DE102020001797B4

DE102020001797B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Achslastsensierung

Info

Publication number: DE102020001797B4
Application number: DE102020001797.5A
Authority: DE
Inventors: Sertac Karacan
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: WO2021185560A1; DE102020001797A1

Abstract

Verfahren zur Achslastsensierung einer luftgefederten Fahrzeugachse (1) mit zumindest einer Luftfeder (1a), umfassend die Schritte:a) Erfassen eines absoluten Luftdrucks pabs der zumindest einen Luftfeder (1a);b) Ermitteln eines Atmosphärendrucks patm anhand eines Standorts der Fahrzeugachse (1); undc) Ermitteln einer auf die Fahrzeugachse (1) wirkenden Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks patm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Achslastsensierung einer luftgefederten Fahrzeugachse mit zumindest einer Luftfeder. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung zur Achslastsensierung.
Besonders im Nutzfahrzeugbereich spielt das zuverlässige Messen von Belastungen an den Achsen und/oder an anderen lasttragenden Bauteilen eine wichtige Rolle. Aufgrund der in diesem Bereich meist hohen und zudem - z. B. aufgrund von Be- und Entladevorgängen - oftmals wechselnden Kräfte unterliegen die Fahrzeugteile dort erfahrungsgemäß hohen Beanspruchungen, die zu deren Verschleiß und damit zu Gefahrensituationen (z. B. Achsbruch) führen können. Daneben stellt die Verteilung der Achslasten an den einzelnen Fahrzeugachsen eine entscheidende Größe zur Überprüfung des zulässigen Fahrzeuggesamtgewichts dar, was sich wiederum auf die Fahrzeugführung (z. B. Bremsverhalten, Befahrbarkeit von Brücken etc.) auswirken kann. Weiterhin kann das Wissen über die aktuelle Achs- bzw. Radlastverteilung auch bei einer Reihe von Fahrdynamikregelsystemen, darunter z. B. ABS und/oder ESP, Schutzsystemen gegen ein Überschlagen des Fahrzeuges und/oder Systemen zur Stabilisierung von Wankbewegungen Verwendung finden.
Zur Ermittlung von Achs- bzw. Radlasten gibt es im Stand der Technik verschiedene Ansätze, die zum Teil auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. Neben dem Einsatz von Dehnungsmessstreifen und/oder von piezorestriktiven Quarz-Kraftaufnehmern kann insbesondere bei luftgefederten Fahrzeugen die Achslastsensierung auch über, an Federbälgen der Luftfedern angeschlossene bzw. an diesen angeordnete, Drucksensoren erfolgen. Grundsätzlich können dazu sowohl Absolutdrucksensoren als auch Relativdrucksensoren eingesetzt werden. Bei Absolutdrucksensoren wird ein zu messender Druck absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber einem, vorzugsweise idealen (p = 0 bar), Vakuum erfasst. Mit einem Relativdrucksensor wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck (zumeist dem Atmosphärendruck am Einsatzort) aufgenommen. Während im Fall von Relativdrucksensoren aufgrund der benötigen Kopplung an den Atmosphärendruck besondere Anforderungen an den Anbringungsort gestellt werden, muss im Fall von Absolutdrucksensoren in der Regel eine Anpassung bzw. Kalibrierung an den wetter- und höhenabhängigen tatsächlichen Außendruck erfolgen.
Letzteres kann dabei z. B. über einen zusätzlich am Fahrzeug angebrachten Atmosphärendrucksensor geschehen, wobei sich dadurch der Montageaufwand und die Fehleranfälligkeit erhöhen.
In der DE 10 2017 008 973 A1 wird ein Verfahren zur Lastbestimmung eines Fahrzeugs gezeigt, wobei das Fahrzeug ein Luftfederungssystem mit Luftfederungsmitteln umfasst, das an mindestens einer Vorderachse und mindestens einer Hinterachse eingerichtet ist, wobei die Höhe der Karosserie in Bezug auf die Achsen durch Steuern der Luftmenge in den Federungsmitteln geändert werden kann und dadurch die Ausdehnung der Federungsmittel geändert wird. Das Verfahren umfasst den Schritt zum Bestimmen der Last auf den Federungsmitteln auf Basis des Drucks in den Federungsmitteln und der Alterung der Federungsmittel.
