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Die Erfindung betrifft ein Luftfedersteuerungssystem für ein Fahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung ein Luftfedersystem steuerbar mittels eines Luftfedersteuerungssystems, ein Fahrzeug mit einem solchen Luftfedersystem und/oder Luftfedersteuerungssystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeugs.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Omnibus, einen Lastkraftwagen oder einen Lastzug, oder um einen Personenkraftwagen handeln. Luftfedersteuerungssysteme werden auch als ECAS (aus engl. Electronically Controlled Air Suspension) bezeichnet.
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Es sind Luftfedersysteme für Fahrzeuge bekannt, die mit dem Einsatz von Luftfedern den Fahrkomfort und die Sicherheit verbessern. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass Aufbau und Insassen eines Fahrzeugs durch die Luftfedern vor Stößen geschützt werden, die durch Bodenunebenheiten während einer Fahrt des Fahrzeugs verursacht werden. Außerdem können durch Bodenunebenheiten während der Fahrt verursachte Schwingungen gedämpft oder sogar verhindert werden.
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Bei den Luftfedersystemen ist weiter zwischen einstellbaren und nicht einstellbaren Federsystemen zu unterscheiden. Einstellbare Luftfedersysteme weisen üblicherweise eine variable Gasmasse, vorzugsweise Luftmasse, der Luftfedern auf, während die Gasmasse der Luftfedern bei nicht einstellbaren Luftfedersystemen fest ist. Nicht einstellbare Luftfedern sind primär für die oben genannten Ziele einsetzbar, während einstellbare Luftfedern erweiterte Funktionen ermöglichen. Eine derartige erweiterte Funktion eines einstellbaren Luftfedersystems ist beispielsweise die Niveauregulierung, bei der eine Anpassung der Bodenfreiheit eines Fahrzeugs, beispielsweise in Abhängigkeit einer Fahrzeugbeladung, konstant gehalten wird.
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Einstellbare oder variable Luftfedersysteme weisen für die Realisierung weiterer Funktionen ein Luftfedersteuerungssystem auf, das beispielsweise in Abhängigkeit von Sensoren die Gasmasse in einem Federelement variiert. Auch ein manueller Eingriff mit Steuersignalen, wie es beispielsweise bei einer Absenkautomatik in einem Bus, zur Erleichterung des Ein- und Ausstiegs von Passagieren bekannt ist, ist bekannt.
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Vorliegend soll ein einstellbares Luftfedersystem betrachtet werden, bei dem eine variable Gasmasse in Luftfedern, insbesondere zur Federung eines Fahrzeugs, verwendet wird. Dabei sind nicht notwendigerweise alle Achsen des Fahrzeugs mit der Luftfederung gefedert, sondern eine oder mehrere Achsen des Fahrzeugs können stahlgefedert sein.
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Wie bereits oben genannt, weisen derartige Luftfedersysteme in der Regel ein Luftfedersteuerungssystem auf, das an eine Vielzahl von Sensoren sowie Aktoren zum Steuern der Gasmasse der Luftfedern angeschlossen ist. Einem Luftfedersteuerungssystem, das üblicherweise Bestandteil eines weitere Funktionen umfassenden Steuergerätes ist, wird somit eine Vielzahl von Messwerten zugeführt. Außerdem muss das Steuergerät eine Vielzahl von Befehlen aussenden, um die Aktoren anzusteuern. Zudem muss das Steuergerät eine schnelle Reaktionszeit aufweisen, um aus der Vielzahl der Messwerte entsprechende Steuersignale zu erzeugen.
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Ein Steuergerät, das das Luftfedersteuerungssystem umfasst, unterliegt daher einem hoch komplexen Entwicklungsaufwand und benötigt eine sehr hohe Rechenleistung. Insbesondere ist im Falle des Ausfalles des Steuergerätes das gesamte Luftfedersystem außer Betrieb gesetzt.
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Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
DE 10 2018 111 003.0 der Anmelderin offenbart ein Luftfedersteuerungssystem (ECAS) für ein Nutzfahrzeug oder einen Personenkraftwagen. Das Luftfedersteuerungssystem weist eine Hauptsteuereinheit zum Betreiben des Luftfedersteuerungssystems auf. Außerdem umfasst das Luftfedersteuerungssystem mindestens zwei Nebensteuereinheiten. Die Nebensteuereinheiten sind jeweils über eine Datenverbindung mit der Hauptsteuereinheit verbunden. Die Datenverbindung ist entweder eine gemeinsame oder eine separate Datenverbindung. Das heißt, dass bei einer gemeinsamen Datenverbindung die Hauptsteuereinheit und beide Nebensteuereinheiten an einer gemeinsamen Datenleitung, beispielsweise aus zwei oder mehr elektrischen Leitern, angeschlossen sind. Ist die Datenverbindung als separate Datenverbindung ausgestaltet, bedeutet das, dass zwischen der Hauptsteuereinheit und jeder der mindestens zwei Nebensteuereinheiten eine separate Datenleitung vorgesehen ist.
