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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Niveauregulierung eines luftgefederten Kraftfahrzeugs, bei dem die Drücke radindividueller Luftfedern individuell eingestellt werden, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur radindividuellen Druckeinstellung der Luftfedern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der
GB 2 344 323 A und
EP 1 970 229 A1 bekannt. In der
GB 2 344 323 A wird ein zentraler Drucksensor beschrieben, mit dem die Drücke in den radindividuellen Luftfedern einzeln gemessen werden können. Die Drücke können beispielsweise dazu benutzt werden, um das aktuelle Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu bestimmen. Ferner können diese zur Optimierung einer Niveauregulierung herangezogen werden, welche auf einer Aufstandshöhenmessung beruht und zusätzlich den Reifendruck berücksichtigt. Auch in der
EP 1 970 229 A1 werden die Drücke der Luftfedern zur Niveauregulierung herangezogen. Zur Erfassung der Aufstandshöhe sind auch hier spezielle Wegsensoren vorgesehen, deren Signale durch eine Steuereinrichtung ausgewertet beziehungsweise mit Sollvorgaben verglichen werden. Bei einer hinreichend großen Differenz wird eine entsprechende Niveauabweichung durch Druckbeaufschlagung oder Entlastung der jeweiligen Luftfeder korrigiert.
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Aus
DE 100 33 046 A1 ist eine Regeleinrichtung bekannt, die zur Einstellung radindividueller Luftfedern genutzt wird. Radlasten, die über eine Sensoreinrichtung ermittelt werden, dienen als Sollgröße für die Einstellung der Luftfedern. Darüber hinaus zeigt die
DE 100 17 506 A1 eine Ermittlung von Radlasten aus den Federwegen von Luftfedern.
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Bei einem solchen Luftfedersystem besteht das Problem, dass das Fahrzeug entlang einer diagonalen Achse verspannt werden kann. Hierdurch können Radlastdifferenzen zwischen dem linken und rechten Rad einer Achse auftreten, die zu einem asymmetrischen Fahrverhalten führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, bei einem luftgefederten Kraftfahrzeug mit Niveauregulierung durch die Luftfederung bedingte Radlastdifferenzen und daraus resultierende Beeinträchtigungen, insbesondere des querdynamische Fahrverhaltens, zu vermindern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass für jede Luftfeder eine Sollgröße vorgegeben wird, die eine in Abhängigkeit vom Schwerpunkt des Fahrzeugs ermittelte Sollkomponente enthält. Dies ermöglicht eine Niveauregulierung unter besonderer Berücksichtigung der Radaufstandskraftverteilung zwischen den einzelnen Fahrzeugrädern. Verspannungen des Fahrzeugs werden vermieden, da die Drücke in den Luftfedern den aus der Schwerpunktlage des Fahrzeugs resultierenden Idealwerten angepasst werden.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur radindividuellen Druckeinstellung der Luftfedern eines luftgefederten Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 5 gelöst, welche sich durch die vorgenannten Vorteile auszeichnet. Die Vorrichtung umfasst einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Drucks und/oder Istfederwegs der Luftfedern, Mittel zur individuellen Veränderung des Drucks in den Luftfedern und eine Recheneinrichtung, welche aus den erfassten Istdrücken und/oder Istfederwegen der Luftfedern die Schwerpunktlage des Kraftfahrzeugs ermittelt und auf der Grundlage der ermittelten Schwerpunktlage für jede Luftfeder eine schwerpunktsabhängige Sollkomponente einer Sollgröße zur Ansteuerung der Mittel zur individuellen Veränderung des Drucks in den Luftfedern bereitstellt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben. Im Unterschied zu dem vorstehend erläuterten Stand der Technik kann bei der erfindungsgemäßen Lösung die Luftfederung nicht weg-, sondern druckgeführt sein. Die Abweichung eines Federwegs kann über eine Proportionalitätskonstante in einen Druckregelkreis integriert werden. Insbesondere kann die Einstellung der Drücke in den einzelnen Luftfedern durch eine Regelung vorgenommen werden, bei der die Differenz zwischen einem Istdruck und einen vorgegebenen Solldruck der jeweiligen Luftfeder ausgeregelt wird.
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Es ist jedoch auch möglich, Druckgrößen in Weggrößen umzurechnen und eine Wegdifferenz auszuregeln.
