Knickwinkel gemessen. Der Quotient aus dem Effektivwert des
Knickwinkels zu dem Effektivwert des Lenkradwinkels wird dabei mit einem
Grenzwert und der dazugehörigen Fahrgeschwindigkeit verglichen und gespeichert.
Aus den Wertepaaren Dämpfung-Fahrgeschwindigkeit kann die kritische
Geschwindigkeit, bei der die Dämpfung gleich Null ist, ermittelt werden. Bei Erreichen
einer Grenzgeschwindigkeit, die etwa 85% . . 92% der kritischen Geschwindigkeit
beträgt, wird ein Warnsignal erzeugt. Ein aktiver Eingriff auf das fahrdynamische
Verhalten des Gespanns unterbleibt.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine
einfach aufgebaute Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen und die
Stabilität beim Abbremsen eines Anhängerfahrzeuges weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Anpassung des Regelverhaltens an die Fahrgeschwindigkeit entsprechend
dem Anspruch 2 sind die Dämpfungseigenschaften des Anhängers nicht mehr so
stark von der Fahrgeschwindigkeit und der Knickwinkelamplitude der Störung,
sondern hauptsächlich von dem Übertragungsverhalten (Schräglaufsteifigkeit,
Seitensteifigkeit, dynamischen Nachlauf) der Reifen abhängig. Sowohl große wie
auch kleine Schwingungen des Anhängers können durch die Erfindung gedämpft
werden. Es bleibt auch bei höheren Geschwindigkeiten immer eine Grunddämpfung
erhalten, somit können sich von außen angeregte Schwingungen nicht verstärken
oder bei sehr hohen Geschwindigkeiten von alleine aufklingen. Bei ungünstigen
Masseverhältnissen von Zugfahrzeug zu Anhänger oder Geschwindigkeiten, die über
der kritischen Geschwindigkeit eines normalen Gespannes liegen, sind
Ausweichmanöver und Spurwechsel sicher beherrschbar. Die Funktion der
Auflaufbremse wird durch den Einbau der Erfindung nicht beeinträchtigt, bei
gleichzeitigem Bremsen des Zugfahrzeugs, während der Anhänger schlingert, wirken
die errechneten Bremskräfte zusätzlich, je nach Bewegungsrichtung,
Winkelgeschwindigkeit und Seite erhöhend oder verringernd.
Die Funktionsweise der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher
verdeutlicht.
Es zeigen:
Fig. 1 den Einfluß der Dämpfung auf den zeitlichen Ablauf von Pendelschwingungen,
ohne Dämpfung.
Fig. 2 den Einfluß der Dämpfung auf den zeitlichen Ablauf von Pendelschwingungen,
mit Dämpfung, durch Anbremsen der Räder, wobei die Größe der Bremskraft der
einzelnen Räder zu bestimmten Zeitpunkten dargestellt wird.
Fig. 3 die Ansteuerung der Bremsen beim Zugfahrzeug bei extremer Verzögerung.
Wie oben schon erwähnt ist die Dämpfungeigenschaft des Systems zu erhöhen.
Dazu ist es notwendig Informationen über den Schwingungszustand des System zu
erhalten. Mögliche Informationsquellen sind Sensoren, die den Knickwinkel zwischen
den beiden Längsachsen differenzieren, oder die Winkelgeschwindigkeit des
Anhängers messen, oder eine Winkelbeschleunigung oder für kleine Winkel eine
seitliche Beschleunigung in Schwerpunktnähe des Anhängers integrieren.
Dieser Information, unter Berücksichtigung des Fahrverhaltens und der
Fahrgeschwindigkeit entsprechend, muß nun ein, zeitlich in seiner Größe
veränderliches, Moment auf den Anhänger wirken, das dem rückstellenden Moment,
das durch die seitliche Auslenkung des Anhänger entsteht, phasenverschoben der
Auslenkung vorauseilend wirkt. Das Rückstellmoment ist, bei kleinen Auslenkungen
von ca. 2 . . . . 6 Grad, der Auslenkung des Anhängers und/oder dem Schräglaufwinkel
der Reifen und/oder Bremsmoment des Anhänger ohne Schlingerdämpfung
proportional.