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Jede der Nebensteuereinheiten weist jeweils mindestens einen Ausgang auf. Der Ausgang dient zum Ansteuern mindestens eines mit dem Ausgang verbindbaren Aktors. Ein Aktor ist beispielsweise ein Verstellantrieb für ein Ventil. Vorzugsweise ist der Aktor eine elektrische Magnetventilkomponente, die zum Beispiel eine pneumatische oder hydraulische Ventilkomponente ist. Besonders bevorzugt ist das Ventil ein Solenoid-Ventil.
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In den Nebensteuereinheiten ist jeweils mindestens eine Funktion zum Erzeugen von Steuersignalen am Ausgang hinterlegbar. Das heißt, die Nebensteuereinheit ist vorzugsweise eingerichtet, einen Ausgang in Abhängigkeit einer hinterlegten Funktion, die in der Nebensteuereinheit hinterlegt ist, anzusteuern.
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Die Hauptsteuereinheit ist außerdem eingerichtet, die hinterlegte Funktion aufzurufen und/oder zu parametrieren. Dies erfolgt durch Aussenden von Befehlen über die Datenverbindung von der Hauptsteuereinheit zur Nebensteuereinheit, deren Funktion aufgerufen und/oder parametriert werden soll.
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Ein Aufrufen ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass durch Aufrufen einer Funktion die Nebensteuereinheit mit dieser Funktion in Betrieb genommen wird und daraufhin Steuersignale am Ausgang der Nebensteuereinheit in Abhängigkeit der aufgerufenen Funktion erzeugt werden.
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Der Begriff Funktion beschränkt sich hier und im Folgenden nicht auf eine mathematische Funktion im Sinne einer Abbildung einer Beziehung zwischen zwei Mengen. Vielmehr ist vorliegend der Begriff Funktion auch im Sinne seiner Verwendung in der Informatik zu verstehen. Demnach ist eine Funktion ein Programmkonstrukt, das ohne Eingabewerte, oder vorzugsweise mit Eingabewerten, beispielsweise umfassend Eingabedaten und/oder Sensordaten und/oder eine Parametrierung, Ausgabewerte erzeugt.
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Gegenüber herkömmlichen Luftfedersteuerungssystemen, die lediglich eine einzige Steuereinheit aufweisen, mit der alle Aktuatoren über deren Ausgänge angesteuert werden, ist die Steuereinheit gemäß
DE 10 2018 111 003.0 also modular aufgebaut. Die Hauptsteuereinheit dient im Wesentlichen nur noch zum Aufruf und/oder zur Parametrierung der in den Nebensteuereinheiten hinterlegten Funktionen.
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Eine hinterlegte Funktion kann beispielsweise eine Niveauregulierungsfunktion sein. Demnach wird bei Bedarf die Niveauregulierungsfunktion von der Hauptsteuereinheit in den Nebensteuereinheiten aufgerufen. Als Parameter kann die Hauptsteuereinheit den Nebensteuereinheiten beispielsweise eine gewünschte konstant zu haltende Bodenfreiheit vorgeben. Bei Aufruf der Niveauregulierungsfunktion werden dann in den Nebensteuereinheiten jeweils Ventile so angesteuert, dass Gasmassen in oder aus den Luftfedern so geleitet werden, um die vorgegebene Bodenfreiheit im Wesentlichen konstant zu halten.
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Soll - um beim obigen Beispiel der Niveauregulierungsfunktion zu bleiben - von allen Nebensteuereinheiten eine Niveauregulierung einer oder mehrere Luftfedern ausgeführt werden, so kann die Hauptsteuereinheit beispielsweise in einem einzigen Rundruf an alle Nebensteuereinheiten die entsprechende Funktion oder Niveauregulierungsfunktion aufrufen. Die Hauptsteuereinheit muss hierzu nach dem Aufruf der Niveauregulierungsfunktion nicht mehr interagieren.
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Ein modularer Aufbau des Luftfedersteuerungssystems ist dadurch möglich, sodass beispielsweise unabhängig von der Anzahl der nötigen Nebensteuereinheiten immer dieselbe Hauptsteuereinheit im Fahrzeug verwendet werden kann. Zusätzlich kann ein Datenverkehr auf der oder den Datenverbindungen stark reduziert oder sogar nach Aufruf einer Funktion komplett vermieden werden. Die Bandbreite einer Datenverbindung kann somit für andere Übertragungen verwendet werden.
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Zudem ist auch eine geringere Rechenleistung der Hauptsteuereinheit nötig, da eine Verlagerung der Funktionen in die Nebensteuereinheiten erfolgt. Eine Hauptsteuereinheit kann somit bei gleicher Rechenleistung andere Funktionen wahrnehmen und lässt sich im Hinblick auf eine Luftfederung im Wesentlichen auf übergeordnete Kontrollfunktionen der Luftfederung beschränken, ohne eine zeitkritische Regelung der Luftfederung durchführen zu müssen.