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Als Sollgröße können auch die Radlasten an den einzelnen Fahrzeugrädern betrachtet werden.
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Die Erfindung ermöglicht die Vereinigung einer Regelung der Einzellasten an den Fahrzeugrädern mit einer Niveauregulierung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und in
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Radlasten,
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3 ein Flussdiagramm für eine weitere Ausführungsform des Verfahrens, und in
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4 ein Flussdiagramm für eine dritte Ausführungsform des Verfahrens.
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Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Luftfederung, bei dem jedem Fahrzeugrad VL, VR, HL, HR eine Luftfeder 1 bis 4 zugeordnet ist. Über die Luftfedern 1 bis 4 ist ein Fahrzeugaufbau gegenüber einem Fahrwerk bzw. gegenüber den Fahrzeugrädern abgestützt. Die Luftfedern 1 bis 4 sind über Ventileinrichtungen mit einer Druckversorgungseinrichtung 5 verbunden, welche einen Druckerzeuger 6 sowie gegebenenfalls weiterhin einen Druckspeicher 7 umfasst. Durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtungen seitens einer Steuereinrichtung 8 können die Luftfedern 1 bis 4 individuell mit Druck beaufschlagt und individuell entlastet werden. Hierdurch ist es möglich, den Druck an jeder Luftfeder und damit radindividuell einzustellen. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, welche es gestatten, den Druck der Luftfedern 1 bis 4 zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise jeder einzelnen Luftfeder ein separater Drucksensor zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, einen zentralen Drucksensor 9 vorzusehen, der über die vorstehend genannten Ventileinrichtungen temporär mit den einzelnen Luftfedern 1 bis 4 verbunden wird, um den Druck jeder Luftfeder 1 bis 4 einzeln zu erfassen.
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Weiterhin sind an sich bekannte Federwegerfassungseinrichtungen 11 bis 14 vorgesehen, mit denen die Istfederwege an den einzelnen Luftfedern 1 bis 4 erfasst werden. Der Istfederweg kann beispielsweise gegenüber einem Referenzpunkt am Fahrwerk oder anhand einer Referenzstellung der jeweiligen Luftfeder festgestellt werden. Des Weiteren ist eine Vorrichtung zur Vorgabe von Sollfederwegen für die einzelnen Luftfedern vorgesehen. Der Sollfederweg kann beispielsweise durch eine fahrerseitige Eingabe vorgegeben werden. Eine entsprechende Eingabe kann unmittelbar durch Wahl des Niveaus bzw. der Aufstandshöhe oder aber verkoppelt mit weiteren Fahrwerksparametern vorgenommen werden, beispielsweise durch Wahl eines Offroad-Modus mit angehobenem Fahrzeugaufbau oder eines Onroad-Modus mit demgegenüber abgesenktem Niveau. Ferner kann eine Niveauregulierung bzw. eine Vorgabe für einen Sollwert bzgl. der Aufstandshöhe auch automatisch in Abhängigkeit erfasster Fahrzeug- und/oder Fahrzustandsparameter erfolgen. Mittels einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Federwegabweichung wird durch Differenzbildung zwischen Soll- und Istfederweg die Federwegabweichung für die jeweilige Luftfeder bestimmt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Drücke in den Luftfedern 1 bis 4 radindividuell in Abhängigkeit des aktuellen Schwerpunkts SP des Fahrzeugs einzustellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine primär druckgeführte Regelung vorgesehen. Ziel dieser Druckregelung ist es, den Istdruck in der jeweiligen Luftfeder 1 bis 4 einer vorgegebenen Sollgröße, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einem Solldruck anzupassen. Die Sollgröße beinhaltet dabei zumindest eine schwerpunktsabhängige Sollkomponente in Form einer Solldruckkomponente sowie vorzugsweise weiterhin eine höhenstandsabhängige Sollkomponente, die bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ebenfalls eine Solldruckkomponente ist. Der Solldruck gemäß 1 beinhaltet somit zumindest eine schwerpunktsabhängige Solldruckkomponente sowie vorzugsweise weiterhin eine höhenstandsabhängige Solldruckkomponente. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Solldruck der jeweiligen Luftfeder die Summe dieser beiden Solldruckkomponenten.