Dabei bedeutet der Fahrgeschwindigkeit entsprechend, daß sich der Einfluß der
Regelung an die Fahrgeschwindigkeit anpaßt. Bei Geschwindigkeit bis 10 m/s ist die
Gefahr des Schlingerns bei normal beladen Anhängern gering. In diesen Fall kann
die Wirkung der Aktorik reduziert werden oder ganz abgeschaltet werden. Dieses
Abschalten der Aktorik kann manuell oder automatisch durch einen
Fahrgeschwindigkeitsgeber oder durch mindestens einen Drehzahlgeber, der die
Drehzahl von mindestens einem Rad des Anhängers oder Gespanns mißt, erfolgen,
wobei der Regler, mit einer zeitlichen Verzögerung 2 bis 8 s, nachdem der Wert der
Ruhelage der Aktorik als Sollwert an den Regler übermittelt wurde, die Aktorik sperrt.
Ein Verschieben des Momentanpols aus den Bewegungsrichtungen des
Zugfahrzeugs und dessen Anhänger soll bei extremen Abbremsmanövern dadurch
erschwert werden.
Eine Reduzierung der Wirkung der Aktorik kann, durch eine Reduzierung des
Sensorsignals, oder durch ein Reduzierung der Verstärkung des Sensorsignals, der
Drehgeschwindigkeit des Anhängers um die Hochachse, erreicht werden. Durch
Filterung der Information über die Drehgeschwindigkeit des Anhängers kann der
Bereich des Übertragungsverhaltens von 0,2 Hz bis 3 Hz angehoben und bei
Bereichen unter 10 Hz abgesenkt werden. Eine Verbesserung der
Informationsverarbeitung ist durch eine Filterung der Information durch einen Tiefpaß
oder Hochpaß oder einer Kombination beider Arten möglich, um störende Meßsignale
zu unterdrücken oder die Dynamik des verwendeten Sensors anzupassen.
Durchfährt das Zugfahrzeug mit dem Anhänger mit höherer Geschwindigkeit (v ca.
20 . . . 35 m/s) eine Kurve (R ca. 200 . . . . 400 m), so dreht sich auch der Anhänger mit
einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit v/R. Bei kleinen seitlichen Auslenkungen
(ca. 0,1 m, 1,5 Grad), die sich bei Überschreiten der kritischen Geschwindigkeit
rasch vergrößern (D ca. -0,05), liegt diese Winkelgeschwindigkeit in einem Bereich,
in dem die Aktorik des Anhängers mindestens ein Rad der entsprechenden Seite des
Anhängers verzögert.
Entsprechend einer voreingestellten Sollwinkelgeschwindigkeit und
Istwinkelgeschwindigkeit des Anhängers wird die Aktorik, unter Berücksichtigung der
Spurweite, des Masseträgheitsmomentes J des Anhängers, angesteuert, die ein auf
beiden Seiten unterschiedliches, zeitlich veränderliches Abbremsen der
Anhängerräder bewirkt. Dabei wird mindestens ein Rad der Seite des
Anhängersegments angesteuert, welche sich in Richtung der seitlichen
Bewegungsrichtung des Anhängersegmentes befindet. Dabei ist die Phasenvoreilung
der Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem Relativwinkel zwischen den
Fahrzeuglängsachsen oder einer anderen physikalischen Größe oder Information,
die dem zeitlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit des Anhängers folgt, zu
beachten.
Als Sensoren für die Winkelgeschwindigkeit dienen beispielsweise verschiedene
Arten von Kreiselsystemen, mechanische, faseroptische, gas rate sensor
Kreiselsensoren, Drehratensensoren, (Stimmgabel, Piezoelektrische Vibrations
Prismen oder Ringe, Halbkugeln, Zylinder, Coriolseffekt)und/oder durch
Differenzbildung zwischen mehreren Beschleunigungsmessern unterschiedlicher
Lage und deren Integration, oder durch Coriolisbeschleunigung und/oder andere
Meßgeräte, die Informationen über die Drehgeschwindigkeit liefern.