Die DE 100 29 332 A1 schlägt vor eine Information über den Beladungszustand eines Fahrzeugs mit zumindest einer luftgefederten Achse zu liefern, indem ein Sensor zur Erfassung des Balgdruckes und ein weiterer Sensor zur Erfassung des Einfederweges an jeder der in den Radaufhängungen des Fahrzeuges verwendeten Luftfedern angeordnet wird und sowohl der Druck als auch das Federsignal in einer elektronischen Rechenvorrichtung weiterverarbeitet werden.
Die DE 198 13 672 C1 zeigt eine Luftfederungsanlage für Fahrzeuge mit Luftfederelementen, einem Kompressor und einem davon gespeisten Zentraldruckspeicher zur Druckluftversorgung der Luftfederelemente sowie einem Speicherdrucksensor, der den Luftdruck im Zentraldruckspeicher detektiert und einen damit korrelierenden Signalwert generiert. Die Signalwerde des Speicherdrucksensors werden verarbeitet und eine Druckbeaufschlagung des Zentraldruckspeichers durch den Kompressor veranlasst, wenn ein vorbestimmter unterer Schwellensignalwert erreicht ist und beendet, wenn ein vorbestimmter oberer Schwellsignalwert erreicht ist. Eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit wird dadurch erreicht, dass ein Umgebungsdrucksensor vorgesehen ist, der den Luftdruck in der Umgebung des Fahrzeugs detektiert und in Abhängigkeit davon der obere Schwellsignalwert variiert wird.
Entsprechend ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zur zuverlässigen Erfassung von Belastungen an lastragenden Fahrzeugteilen bereitzustellen, mit der die Nachteile der bisherigen Lösungen vermieden werden können. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer mit wenigen Sensoren eine einfache und betriebssichere Achslastsensierung ermöglicht wird.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Nach einem ersten unabhängigen Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Achslastsensierung einer luftgefederten Fahrzeugachse mit zumindest einer Luftfeder. Unter dem Ausdruck „Fahrzeugachse“ soll hierbei gemäß der Definition in B. Heißing (Hrsg.) et al., Fahrwerkshandbuch (DOI 10.1007/978-3-8348-8168-7), Kapitel 4, die gesamte Verbindung zweier Räder und Radaufhängung für Einzelräder samt ihrer Anbindung an das Fahrgestell bzw. den Fahrgestellrahmen verstanden werden, wobei hierbei beispielsweise auch Achsen von nicht motorisierten Fahrzeugen, wie Anhängern, Sattelaufliegern etc., mitumfasst sein sollen. Gemäß obiger Definition hat somit z. B. ein üblicher PKW unabhängig von der konkreten Ausgestaltung zwei Achsen und vier Radaufhängungen. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

Erfassen eines absoluten Luftdrucks pabs der zumindest einen Luftfeder. Anders ausgedrückt soll ein Luftdruck der Luftfeder (z. B. der Druck in einem Luftfederbalg der Luftfeder) absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber einem, vorzugsweise idealen, Vakuum, erfasst werden.

Ermitteln eines Atmosphärendrucks patm anhand eines, vorzugsweise aktuellen, Standorts der Fahrzeugachse. D. h., anstelle eines tatsächlichen Messens bzw. Detektierens des Atmosphärendrucks patm (z. B. über einen zusätzlichen Atmosphärendrucksensor) soll vorliegend der Atmosphärendruck patm, d. h. der hydrostatische Druck der Umgebungsluft, auf Basis des Standorts bestimmt werden. Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben werden wird, kann patm dazu z. B. über ein hinterlegtes Atmosphärendruck-Kennfeld, das für bestimmte Positionen vorgegebene Atmosphärendruckwerte umfasst, ermittelt werden und/oder über einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, beispielsweise der internationalen Höhenformel, für den jeweiligen Standort berechnet werden. Auf vorteilhafte Weise ist dadurch kein weiterer Sensor zum Erfassen des Atmosphärendrucks patm erforderlich.