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Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Luftfedersteuerungssystem bereitzustellen, das bei geringerem baulichem Aufwand erweiterte Funktionen bereitstellt.
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Die Erfindung nutzt den modularen Aufbau des Luftfedersteuerungssystems mit einer Hauptsteuereinheit und Nebensteuereinheiten nach
DE 10 2018 111 003.0 in besonderer Weise aus: Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für den besonderen Fall eines Fahrzeugs mit einer luftgefederten ersten Achse und einer zweiten Achse, die nicht zwingend luftgefedert sein muss, nicht die mindestens zwei Nebensteuereinheiten gemäß
DE 10 2018 111 003.0 notwendig sind, sondern dass eine volle Funktionalität mit einem noch einfacheren Luftfedersteuerungssystem erreicht werden kann.
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Das Luftfedersteuerungssystem ist vorgesehen für ein Fahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse. Das Luftfedersteuerungssystem weist eine Hauptsteuereinheit zum Betreiben des Luftfedersteuerungssystems und eine Nebensteuereinheit auf, die über eine Datenverbindung mit der Hauptsteuereinheit verbunden ist. Die Nebensteuereinheit weist einen der ersten Achse des Fahrzeugs zugeordneten Drucksensor zum Ermitteln von Druckmesswerten der ersten Achse auf. Die Druckmesswerte werden als Drucksensorsignale verarbeitet. Der Drucksensor kann in die Nebensteuereinheit integriert sein.
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Zudem weist die Nebensteuereinheit einen Eingang zum Erfassen von Höhensensorsignalen auf. Mit dem Eingang ist ein an der ersten Achse des Fahrzeugs angeordneter erster Höhensensor und ein an der zweiten Achse des Fahrzeugs angeordneter zweiter Höhensensor verbindbar. Von dem an der ersten Achse des Fahrzeugs angeordneten ersten Höhensensor können erste Höhenmesswerte als erste Höhensensorsignale empfangen werden. Von dem an der zweiten Achse des Fahrzeugs angeordneten zweiten Höhensensor können zweite Höhenmesswerte als zweite Höhensensorsignale empfangen werden.
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Die Nebensteuereinheit ist dazu eingerichtet, über die Datenverbindung die ersten und/oder die zweiten Höhensensorsignale und/oder die Drucksensorsignale an die Hauptsteuereinheit zu übermitteln. Die Hauptsteuereinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den ersten und/oder zweiten Höhensensorsignalen und/oder den Drucksensorsignalen eine Achslastsensierung für die erste Achse und/oder die zweite Achse durchzuführen.
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Die ersten und zweiten Höhensensorsignale und die Drucksensorsignale werden im Folgenden als „Sensorsignale“ zusammengefasst. Wenn also die Achslastsensierung oder eine Funktion in Abhängigkeit von einem Sensorsignal ausgeführt wird, dann kann die Achslastsensierung oder die Funktion in Abhängigkeit von einem ersten Höhensensorsignal, von einem zweiten Höhensensorsignal und/oder von einem Drucksensorsignal oder von beliebigen Kombinationen daraus ausgeführt werden.
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Fahrzeuge, die eine erste und eine zweite Achse aufweisen, können, aber müssen nicht zweiachsige Fahrzeuge sein. Fahrzeuge, die eine erste und eine zweite Achse aufweisen, können eine angetriebene Achse aufweisen, bei der es sich um eine Hinterachse handeln kann. Die angetriebene Achse kann luftgefedert sein. Die weitere der beiden Achsen, bei der es sich entsprechend um eine Vorderachse handeln kann, kann ebenfalls luftgefedert sein. Die weitere der beiden Achsen kann aber auch stahlgefedert sein. Insbesondere in dem Fall, dass die weitere Achse stahlgefedert ist, ist es zum Betrieb des Luftfedersteuerungssystems unnötig, dass an der weiteren Achse eine Nebensteuereinheit angeordnet ist, da sich an einer stahlgefederten Achse keine Luftfederbälge und keine zum Belüften und Entlüften der Luftfederbälge ansteuerbaren Aktoren befinden. Stahlfedern müssen im Betrieb nicht angesteuert werden. In diesem Fall wäre ein Luftfedersteuerungssystem nach
DE 10 2018 111 003.0 mit mindestens zwei Nebensteuereinheiten - d. h. hier einer Nebensteuereinheit für jede der beiden Achsen - unnötig komplex, aufwändig und teuer und durch mehr eingesetzte Elektronik durch die beiden Nebensteuereinheiten auch fehleranfälliger. Insbesondere kann die Erfindung also bei solchen Fahrzeugen Einsatz finden, an denen ein Einsatz mehr als nur einer Nebensteuereinheit für den Betrieb einer Luftfederung nicht notwendig wäre.
