DE10047889A1 - Schlingerdämpfer mit Zusatzfunktion - Google Patents

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.