Ferner umfasst das Verfahren den Schritt eines Ermittelns einer auf die Fahrzeugachse wirkenden Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks patm. Mit anderen Worten soll letztlich auf Grundlage der beiden Größen pabs und patm ein Bestimmen der Achslast erfolgen, wozu im Stand der Technik bekannte Berechnungsmethoden verwendet werden können. Beispielsweise kann die auf die Fahrzeugachse wirkende Achslast, d. h. die auf die Fahrzeugachse ausgeübte (Gewichts-)Kraft, über den Zusammenhang $F_{a c h s e} = A \cdot (p_{a b s} - p_{a t m})$
berechnet werden. Dabei ist der erste Faktor die, in der in der Regel bekannte, gesamte aktuell wirksame Fläche A der Luftfeder, während der zweite Faktor die Differenz zwischen einem absoluten Druck p_atm und dem Atmosphärendruck p_atm enthält. Das Ergebnis letzterer Differenz beschreibt hierbei den in der Luftfeder herrschenden relativen Luftdruck p_rel.
In diesem Zusammenhang kann der Schritt des Ermittelns der Achslast gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung auch ein Umrechnen des erfassten absoluten Luftdrucks p_abs in einen relativen Luftdruck p_rel anhand des berechneten Atmosphärendrucks p_atm umfassen. Mit anderen Worten soll explizit, vorzugsweise in einem Zwischenschritt, die Größe „relativer Luftdruck p_rel“ z. B. durch die oben genannte Differenzbildung p_rel = p_abs - P_atm berechnet werden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch der in der Luftfeder herrschende relative Luftdruck p_rel auch für andere Anwendungen, z. B. Druck- bzw. Niveauregulierung der Luftfederanlage, zur Verfügung stehen. Die Achslast kann sodann - lediglich beispielhaft - über den nachfolgenden Zusammenhang berechnet werden: $F_{a c h s e} = A \cdot p_{r e l} .$
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ein Empfangen von Positionsdaten und Ermitteln des Standorts anhand der empfangenen Positionsdaten umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Positionsdaten um GPS-Positionsdaten, die z. B. von mehreren GPS-Satelliten gesendet werden, oder um andere sattelitenbasierte Positionsdaten. Zudem oder alternativ können die Positionsdaten auch von terrestrischen Sendern, wie z. B. GSM-, UMTS-, LTE-Sendeanlagen, empfangen werden. Auf Basis der empfangenen Positionsdaten - d. h. von Daten, die eine Lage (Koordinaten) eines Ortes im Raum betreffen - soll sodann eine Standortbestimmung erfolgen, wobei im Stand der Technik bekannte Methoden (z. B. Trilateration und/oder Triangulation) Verwendung finden können. Auf vorteilhafte Weise steht dadurch ein möglichst aktueller sowie genauer Standort zur Ermittlung des Atmosphärendrucks patm zur Verfügung.
Zudem oder alternativ kann das Verfahren auch ein direktes Empfangen des, vorzugsweise aktuellen, Standorts umfassen. Mit anderen Worten soll die Standortbestimmung extern erfolgen und lediglich das Ergebnis bereitgestellt werden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch auf eine fahrzeugseitige Standortermittlung verzichtet werden, wodurch dort Rechenkapazität eingespart werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Schritt des Ermittelns des Atmosphärendrucks p_atm ein Bestimmen einer Standorthöhenlage h_s (z. B. einer Höhe über dem Meeresspiegel oder einer ellipsoidischen Höhe) umfassen. Dies kann z. B. anhand des Standorts und/oder der empfangenen Positionsdaten erfolgen. Weiterhin kann der Schritt des Ermittelns des Atmosphärendrucks p_atm sodann ein Berechnen des Atmosphärendrucks p_atm anhand eines vorgegebenen, d. h. zuvor festgelegten, funktionalen Zusammenhangs zwischen Atmosphärendruck patm und Standorthöhenlage h_s umfassen. Beispielsweise kann hierbei ein Berechnen des Atmosphärendrucks patm in der Näherung einer isothermen Atmosphäre erfolgen: $p_{a t m} = p_{0} \cdot e^{- \frac{h_{s}}{8.430 m}}$
In diesem Zusammenhang soll p₀ den auf Normalnull bezogenen Luftdruck (z. B. 1.013,25 hPa) und h_s die Standorthöhenlage in Höhe über Normalnull bezeichnen. Alternativ kann als funktionaler Zusammenhang auch die internationale Höhenformel verwendet werden $p_{a t m} = 1013,25 \cdot {(1 - \frac{0,0065 \cdot h_{s}}{288,15})}^{5.258} h P a,$
wobei hier die Standorthöhenlage h_s in Höhe in Meter über Normalnull einzusetzen ist. Vorgenannte funktionale Zusammenhänge sind dabei lediglich beispielhaft zu verstehen, sodass je nach konkretem Anwendungsfall auch weitere funktionale Zusammenhänge zwischen Atmosphärendruck p_atm und Standorthöhenlage h_s Verwendung finden können. Der Vorteil oben genannter Zusammenhänge ist dabei allerdings, dass allein auf Basis der Standorthöhenlage h_s eine einfache Atmosphärendruckbestimmung mit zumeist ausreichender Genauigkeit erfolgen kann.