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Es kann nämlich auch bei einem solchen Fahrzeug, bei dem für die Luftfedersteuerung nicht mehr als eine Nebensteuereinheit notwendig wäre, gewünscht sein, zusätzliche Funktionalitäten des Luftfedersteuerungssystems zu nutzen, die über die unmittelbare Luftfedersteuerung hinausgehen. Dazu kann beispielsweise die Achslastsensierung („On-Board Weighing“) gehören, bei der eine Beladung des Fahrzeugs direkt an dem beladenen Fahrzeug ermittelt wird. Eine Achslastsensierung kann beispielsweise bei Fahrzeugen Einsatz finden, die im Betrieb häufig entladen und beladen werden, um sicherzustellen, dass solche Fahrzeuge einerseits möglichst viel Ladung transportieren, um effizient zu sein, andererseits aber auch nicht überladen werden, was einerseits zu erhöhtem Verschleiß, andererseits zu einer unmittelbaren Gefährdung führen könnte. Eine Achslastsensierung kann aber auch Einsatz finden, um beispielsweise bei einem Kauf oder Verkauf eines Schüttguts eine zugeladene Menge des Schüttguts besonders einfach bestimmen zu können, um einen Gesamtpreis zu bestimmen. Für eine Achslastsensierung ist jeweils an der Achse, an der die Achslast bestimmt werden soll, ein Höhensensor vorzusehen, um eine Einfederung an dieser Achse zu bestimmen, sofern es sich um eine stahlgefederte Achse handelt. Sofern es sich um eine luftgefederte Achse handelt, ist ein Drucksensor vorzusehen, um einen Balgdruck in Luftfederbälgen an dieser Achse zu bestimmen.
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Aus der Einfederung oder dem Balgdruck und einer in der Hauptsteuereinheit hinterlegten Achslastkennline kann die Hauptsteuereinheit für die betreffende Achse eine Achslast berechnen. Zur Berechnung einer Achslast wird auf die Patentanmeldungen
DE 10 2018 128 233.8 und
DE 10 2019 111 187.0 der Anmelderin verwiesen, in denen beispielhafte Verfahren zur Bestimmung einer Achslast einer luftgefederten Achse bzw. einer stahlgefederten Achse beschrieben sind.
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Der Drucksensor und/oder die Höhensensoren können auch für andere Funktionen an dem Fahrzeug eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Drucksensor auch für eine Druckverhältnisregelung zwischen Antriebsachsen und Schlepp- und/oder Liftachsen eingesetzt werden. Bei einer luftgefederten Achse kann ein zugeordneter Höhensensor auch für eine Bestimmung eines Abstands zwischen Chassis und Achse eingesetzt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Eingang der Nebensteuereinheit zum Empfang weiterer Sensorsignale mit einem weiteren Sensor verbindbar. Bei dem weiteren Sensor kann es sich beispielsweise um einen Sensor zum Erfassen von Abständen beispielsweise zwischen Achsen und Radeinbau oder eines Abstands eines Unterbodens des Fahrzeugs zum Untergrund handeln. Alternativ oder kumulativ ist es auch möglich, dass die Nebensteuereinheit zum Empfang weiterer Sensorsignale des weiteren Sensors oder eines weiteren Sensors einen weiteren Eingang aufweist, der zum Empfang der weiteren Sensorsignale mit dem weiteren Sensor verbindbar ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Nebensteuereinheit einen Ausgang zum Ansteuern eines mit dem Ausgang verbindbaren Aktors aufweisen. In der Nebensteuereinheit kann dann eine Funktion zum Erzeugen von Steuersignalen am Ausgang hinterlegbar sein und die Hauptsteuereinheit kann dazu eingerichtet sein, durch Aussenden von Befehlen über die Datenverbindung zumindest die hinterlegte Funktion aufzurufen und/oder zu parametrieren. Die Nebensteuereinheit kann dann dazu eingerichtet sein, Steuersignale am Ausgang in Abhängigkeit von den ersten und/oder zweiten Höhensensorsignalen und/oder den Drucksensorsignalen zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Nebensteuereinheit eingerichtet, Steuersignale am Ausgang in Abhängigkeit von den Sensorsignalen und einer Funktion, insbesondere einer hinterlegten, aufgerufenen Funktion, zu erzeugen. Besonders bevorzugt sind demnach Werte von Sensorsignalen oder daraus abgeleitete Werte mit einer Funktion, die in der Nebensteuereinheit ausgeführt wird, derart verknüpft, dass bestimmte Steuersignale am Ausgang erzeugt werden.