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Zur Ermittlung der schwerpunktsabhängigen Solldruckkomponente muss zunächst der aktuelle Schwerpunkt SP des Fahrzeugs bestimmt werden, der u.a. von der aktuellen Verteilung der Beladung im Fahrzeug abhängt. Dies erfolgt vorliegend anhand der Drücke der einzelnen Luftfedern 1 bis 4 unter Berücksichtigung der wirksamen Kolbenflächen der Luftfedern sowie der Fahrzeugabmessungen, welche in 2 dargestellt sind. Mit der Größe l ist dort der Radstand und mit s die Spurweite angegeben. Die Abstände des Schwerpunkts SP des Fahrzeugs sind dabei in Fahrzeugquerrichtung zur Spur mit sl und sr und in Fahrzeuglängsrichtung zur Vorder- und Hinterachse mit lv und lh bezeichnet. Die Summe der Radaufstandskräfte Fij ergibt sich dabei wie folgt: Fges = m·g = FVL + FVR + FHL + FHR.
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Setzt man voraus, dass die Radlastverteilung an einer Achse ausgeglichen sein soll, d. h. keine Verspannung des Fahrzeugs vorliegt, so ergeben sich die idealen Radaufstandskräfte an den einzelnen Fahrzeugrädern wie folgt: FVL = m·g·lh/l·sr/s FVR = m·g·lh/l·sl/s FHL = m·g·lv/l·sr/s FHR = m·g·lv/l·sl/s Sind die Kolbenflächen A der Luftfedern 1 bis 4 bekannt, lässt sich mit der Beziehung F = p A ein Gleichungssystem aufstellen, aus dem bei bekannten Drücken p die Schwerpunktlage und das Fahrzeuggewicht erhalten werden.
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Ist der Schwerpunkt SP des Kraftfahrzeugs ermittelt, können die schwerpunktsabhängigen Solldruckkomponenten für die einzelnen Luftfedern 1 bis 4 im Hinblick auf ein bestimmtes Fahrzeugniveau berechnet werden.
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Die höhenstandsabhängigen Solldruckkomponenten der einzelnen Luftfedern 1 bis 4 werden mit den oben bereits erwähnten Federwegerfassungseinrichtungen 11 bis 14 ermittelt, wobei eine Abweichung des Federwegs von einem Sollfederweg erfasst wird. Die Federwegabweichung wird über eine Proportionalitätskonstante P in eine Druckabweichung übersetzt, welche der schwerpunktabhängigen Solldruckkomponente aufaddiert wird. Der so gebildete Solldruck für die jeweilige Luftfeder wird mit dem Istdruck verglichen. Eine etwaige Differenz wird mittels eines Druckreglers 10 ausgeregelt.
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Der Druckregler 10 arbeitet zyklisch. Dabei können entweder die Luftfedern der einzelnen Fahrzeugräder in einer vorgegebenen Reihenfolge abgearbeitet, d. h. druckgeregelt werden, indem je nach Bedarf die jeweilige Luftfeder mit Druck beaufschlagt bzw. entlastet wird.
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Vorzugsweise wird jedoch immer die Luftfeder mit der aktuellen größten Abweichung zum Sollwert druckgeregelt. Sobald der Istdruck dem Solldruck entspricht, ist sichergestellt, dass sowohl die Radaufstandskräfte als auch das Höhenniveau korrekt eingestellt sind. Hierdurch wird eine Verspannung des Fahrzeugs vermieden, was sich vorteilhaft auf das querdynamische Fahrverhalten auswirkt.
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Die vorstehend erläuterte Regelung kann bei einer Anordnung mit Luftfedern 1 bis 4, Druckversorgungseinrichtung 5, Drucksensor 9 und Ventileinrichtungen gemäß 2 umfasst, in dem Steuergerät 8 implementiert sein. Letzteres beinhaltet im Hinblick auf das in 1 dargestellte Flussdiagramm neben dem Druckregler 10 eine Recheneinrichtung 15, welche aus den erfassten Istdrücken der Luftfedern die Schwerpunktslage des Kraftfahrzeugs ermittelt und auf der Grundlage der ermittelten Schwerpunktslage für jede Luftfeder eine Solldruckkomponente bereitstellt, eine Vorrichtung 16 zur Vorgabe von Sollfederwegen für die einzelnen Luftfedern 1 bis 4, eine Vorrichtung 17 zur Ermittlung einer Federwegabweichung und eine Vorrichtung 18 zur Konvertierung der Federwegabweichung in eine Druckgröße. Alternativ können einzelne oder alle der Komponenten 10 und 15 18 in separaten Geräten untergebracht sein.