Um die Genauigkeit bei der Ermittlung des Atmosphärendrucks p_atm zu erhöhen, kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung das Verfahren ferner ein Erfassen und/oder Empfangen einer Standorttemperatur T_s umfassen. Als Standorttemperatur T_s kann dabei eine Temperatur der Umgebung bzw. Atmosphäre am Standort der Fahrzeugachse verstanden werden. Beispielsweise kann die Standorttemperatur T_s mittels eines Außentemperatursensors erfasst werden und/oder von externen Sendern empfangen werden. Die Übertragung kann dabei z.B. über ein Mobilfunknetz, über „Car2Car“-Kommunikation, über „Car2Infrastructure“-Kommunikation oder andere „Car2x“-Kommunikation erfolgen. Anhand der Standorttemperatur T_s kann sodann ein Ermitteln des Atmosphärendrucks p_atm erfolgen. Mit anderen Worten soll neben dem Standort, vorzugsweise der Standorthöhenlage, der Fahrzeugachse auch die Standorttemperatur T_s bei der Ermittlung des Atmosphärendrucks p_atm miteinfließen, wodurch auf vorteilhafte Weise auch der meteorologische Zustand der Atmosphäre mitberücksichtig werden kann.
Hierbei kann, falls das Ermitteln des Atmosphärendrucks patm, wie vorstehend erwähnt, über einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang erfolgt, der vorgegebene funktionale Zusammenhang - gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung - ein funktionaler Zusammenhang zwischen Atmosphärendruck patm, Standorthöhenlage h_s und Standorttemperatur T_s sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Ermitteln des Atmosphärendrucks p_atm mittels eines Atmosphärendruck-Kennfelds erfolgen. Dazu soll das Atmosphärendruck-Kennfeld - das z. B. in Form einer Atmosphärendruck-Datenbank ausgebildet sein kann - für bestimmte Positionen vorgegebene, d. h. zuvor festgelegte, Atmosphärendruckwerte umfassen. Als Positionen können dabei, z. B. über geographische Länge und Breite definierte, Orte der Erde verstanden werden. Anstelle eines entsprechenden Berechnens des Atmosphärendrucks patm kann gemäß diesem Aspekt somit in erster Linie ein Auslesen bzw. Abfragen des entsprechenden Atmosphärendruckwerts aus dem, vorzugsweise regelmäßig aktualisierten, Atmosphärendruck-Kennfeld erfolgen. Dieses kann dabei z. B. im Fahrzeug und/oder in einer externen Speichereinrichtung hinterlegt sein, wobei das Verfahren in letzterem Fall ein entsprechendes Empfangen eines Atmosphärendruckwerts umfassen kann.