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Im beispielhaften Fall der obengenannten Niveauregulierungsfunktion wird der Nebensteuereinheit beispielsweise ein aktueller Zustand der vorherrschenden Bodenfreiheit, bestimmt mittels eines der Höhensensoren oder mittels beider Höhensensoren, als Sensordaten zugeführt, sodass entsprechend am Ausgang ein Aktor zur Veränderung der Bodenfreiheit oder zum Beibehalten der Bodenfreiheit angesteuert werden kann. Eine komplette Regelung eines einzelnen abgeschlossenen Systems ist somit mit einer Nebensteuereinheit möglich, wenn beispielsweise Sensordaten als Ist-Wert betrachtet werden, die Funktion Soll-Wert-Vorgaben aufweist und eine Regelung über den Ausgang durch Ansteuern eines oder mehrerer Aktoren erfolgt.
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Ein einzelnes in sich abgeschlossenes, die Nebensteuereinheit umfassendes Regelsystem kann demnach separat und unabhängig von der Hauptsteuereinheit autark eine Regelung übernehmen, nachdem diese durch Aufrufen einer Funktion von der Hauptsteuereinheit aktiviert wurde. Das weiter oben genannte Parametrieren der Funktion kann etwa eine Soll-Wert-Vorgabe für die Funktion repräsentieren.
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Insbesondere zum Einstellen eines Aktors zur Variation oder Konstanthalten einer Bodenfreiheit mit einer Nebensteuereinheit ist durch Erfassen von Abständen beispielsweise zwischen Achsen und Radeinbau oder zwischen Abstand des Unterbodens des Fahrzeugs zum Untergrund und/oder durch Aufnahme von Druckmesswerten mit einem Drucksensor zur Auswertung einer Beladungssituation eine komplette Regelbarkeit durch die Nebensteuereinheit ohne weitere Vorgaben durch eine Hauptsteuereinheit möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Nebensteuereinheit eingerichtet, zumindest einen vordefinierten festgelegten Satz von Befehlen von der Hauptsteuereinheit zu empfangen und zu interpretieren. Die Nebensteuereinheit kann auch dazu eingerichtet sein, in der Nebensteuereinheit einen vordefinierten festgelegten Satz von Funktionen zu hinterlegen. Demnach ist beispielsweise die Hauptsteuereinheit mit einem festen Satz von Befehlen ausgebildet, wobei die Interpretation eines Befehles in Abhängigkeit der Ausgestaltung einer in der Nebensteuereinheit hinterlegten Funktion erfolgt.
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Eine individuelle Anpassung des Luftfedersteuerungssystems kann demnach allein durch Anpassung der Nebensteuereinheit erfolgen. So kann unabhängig vom individuellen Aufbau eines Fahrzeugs oder den Anforderungen des Fahrzeugs, in dem ein Luftfedersteuerungssystem eingesetzt werden soll, die Hauptsteuereinheit immer identisch sein. Die gleiche Hauptsteuereinheit ist demnach beispielsweise für eine Vielzahl unterschiedlicher individueller Fahrzeuge verwendbar, sodass aufgrund großer benötigter Stückzahlen eine günstigere Realisierung der Hauptsteuereinheit möglich ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Nebensteuereinheit auch dazu eingerichtet, Sensorsignale an die Hauptsteuereinheit über die Datenverbindung zu übertragen, wenn von der Hauptsteuereinheit über die Datenverbindung ein Befehl gesendet und dieser Befehl von der Nebensteuereinheit empfangen wird. Der Befehl kann beispielsweise beinhalten, dass ein Sensorsignal ausgelesen werden soll. Vorzugsweise kann die Hauptsteuereinheit demnach, auch wenn eine Regelung unter Verwendung von Sensoren und Aktoren an sich innerhalb der Nebensteuereinheit ausgeführt wird, als Kontrollinstanz, beispielsweise für eine korrekte Funktion, verwendet werden. Die Hauptsteuereinheit ist beispielsweise so ausgebildet, dass sie intervallweise oder ausgelöst durch eine Abfrage einer wiederum übergeordneten Instanz anhand von Sensorsignalen oder anderen Daten der Nebensteuereinheit die korrekte und/oder fehlerfreie Funktion der Nebensteuereinheit prüft.