Eine weitere Möglichkeit ist die seitliche Auslenkung des Anhänger optisch,
elektronisch, mechanisch, induktiv, kapazitiv, hydraulisch, pneumatisch zu messen
und diese Information zu Differenzieren oder seitliche Beschleunigungen oder
ersatzweise Kräfte zu integrieren um dann Seitenführungskräfte und/oder den
Rollwiderstand der Rädern entsprechend zu verändern. Die Fahrwiderstände der
entsprechenden Seite müssen den Informationen über die derzeitige
Winkelgeschwindigkeit des Anhängersegments, durch die Aktorik möglichst zeitnah
folgen. Verzögerungen durch Berechnung der Bremskräfte, Ansteuerung der Aktorik
und Wirkung der Kraft auf das Anhängersegment oder den Anhänger sind nur bis
maximal 0,2 . . 0,24 der Schwingungsdauer zulässig. Durch den Einbau von
Meßinstrumenten in das Zugfahrzeug die Informationen über Drehgeschwindigkeit
um die Hochachse und/oder die Seitenbeschleunigung und/oder den Lenkwinkel
bereitstellen, kann ein Verreißen der Lenkung erkannt werden.
Durch den Einbau eines Sensors aus dem die Neigung der Fahrbahn erfaßt wird, ist
es möglich die Abbremsung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers auf beiden
Seiten unterschiedlich durchzuführen. Bei einer Neigung der Fahrbahn nach rechts
ist die linke Seite des Anhängers bzw. des Zugfahrzeuges stärker zu verzögern.
Ändert sich in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit um
die Längsachse um mit einer bestimmten Geschwindigkeit kann dieser Wert integriert
oder aufsummiert oder ein entsprechender aus der Seitenbeschleunigung oder auf
andere Weise ermittelt werden.
Die Zuordnung der Bremskräfte beim Zugfahrzeug beim starken Abbremsen ist wie
folgt. Dreht sich das Anhängersegment um seinen Schwerpunkt von oben gesehen
gegen den Uhrzeigersinn wird mindestens ein Rad der rechten Seite des Anhängers
stärker abgebremst als das der linken Seite, oder beim Überschreiten der
Haftungsgrenze mindestens eines linken Seite weniger stark. Durch das Integrieren
der Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges und der Größe Winkelgeschwindigkeit
wird bei mindestens einem Rad der in Fahrtrichtung gesehene rechte Seite des
Zugfahrzeuges oder des vorausfahrenden Anhängersegment sind die Bremskräfte zu
verringern und/oder auf der linken zu erhöhen soweit die Haftung der Reifen nicht
überschritten wird. Im ersten Augenblick wird der Anteil der aus der Drehung des
Zugfahrzeuges sehr schnell ansteigen, beim Eintreten der Wirkung des
zurückstellenden Moment an Zufahrzeug allmählich zurückgehen. Durch Verändern
des Verhältnisses aus den Anteilen durch Integration der Winkelgeschwindigkeit des
Zugfahrzeuges und Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges kann das
Einschwingverhalten verändert werden.
Die Erfindung kann sowohl bei einachsigen als auch bei mehrachsigen oder
mehrgliederigen Fahrzeugkombinationen eingesetzt werden, wobei für jedes
Segment der Fahrzeugkombination, die dem Zugfahrzeug folgt, eine
Sensor-Aktoreinheit eingebaut ist. Auf die Aktorik in dem letzten und ersten
Anhängersegment sollte nicht verzichtet werden.
Ein Segment besteht aus mindestens einem Teil, welches die Seitenführungskräfte in
Abhängigkeit der Auslenkung oder Schräglaufes überträgt und Verbindungsmittel zu
dem vorausfahrenden Segment oder Zugfahrzeug besitzt, wie z. B. achsschenkel-
oder drehschemelgelenkte Achsen mit den entsprechenden Deichsel oder Lenk- oder
Starrachsen mit den dazugehörigen "Rahmen", bei mehrachsigen Anhänger, oder
Sattelzug-, Zentralachs-, Einachs-, Tandemachsanhänger.