Abhängig von der Rasterung des Atmosphärendruck-Kennfelds wird der Standort der Luftfeder in der Regel nicht unmittelbar einem Positionseintrag des Atmosphärendruck-Kennfelds entsprechen, sodass zur Atmosphärendruck-Ermittlung z.B. der Atmosphärendruckwert einer dem Standort nächstgelegenen Position verwendet werden kann. Um hierbei auf vorteilhafte Weise die Genauigkeit der Atmosphärendruck-Ermittlung weiter zu erhöhen, kann das Ermitteln des Atmosphärendrucks p_atm gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch ein Interpolieren zwischen mehreren vorgegebenen Atmosphärendruckwerten umfassen. Beispielsweise kann dazu der Mittelwert von zwei oder drei Atmosphärendruckwerten gebildet werden, wobei die Atmosphärendruckwerte den zwei oder drei dem Standort nächstgelegenen Positionseinträgen des Atmosphärendruck-Kennfelds zugeordnet sind. Zudem oder alternativ können auch andere Methoden der Schätzung des Atmosphärendruckverlaufs zwischen den vorgegebenen Atmosphärendruckwerten verwendet werden, beispielsweise eine Polynominterpolation.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann, falls das Verfahren, wie vorstehend erwähnt, ein Erfassen und/oder Empfangen einer Standorttemperatur T_s umfasst, das Atmosphärendruckkennfeld auch ein Atmosphärendruck-Temperatur-Kennfeld sein. Mit anderen Worten soll das Atmosphärendruck-Kennfeld für bestimmte Positionen und für bestimmte Temperaturen vorgegebene, d. h. zuvor festgelegte, Atmosphärendruckwerte umfassen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfache Möglichkeit der Atmosphärendruck-Ermittlung bereitgestellt werden, bei der auch der meteorologische Zustand der Atmosphäre mitberücksichtig wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die zumindest eine Luftfeder Teil einer Luftfederanlage zur Niveauregulierung der Fahrzeugachse sein. Anders ausgedrückt kann die Luftfederanlage eingerichtet sein, den Abstand zwischen einem Fahrzeugaufbau und der Fahrzeugachse bzw. den üblicherweise daran angeschlossenen Radaufhängungen oder Rädern zu regeln. Zudem oder alternativ kann die Fahrzeugachse eine Hinterachse sein und/oder die Luftfederanlage eine Hinterachsluftfederanlage sein. Eine derartige Hinterachsluftfederanlage ist beispielsweise bei Sattelzugmaschinen und Lastkraftwagen vom BL (Blatt-Luft)-Typ bereits vorhanden. Beim BL-Typ ist an der Vorderachse eine Stahlblattfeder und an der. Hinterachse eine Luftfederanlage verbaut. Damit kann das Verfahren auf vorteilhafte Weise auf Komponenten zurückgreifen, die bereits vorhanden sind.
Um auch bei eventuellen Änderungen der Niveauhöhe eine zuverlässige Achslastsensierung zu ermöglichen kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung das Verfahren ein Ermitteln einer Niveauhöhe der zumindest einer Luftfeder umfassen. Neben einer direkten Erfassung der - als Niveauhöhe bezeichneten - Höhe der zumindest einen Luftfeder kann dabei alternativ auch ein Ermitteln einer Größe erfolgen, von der die Niveauhöhe der zumindest einer Luftfeder ableitbar ist. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen zwei - im Fall von Niveauänderungen - relativ zueinander bewegten Teilen (z. B. Fahrzeugaufbau und Fahrzeugachse) ermittelt werden. Weiterhin kann das Verfahren ein Ermitteln der auf die Fahrzeugachse wirkenden Achslast unter Berücksichtigung der ermittelten Niveauhöhe umfassen. D. h. die ermittelte Niveauhöhe kann bei der Ermittlung bzw. Berechnung der Achslast miteinfließen, beispielsweise in Form einer niveauhöhenabhängiger, wirksamen Fläche A. Hintergrund hierbei ist, dass sich die wirksame Fläche A der Luftfeder in der Regel mit der Niveauhöhe ändert (z. B. durch Änderung der Faltung beim Faltenbalg), sodass sich ggf. trotz gleichbleibender Beladung bei unterschiedlichen Niveauhöhen unterschiedliche Achslastwerte ergeben könnten. Zur Kompensation soll vorliegend beim Ermitteln der Achslast die ermittelten Niveauhöhe mitberücksichtigt werden. Dies kann dabei z. B. in Form von, für den jeweiligen Luftfedertyp (Rollbalg, Faltenbalg etc.) vorgegebenen und/oder zuvor kalibrierten, Kennlinien erfolgen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die luftgefederte Fahrzeugachse zumindest zwei, vorzugsweise an gegenüberliegenden Enden der Fahrzeugachse angeordnete, Luftfedern umfassen, die nachfolgend zur besseren Unterscheidbarkeit als erste und zweite Luftfeder bezeichnet werden sollen. Hierbei kann der Schritt des Erfassens sowohl ein Erfassen eines ersten absoluten Luftdrucks p_abs der ersten Luftfeder als auch ein Erfassen eines zweiten absoluten Luftdrucks pabs