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Die Nebensteuereinheit kann an der ersten Achse des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei insbesondere die erste Achse des Fahrzeugs luftgefedert ist. Die zweite Achse des Fahrzeugs kann stahlgefedert sein. Das Fahrzeug kann ein zweiachsiges Fahrzeug sein, also genau die erste Achse und die zweite Achse aufweisen. Die erste Achse kann eine Hinterachse des Fahrzeugs sein, sodass die Hinterachse des Fahrzeugs eine luftgefederte Achse sein kann und/oder die Hinterachse des Fahrzeugs den Drucksensor aufweisen kann. Vorzugsweise ist der Drucksensor der luftgefederten Achse zugeordnet. Die zweite Achse kann eine Vorderachse des Fahrzeugs sein, sodass die Vorderachse des Fahrzeugs eine stahlgefederte Achse, aber auch eine luftgefederte Achse sein kann und/oder die Vorderachse des Fahrzeugs nur einen Höhensensor, aber keinen Drucksensor und keine Nebensteuereinheit aufweisen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Datenverbindung eine Busverbindung. Insbesondere ist die Busverbindung eine CAN-Busverbindung. Somit kann eine Hauptsteuereinheit beispielsweise im Bereich des Fahrzeugs angeordnet werden, in dem weitere übergeordnete Steuereinheiten vorhanden sind, während die Nebensteuereinheit beispielsweise im Bereich nahe eines oder mehrerer zu regelnder Aktoren angeordnet sein kann. Eine als Busverbindung, insbesondere als CAN-Busverbindung ausgebildete Datenverbindung, ist für die Verbindung der Hauptsteuereinheit mit der Nebensteuereinheit besonders vorteilhaft, da eine Busverbindung in heutigen Fahrzeugen ohnehin geplant oder vorhanden ist. Eine ohnehin vorhandene Busverbindung kann dann dafür genutzt werden, um die Kommunikation zwischen der Nebensteuereinheit und der Hauptsteuereinheit zu realisieren, ohne dass zusätzliche Kabelverbindungen bereitgestellt werden müssen.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Luftfedersystem, das insbesondere ein Luftfedersteuerungssystem wie im Vorhergehenden beschrieben aufweist und/oder das insbesondere mittels eines Luftfedersteuerungssystems wie im Vorhergehenden beschrieben steuerbar ist. Das Luftfedersystem weist einen an der ersten Achse des Fahrzeugs angeordneten und mit dem Eingang der Nebensteuereinheit verbundenen ersten Höhensensor zum Ermitteln von ersten Höhenmesswerten und einen an der zweiten Achse des Fahrzeugs angeordneten und mit dem Eingang der Nebensteuereinheit verbundenen zweiten Höhensensor zum Ermitteln von zweiten Höhenmesswerten auf.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das Luftfedersystem einen Aktor zum Verbinden mit dem Luftfedersteuerungssystem auf. Der Aktor ist ein Ventilantrieb und eingerichtet, die Durchflussmenge des mit dem Ventilantrieb zur Betätigung verbundenen Ventildurchgangs eines Ventils stufenlos oder mit mehr als drei Stufen zu betätigen.
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Hierdurch lässt sich etwa die Geschwindigkeit der Variation einer Bodenfreiheit einstellen. Beispielsweise lässt sich somit die Bodenfreiheit während der Fahrt mit einer geringeren Geschwindigkeit verändern als während des Stillstands, um beispielsweise während der Fahrt keinen abrupten Einfluss auf die Fahrdynamik auszuüben.
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Insbesondere bei Omnibussen ergibt sich der Vorteil, dass im Stand des Busses zum Ein- und Aussteigen von Passagieren eine besonders schnelle Anpassung der Bodenfreiheit ermöglicht wird. Dies wird vorzugsweise durch dasselbe Ventil möglich, das während der Fahrt eine Niveauregelung unterstützt, ohne dass mehrere parallel geschaltete Ventile nötig sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Ventilantrieb einen Schrittmotor auf. Ein Schrittmotor ist in einer Vielzahl von Stufen in einfacher Weise einstellbar, sodass in Abhängigkeit der Schrittweite des eingesetzten Schrittmotors eine Vielzahl von Stufen zur Betätigung des Ventils möglich ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Aktor des Luftfedersystems ausgebildet, um mit einem Ausgang der Nebensteuereinheit verbunden zu werden.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, das insbesondere ein Nutzfahrzeug oder ein Personenkraftwagen ist und ein Luftfedersteuerungssystem wie im Vorhergehenden beschrieben und/oder ein Luftfedersystem wie im Vorhergehenden beschrieben aufweist.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeugs mit einem Luftfedersteuerungssystem wie im Vorhergehenden beschrieben und/oder einem Luftfedersystem wie im Vorhergehenden beschrieben.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden Steuersignale am Ausgang der Nebensteuereinheit in Abhängigkeit von Funktionen, die in der Nebensteuereinheit hinterlegt sind, und in Abhängigkeit von Befehlen, die von einer Hauptsteuereinheit an die Nebensteuereinheit gesendet werden, erzeugt.
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Es ist möglich, dass die Steuersignale zusätzlich in Abhängigkeit von Sensorsignalen mindestens eines mit der Nebensteuereinheit verbundenen Sensors erzeugt werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden Steuersignale am Ausgang der Nebensteuereinheit in Abhängigkeit von den ersten und/oder zweiten Höhensensorsignalen am Eingang und/oder den Drucksensorsignalen erzeugt.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen
- 1: eine schematische Darstellung eines Luftfedersteuerungssystems und eines Luftfedersystems mit zwei Nebensteuereinheiten bei zwei luftgefederten Achsen,
- 2: eine schematische Darstellung eines Luftfedersteuerungssystems und eines Luftfedersystems mit zwei Nebensteuereinheiten bei einer luftgefederten Achse und einer stahlgefederten Achse,
- 3: eine schematische Darstellung eines Luftfedersteuerungssystems und eines Luftfedersystems mit einer Nebensteuereinheit bei einer luftgefederten Achse und einer stahlgefederten Achse und
- 4: ein Luftfedersystem mit einem Luftfedersteuerungssystem.