Claims (15)
1. Einrichtung zum Dämpfen von Schlingerbewegungen und zum Verringern der
Gefahr des Einknickens bzw. Ausbrechens beim Abbremsen für mindestens ein von
einem Zugfahrzeug gezogenes Anhängersegment, bei welcher Relativbewegungen,
um einen Momentanpol in Gierrichtung erfaßt und daraus ein Signal für ein auf
beiden Seiten unterschiedliches, zeitlich veränderliches Ansteuern der Radbremsen
des Anhängers und der des Zugfahrzeuges so abgeleitet wird, daß der
Relativbewegung um den Momentanpol entgegengewirkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkelgeschwindigkeit des Anhängersegmentes und die des Zugfahrzeuges
um den Momentanpol oder eine andere Größe, wie eine Geschwindigkeit quer zu
Fahrrichtung, erfaßt wird, oder der Knickwinkel um dem Momentanpol erfaßt und
differenziert wird, oder die Winkelbeschleunigung um den Momentalpol erfaßt und
integriert wird und zur Regelung des auf beiden Seiten unterschiedlichen, zeitlich
veränderlichen Ansteuerns der Radbremsen des Anhängers herangezogen wird,
wobei die Phase der Bremsbetätigung an mindestens einem Anhängerrad, der Phase
des Relativwinkels um den Momentanpol vorauseilt, und zur Regelung des auf
beiden Seiten unterschiedlichen, zeitlich veränderlichen Ansteuern der Radbremsen
des Zugfahrzeuges verwand wird, indem die Stärke des zurückdrehenden Momentes
am Zugfahrzeug vom Integral der Winkelgeschwindigkeit um den Schwerpunkt des
Zugfahrzeuges und der Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges abhängt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelverhalten
der Fahrgeschwindigkeit angepaßt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der
Fahrgeschwindigkeit sensorisch erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit ein- und ausgeschaltet wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit stetig in und außer Betrieb genommen wird.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Phase der Bremskraft am Anhängerrad der Phase des Relativwinkels um den
Momentanpol um vorzugsweise etwa 90° vorauseilt.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Information über die Winkelgeschwindigkeit des Zugfahrzeuges um die
Hochachse zur Ermittlung einer Sollwinkelgeschwindigkeit am Momentanpol bei
Nichtbetätigung der Bremsen durch den Fahrer angezogen wird.
8. Einrichtung nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur
Erfassung der Winkelgeschwindigkeit ein Schwinggabelsensor oder ein anderer
mikrosystemtechnischer Sensor der Drehgeschwindigkeiten oder Geschwindigkeiten
mißt, ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Anhänger hintereinander gekoppelt sind, wobei jeder der Anhänger oder
jedes der Anhängersegmente einen Sensor zur Erfassung der Information der
Winkelgeschwindigkeit aufweist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Information über die durch eine die Bremsen ansteuernde
Aktorik hervorgerufene Bremskraft, direkt oder indirekt ermittelt und an einen Regler
zurückgemeldet wird.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der die Relativbewegungen um den Momentanpol erfassende
Sensor auf dem Anhänger angebracht ist.
12. Einrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer schnellen Änderung eines Verhältnisses aus den
Winkelgeschwindigkeiten von Anhängersegment zu Zugfahrzeug bzw.
vorausfahrendes Segment die Einrichtung durch Verändern der Bremskräfte an
mindestens einem Rad des Anhängers und/oder des Zugfahrzeuges bzw. des
vorausfahrenden Segmentes wirkt.
13. Einrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer schnellen Änderung einer Drehrichtung von Anhängersegment zu
Zugfahrzeug bzw. vorausfahrendes Segment die Einrichtung durch Verändern der
Bremskräfte an mindestens einem Rad des Anhängers und/oder des Zugfahrzeuges
bzw. des vorausfahrenden Segmentes wirkt.
14. Einrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche bei Verzögerungen bei
denen die Haftungsgrenze eines Reifen überschritten wird, reduziert die Einrichtung
die Bremskräfte der anderen Seite.
15. Einrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche bei dem durch die
Veränderung der Anteile aus Integration und Messung der Winkelgeschwindigkeit
das Einschwingverhalten verändert wird.
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Country Status (1)
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Also Published As
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