der zweiten Luftfeder umfassen. Weiterhin kann das Ermitteln der Achslast auf Basis des erfassten ersten und zweiten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks p_atm erfolgen. Hierzu kann beispielsweise zunächst der Mittelwert aus dem ersten und zweiten absoluten Luftdruck pabs berechnet werden. Alternativ dazu kann auch für jede der Luftfedern separat eine entsprechende Achslastermittlung erfolgen (was in der Regel einer Radlastermittlung entspricht) und anschließend ggf. eine gewichtete Mittelung der Achs- bzw. Radlasten vorgenommen werden. Auf vorteilhafte Weise können dadurch auch unsymmetrische Lastverteilungen berücksichtigt werden. Zudem oder alternativ können die, in diesem Zusammenhang ermittelten, Radlasten auch einem Fahrer und/oder einem Fahrdynamikregelsystem bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können die erste und zweite Luftfeder an verschiedenen Stellen der Fahrzeugachse angeordnet sein. Vorzugsweise befinden sich die verschiedenen Stellen dabei an gegenüberliegenden Enden der Fahrzeugachse und/oder gegenüberliegenden Fahrzeuglängsseiten. Beispielsweise kann die erste Luftfeder - bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung - auf einer linken und die zweite Luftfeder - bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung - auf einer rechten Seite der Fahrzeugachse angeordnet sein. Wie vorstehend erwähnt ist dies besonders vorteilhaft, um unsymmetrische Lastverteilungen auf die Fahrzeugachse zu erfassen.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Achslastsensierung. Die Vorrichtung soll hierbei dazu eingerichtet sein, ein Verfahren wie in diesem Dokument beschrieben durchzuführen. Dazu kann die Vorrichtung zumindest eine Sensoreinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, einen absoluten Luftdruck p_abs der zumindest einen Luftfeder zu erfassen. Weiterhin kann die Vorrichtung eine Ermittlungseinrichtung umfassen, die ausgebildet ist, einen Atmosphärendruck p_atm anhand eines Standorts der Fahrzeugachse zu ermitteln. Dies kann lediglich beispielhaft z. B. über ein hinterlegtes Atmosphärendruck-Kennfeld und/oder über einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, wie beispielsweise die internationale Höhenformel, für den jeweiligen Standort berechnet werden. Weiterhin kann die Ermittlungseinrichtung ausgebildet sein, eine auf die Fahrzeugachse wirkende Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks p_abs und des ermittelten Atmosphärendrucks p_atm zu ermitteln. Je nach . Ausführungsform kann die Vorrichtung ggf. über entsprechende Komponenten verfügen, darunter z. B. eine Empfangseinrichtung, die ausgebildet ist, Positionsdaten und/oder eine Standorttemperatur zu empfangen, und/oder eine weitere Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, eine Standorttemperatur zu erfassen, und/oder eine Höhenmesseinrichtung, die ausgebildet ist, eine Niveauhöhe der zumindest einer Luftfeder zu erfassen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt. Die vorgenannten Aspekte und erfindungsgemäßen Merkmale, insbesondere betreffend das Ermitteln des Atmosphärendrucks und das Ermitteln der auf die Fahrzeugachse wirkenden Achslast gelten somit auch für die Vorrichtung und die Ermittlungseinrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug aufweisend eine Vorrichtung zur Achslastsensierung, wie in diesem Dokument beschrieben. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Nutzfahrzeug. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und oder einen Sattelzug handeln.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Achslastsensierung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Achslastsensierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind dabei in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
1 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Achslastsensierung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Verfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Verfahren zur Achslastsensierung einer luftgefederten Fahrzeugachse 1 mit zumindest einer Luftfeder 1a (z. B. einem Rollbalg). Unter dem Ausdruck „luftgefedert“ kann hierbei ein Federungssystem verstanden werden, bei dem die Kompressibilität von Gasen, insbesondere von Luft, zur Federung der Fahrzeugachse 1 genutzt wird. Das Verfahren umfasst dabei in einem Schritt S1 ein Erfassen eines absoluten Luftdrucks p_abs der zumindest einen Luftfeder 1a. D. h., mit anderen Worten soll ein Luftdruck der Luftfeder 1a als Druckunterschied gegenüber einem, vorzugsweise idealen, Vakuum, erfasst werden.