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1 zeigt ein Luftfedersteuerungssystem 10 und ein Luftfedersystem 26 für ein Fahrzeug 48. Das Luftfedersteuerungssystem 10 umfasst eine Hauptsteuereinheit 12 und zwei Nebensteuereinheiten 14. Die Nebensteuereinheiten 14 sind jeweils über eine Datenverbindung 16 mit der Hauptsteuereinheit 12 verbunden. Demnach dient die Datenverbindung 16 zum Übertragen von Daten von der Hauptsteuereinheit 12 zu den Nebensteuereinheiten 14 und von den Nebensteuereinheiten 14 zur Hauptsteuereinheit 12.
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In 1 ist die Datenverbindung 16 durch zwei einzelne Stränge dargestellt, die beispielsweise jeweils mehrere elektrische oder optische Leitungen umfassen. Gemäß einem anderen, in 1 nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese beiden Stränge nicht separiert und es besteht eine gemeinsame Datenverbindung zwischen der Hauptsteuereinheit 12 und beiden Nebensteuereinheiten 14 (vgl. 2). Diese gemeinsame Datenverbindung ist vorzugsweise ein Bussystem.
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Jede der Nebensteuereinheiten 14 weist zwei Ausgänge 18 auf, mit denen jeweils ein Aktor 20 elektrisch verbunden ist. Außerdem umfasst jede der Nebensteuereinheiten 14 jeweils zwei Eingänge 22, mit denen jeweils ein Sensor 24 verbunden ist.
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Das Luftfedersteuerungssystem 10 ist nun derart ausgebildet, dass zunächst über die Hauptsteuereinheit 12 mittels der Datenverbindung 16 Funktionen in den Nebensteuereinheiten 18 aufgerufen und diese parametriert werden. Anhand dieser Funktionen werden dann Ausgangssignale an den Ausgängen 18 für die Aktoren 20 in Abhängigkeit der Funktion sowie von Sensordaten erzeugt, die über die Sensoren 24 den Eingängen 22 der Nebensteuereinheiten 14 bereitgestellt werden. Funktionen sind beispielsweise das Anheben oder Absenken eines Fahrzeugs mit dem Luftfedersteuerungssystem oder das Neigen des Fahrzeugs oder eine Niveauregulierung bei oder nach dem Beladen eines Fahrzeugs.
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2 zeigt ein Luftfedersteuerungssystem 10 und ein Luftfedersystem 26 entsprechend 1. Das Luftfedersteuerungssystem 10 umfasst ebenfalls eine Hauptsteuereinheit 12 und zwei Nebensteuereinheiten 14, wobei die Nebensteuereinheiten 14 über eine Datenverbindung 16 mit der Hauptsteuereinheit 12 verbunden sind. In 2 ist die Datenverbindung 16 schematisch als ein einzelner Strang dargestellt, der beispielsweise mehrere elektrische oder optische Leitungen umfasst. Die Datenverbindung 16 kann in dieser Weise eine gemeinsame Datenverbindung 16 zwischen der Hauptsteuereinheit 12 und beiden Nebensteuereinheiten 14 bilden, beispielsweise als ein Bussystem. Die Datenverbindung kann aber auch zwei oder mehr einzelne Stränge aufweisen.
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Im Gegensatz zu 1 ist in 2 dargestellt, dass von zwei Achsen 36 des Fahrzeugs mit Rädern 38 nur eine Achse 36a luftgefedert ist und entsprechend Luftfederbälge 40 mit Aktoren 20 aufweist. Die andere Achse 36b ist stahlgefedert und weist entsprechend Stahlfedern 42 auf.
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2 zeigt zwei verschiedenen Arten von Sensoren 24: Zum einen ist in den Nebensteuereinheiten 14 jeweils ein Drucksensor 46 angeordnet. Indem jeder der Achsen 36 eine Nebensteuereinheit 14 zugeordnet ist, ist somit auch jeder der Achsen 36 ein Drucksensor 46 zugeordnet. Weiterhin ist jeder der Achsen 36 ein Höhensensor 44 zugeordnet, wobei hier jeder der Nebensteuereinheiten 14 genau ein Höhensensor 44 zugeordnet ist, wobei jeweils die Nebensteuereinheit 14 und der ihr zugeordnete Höhensensor 44 derselben Achse 36 zugeordnet sind.