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In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die höhenstandsabhängige Solldruckkomponente auch vollständig entfallen oder aber es wird das Istniveau des Fahrzeugs auf andere Art und Weise als durch Federwegerfassungseinrichtungen 11 bis 14 ermittelt, beispielsweise durch Auswertung der Drücke in den einzelnen Luftfedern. Eine entsprechend anderweitig gewonnene Höhenstandsinformation kann in gleicher Weise wie der Istfederweg in die Regelung einbezogen, d. h. in Verbindung mit einem entsprechenden Sollwert als höhenstandsabhängige Sollkomponente berücksichtigt werden.
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Bei Luftfedern korreliert der Druck eng mit der jeweiligen Radlast, jedoch nicht unbedingt mit dem Federweg, so dass das Problem eines diagonal verspannten Fahrzeugs auftreten kann. Bei einem diagonal verspannten Fahrzeug weist ein höher stehendes Rad, d.h. ein Rad mit stärkerer Einfederung, nicht notwendigerweise auch einen höheren Druck auf, als das gegenüberliegende Rad der gleichen Achse.
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Unter Berücksichtigung der geometrischen Gegebenheiten können die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Druck und Weggrößen durch Proportionalfaktoren P unter bestimmten Umständen gleichwohl in korrespondierende Druck-, Weg- und Radlastgrößen übersetzt werden.
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Ungeachtet der Möglichkeit, über Proportionalitätskonstanten eine Umrechnung von Druck in Weg oder von Weg in Druck vorzunehmen, wird bevorzugt der Bezug zum Fahrzeugschwerpunkt über den Druck hergestellt. Die schwerpunktsabhängige Sollkomponente ist dementsprechend vorzugsweise eine Solldruckkomponente. Sie kann jedoch beispielsweise auch aus gemessenen Radlastsignalen bestimmt werden.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem am Regler 10 eine Wegdifferenz ausgeregelt wird. Die schwerpunktsabhängige Sollkomponente wird in diesem Fall wiederum aus gemessenen Druckgrößen sowie der bekannten Fahrzeuggeometrie gewonnen und mittels eines Faktors in eine Weggröße konvertiert.
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Die Differenz aus Soll- und Istniveau kann in der oben beschriebenen Weise beispielsweise als Weggröße gewonnen oder ggf. mittels eines Faktors in eine solche konvertiert werden, um die höhenstandsabhängige Sollkomponente zu bilden. Beide Sollkomponenten werden wie oben addiert. Die Istgröße kann als Druck, Weg oder Last erfasst und ggf. mittels eines Faktors in eine Weggröße konvertiert werden, so dass am Reglereingang eine Wegdifferenz zur Ausregelung anliegt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der auf eine Druckmessung verzichtet ist. Vielmehr wird die schwerpunktsabhängige Sollkomponente aus Signalen von Wegsensoren s1 bis s4, alternativ von Radlastsensoren gewonnen. Die höhenstandsanhängige Sollkomponente kann wie oben erläutert gewonnen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfeder
- 2
- Luftfeder
- 3
- Luftfeder
- 4
- Luftfeder
- 5
- Druckversorgungseinrichtung
- 6
- Druckerzeuger
- 7
- Druckspeicher
- 8
- Steuereinrichtung
- 9
- Drucksensor
- 10
- Regler
- 11
- Federwegerfassungseinrichtung
- 12
- Federwegerfassungseinrichtung
- 13
- Federwegerfassungseinrichtung
- 14
- Federwegerfassungseinrichtung
- 15
- Recheneinrichtung
- 16
- Vorrichtung zur Vorgabe eines Sollniveaus
- 17
- Vorrichtung zur Ermittlung einer Niveauabweichung
- 18
- Konvertierungsvorrichtung
- l
- Achsabstand
- s
- Spurweite
- Fij
- Radaufstandskraft
- HL
- Hinterrad links
- HR
- Hinterrad rechts
- SP
- Schwerpunkt des Fahrzeugs
- VL
- Vorderrad links
- VR
- Vorderrad rechts