In einem Schritt S2 erfolgt sodann ein Ermitteln eines Atmosphärendrucks patm anhand eines, vorzugsweise aktuellen, Standorts der Fahrzeugachse 1. D. h., anstelle eines tatsächlichen Messens des Atmosphärendrucks p_atm (z. B. über einen zusätzlichen Atmosphärendrucksensor) soll vorliegend der Atmosphärendruck patm, d. h. der hydrostatische Druck der Umgebungsluft, auf Basis des Standorts bestimmt werden. Die kann lediglich beispielhaft z. B. über ein hinterlegtes Atmosphärendruck-Kennfeld, das für bestimmte Positionen vorgegebene Atmosphärendruckwerte umfassen soll, ermittelt werden und/oder über einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, beispielsweise der internationalen Höhenformel, für den jeweiligen Standort berechnet werden.
In einem Schritt S3 erfolgt sodann ein Ermitteln einer auf die Fahrzeugachse 1 wirkenden Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks p_atm. D. h., auf Grundlage der beiden Größen pabs und patm soll letztlich ein Bestimmen der Achslast erfolgen, wozu im Stand der Technik bekannte Berechnungsmethoden verwendet werden können. Beispielsweise kann die auf die Fahrzeugachse 1 wirkende Achslast dabei über den Zusammenhang $F_{a c h s e} = A \cdot (p_{a b s} - p_{a t m})$
berechnet werden, wobei der erste Faktor die, in der in der Regel bekannte, gesamte wirksame Fläche A der Luftfeder 1a angibt und der zweite Faktor die Differenz zwischen einem absoluten Druck patm und dem Atmosphärendruck patm enthält. Insgesamt wird dadurch auf vorteilhafte Weise ein Verfahren zur Achslastsensierung bereitgestellt, das mit wenigen Sensoren eine einfache und betriebssichere Achslastsensierung ermöglicht.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 20 mit einer Vorrichtung 10 zur Achslastsensierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Fahrzeug 20 handelt es sich vorliegend - lediglich beispielhaft - um ein Sattelkraftfahrzeug, d. h. ein Gespann aus einer Sattelzugmaschine 20a und einem Sattelanhänger 20b, wobei das Fahrzeug 20 prinzipiell auch anders, z. B. als Lastkraftwagen mit Aufbau oder als Omnibus, ausgebildet sein kann. Die Sattelzugmaschine 20a umfasst eine luftgefederte Fahrzeugachse 1, bei der es sich vorliegend um die Hinterachse der Sattelzugmaschine 20a handelt und die z. B. als elektronisch gesteuerte Hinterachsluftfederanlage zur Niveauregulierung der Hinterachse ausgebildet sein kann. Die luftgefederte Fahrzeugachse 1a weist ferner zumindest eine Luftfeder 1a, z.B. in Form eines Luftfederbalgs, auf, wobei vorliegend beispielhaft jeweils zumindest zwei Luftfedern 1a zur Federung an den Radseiten der Fahrzeugachse 1 angeordnet sein sollen.