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3 zeigt in der 2 analoger Weise ein Luftfedersteuerungssystem 10 mit einer Hauptsteuereinheit 12. Das Luftfedersteuerungssystem 10 nach 3 ist ebenfalls an einem Fahrzeug angeordnet, das eine luftgefederte Achse 36a und eine stahlgefederte Achse 36b aufweist. Gemäß 3 ist aber nur an der luftgefederten Achse 36a eine Nebensteuereinheit 14 angeordnet. Dementsprechend ist auch nur der luftgefederten Achse 36a ein Drucksensor 44 zugeordnet. Sowohl der luftgefederten Achse 36a als auch der stahlgefederten Achse 36b ist aber ein Höhensensor 44 zugeordnet. Beide Höhensensoren 44 sind derselben, an der luftgefederten Achse 36a angeordneten Nebensteuereinheit 14 zugeordnet. Dies ist möglich, weil die Nebensteuereinheit 14 zwei Eingänge 22 für Höhensensordaten aufweist. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Höhensensoren 44 mit demselben Eingang 22 der Nebensteuereinheit verbunden sind.
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Weil hier nur eine luftgefederte Achse 36a vorhanden ist, an der Luftfederbälge 38 mittels der Aktoren 20 angesteuert werden müssen, genügt die eine Nebensteuereinheit 14 zur vollständigen Steuerung der Luftfederung des Fahrzeugs. Indem der Höhensensor 44 der stahlgefederten Achse 36b zusätzlich zu dem Höhensensor 44 der luftgefederten Achse 36a und dem Drucksensor 46 der luftgefederten Achse 36a der Nebensteuereinheit 14 zugeordnet ist, können die Nebensteuereinheit 14 und die Hauptsteuereinheit 12 aber die Sensordaten der Sensoren 24, 44, 46 so auswerten, dass sogar zusätzliche, über die reine Luftfederung hinausgehende Funktionen gewährleistet werden können:
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Aus den Höhensensordaten des Höhensensors 44 der luftgefederten Achse 36a und/oder den Höhensensordaten des Höhensensors 44 der stahlgefederten Achse 36b kann eine Einfederung der luftgefederten Achse 36a und/oder der stahlgefederten Achse 36b ermittelt werden. Das Ermitteln der Einfederung kann durch die Hauptsteuereinheit 12 vorgenommen werden, indem die Höhensensordaten von der Nebensteuereinheit 14 über die Datenverbindung 16 an die Hauptsteuereinheit übertragen werden. Auch die Drucksensordaten können von der Nebensteuereinheit 14 über die Datenverbindung 16 an die Hauptsteuereinheit übertragen werden. Die Hauptsteuereinheit 12 kann für die stahlgefederte Achse 36b aufgrund deren Einfederung und für die luftgefederte Achse aufgrund der Drucksensordaten, die einen Balgdruck in den Luftfederbälgen 40 anzeigen können, eine Achslastsensierung vornehmen.
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4 zeigt ein Luftfedersystem 26, das mittels des Luftfedersteuerungssystems 10 steuerbar ist. Hierbei weist das Luftfedersystem einen Aktor 20 auf, der als Ventilantrieb 28 ausgebildet ist. Der Ventilantrieb 28 ist demnach mit einem Ausgang 18 der Nebensteuereinheit 14 verbunden. Der Ventilantrieb 28 ist Bestandteil eines Ventils 30 und weist einen Schrittmotor 32 auf, um einen Ventildurchgang 34 des Ventils 30 stufenlos oder mit mehr als drei Stufen zu betätigen.
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Das Ventil 30 wird also von der Nebensteuereinheit 14 derart angesteuert, dass für den Ventilantrieb 28 eine Stufe des Ventildurchgangs 34, die gewünscht ist, bereitgestellt wird. Der Ventilantrieb 28 stellt dann mit Hilfe des Schrittmotors 32 den Ventildurchgang 34 entsprechend der gewünschten Stufe ein. Hierdurch wird die Durchflussmenge durch das Ventil 30 derart variiert, dass beispielsweise ein langsames oder schnelles Anheben eines Fahrzeugs durch Füllen eines Zylinders mit Gas, insbesondere Luft, entsprechend der Durchflussmenge ermöglicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Luftfedersteuerungssystem
- 12
- Hauptsteuereinheit
- 14
- Nebensteuereinheit
- 16
- Datenverbindung
- 18
- Ausgang zum Verbinden eines Aktors
- 20
- Aktor
- 22
- Eingang zum Erfassen von Sensordaten
- 24
- Sensor
- 26
- Luftfedersystem
- 28
- Ventilantrieb
- 30
- Ventil
- 32
- Schrittmotor
- 34
- Ventildurchgang
- 36
- Achse
- 38
- Rad
- 40
- Luftfederbalg
- 42
- Stahlfeder
- 44
- Höhensensor
- 46
- Drucksensor
- 48
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018111003 [0009, 0015, 0021, 0026]
- DE 102018128233 [0028]
- DE 102019111187 [0028]