Weiterhin umfasst das Fahrzeug 20 eine Vorrichtung 10 zur Achslastsensierung, die eingerichtet ist, ein Verfahren wie in diesem Dokument beschrieben durchzuführen. Dazu kann die Vorrichtung 10 z. B. zumindest eine Sensoreinrichtung 2 aufweisen, die ausgebildet ist, einen absoluten Luftdruck p_abs der zumindest einen Luftfeder 1a zu erfassen. Weiterhin kann die Vorrichtung eine Ermittlungseinrichtung 3 umfassen, die ausgebildet ist, einen Atmosphärendruck p_atm anhand eines Standorts der Fahrzeugachse 1 zu ermitteln. Dies kann lediglich beispielhaft z. B. über ein hinterlegtes Atmosphärendruck-Kennfeld und/oder über einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, wie beispielsweise der internationalen Höhenformel, für den jeweiligen Standort berechnet werden. Zur Standortermittlung kann die Vorrichtung 10 hierbei ferner über eine Empfangseinrichtung 4 verfügen, die ausgebildet ist, Positionsdaten, vorzugsweise GPS-Positionsdaten, zu empfangen und diese der Ermittlungseinrichtung 3 zur Ermittlung des Standorts und damit des Atmosphärendrucks patm am Standort bereitzustellen. Auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks p_atm kann mittels der Ermittlungseinrichtung 3 sodann eine Ermittlung der auf die Fahrzeugachse 1 wirkende Achslast erfolgen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugachse
1a: Luftfeder
2: Sensoreinrichtung
3: Ermittlungseinrichtung
4: Empfangseinrichtung
10: Vorrichtung zur Achslastsensierung
20: Fahrzeug
20a: Sattelzugmaschine
20a: Sattelanhänger

Claims

Verfahren zur Achslastsensierung einer luftgefederten Fahrzeugachse (1) mit zumindest einer Luftfeder (1a), umfassend die Schritte: a) Erfassen eines absoluten Luftdrucks pabs der zumindest einen Luftfeder (1a); b) Ermitteln eines Atmosphärendrucks patm anhand eines Standorts der Fahrzeugachse (1); und c) Ermitteln einer auf die Fahrzeugachse (1) wirkenden Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks patm.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Achslast ein Umrechnen des erfassten absoluten Luftdrucks pabs in einen relativen Luftdruck p_rel anhand des berechneten Atmosphärendrucks patm umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Empfangen von Positionsdaten und Ermitteln des Standorts anhand der empfangenen Positionsdaten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Atmosphärendrucks patm ein Bestimmen einer Standorthöhenlage h_s und Berechnen des Atmosphärendrucks patm anhand eines vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs zwischen Atmosphärendruck patm und Standorthöhenlage h_s umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Erfassen oder Empfangen einer Standorttemperatur T_s und Ermitteln des Atmosphärendrucks patm anhand der Standorttemperatur T_s.
Verfahren nach Anspruch 5, falls rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene funktionale Zusammenhang ein funktionaler Zusammenhang zwischen Atmosphärendruck patm, Standorthöhenlage h_s und Standorttemperatur T_s ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Atmosphärendrucks p_atm mittels eines Atmosphärendruck-Kennfelds erfolgt, wobei das Atmosphärendruck-Kennfeld für bestimmte Positionen vorgegebene Atmosphärendruckwerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Atmosphärendrucks patm ein Interpolieren zwischen mehreren vorgegebenen Atmosphärendruckwerten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, falls rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Atmosphärendruck-Kennfeld ein Atmosphärendruck-Temperatur-Kennfeld ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Luftfeder (1a) Teil einer Luftfederanlage zur Niveauregulierung der Fahrzeugachse (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Ermitteln einer Niveauhöhe der zumindest einen Luftfeder (1a) und Ermitteln der auf die Fahrzeugachse (1) wirkenden Achslast unter Berücksichtigung der ermittelten Niveauhöhe.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die luftgefederte Fahrzeugachse (1) eine erste und eine zweite Luftfeder (1a, 1b) umfasst, wobei der Schritt des Erfassens ein Erfassen eines ersten absoluten Luftdrucks pabs der ersten Luftfeder (1a) und ein Erfassen eines zweiten absoluten Luftdrucks pabs der zweiten Luftfeder (1b) umfasst und das Ermitteln der Achslast auf Basis des erfassten ersten und zweiten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks patm erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Luftfeder (1a, 1b) an verschiedenen Stellen der Fahrzeugachse (1) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) zur Achslastsensierung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen, aufweisend: - eine Sensoreinrichtung (2), die ausgebildet ist, einen absoluten Luftdruck pabs der zumindest einen Luftfeder (1a) zu erfassen; und - eine Ermittlungseinrichtung (3), die ausgebildet ist, einen Atmosphärendruck patm anhand eines Standorts der Fahrzeugachse (1) zu ermitteln und eine auf die Fahrzeugachse (1) wirkende Achslast auf Basis des erfassten absoluten Luftdrucks pabs und des ermittelten Atmosphärendrucks patm zu ermitteln.
Fahrzeug (20), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung (10) zur Achslastsensierung nach Anspruch 14.