DE3424979A1

DE3424979A1 - Fahrwerk fuer radfahrzeuge

Info

Publication number: DE3424979A1
Application number: DE19843424979
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 8000 München Büttner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-01-16

Description

Fahrwerk für Radfahrzeuqe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für Radfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten.
Im Fahrzeugbau sind seit langem Maßnahmen üblich, die eine unmittelbare Ubertragung von Fahrbahnunebenheiten über die Räder auf den Fahrzeugaufbau verhindern bzw.
abschwächen sollen. Räder bzw. Radachsen sind zu diesem Zweck über Federelemente mit dem Chassis verbunden. Die durch Fahrbahnunebenheiten im Fahrwerk erzeugte kinetische Energie wird in den Federelementen zwischengespeichert und über Stoßdämpfer in bekannter Weise abgebaut. Eine optimale Bemessung der Federelemente und Stoßdämpfer ist immer nur für ein konstantes Gesamtgewicht von Fahrzeug und Beladung möglich. Der Bruch von Federelementen und durch Verschleißerscheinungen schadhafter Stoßdämpfer können die Fahreigenschaften des Fahrzeuges erheblich beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Fahrzeugen der eingangs genannten Art die passiv wirkende Kombination von Federelement und Stoßdämpfer durch eine Einrichtung mit aktiven Wirkungselementen zu ersetzen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verbindungselemente zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und der Radachse aus einem elektronisch gesteuerten Stellwerk bestehen, daß die von einem Sensor gemessenen Fahrbahnunebenheiten durch eine Nachführung des Rades mittels des Stellwerkes kompensiert wird, derart, daß ein elektronischer Regelkreis aus den Meßwerten des Sensors in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und der Sollhöhe des Chassis, bezogen auf eine ebene Fahrbahn, das Kriterium für die Nachsteuerung des Stellwerkes liefert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Abstandsbestimmung zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrbahn durch eine Laufzeitmessung nach dem Echoprinzip, z.B. mit Ultraschall, durchgeführt. Die vom Stellwerk auszugleichenden Längenänderungen zwischen dem Fahrzeugchassis und der jeweiligen Radachse werden in einem Regelkreis ermittelt und von hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Stellgliedern ausgeführt.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das regeltechnische Prinzip für die Verwirklichung eines Fahrwerkes mit einem aktiv arbeitenden Stellwerk, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Fahrzeugnachführung mit einem hydraulischen Stellwerk.
Der Ersatz von in der Fahrzeugtechnik bekannten passiven Vorrichtungen mit Federelementen und Stoßdämpfern zur Abfederung des Fahrzeuges gegen Fahrbahnunebenheiten durch aktiv arbeitende Einrichtungen erfordert die Anwendung regelungstechnischer Maßnahmen in einem Regelkreis.
Als Führungsgröße für einen solchen Regelkreis dient eine z.B. vom Fahrer des Fahrzeuges einstellbare Sollhöhe. Die Isthöhe, d.h. der Abstand zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und der ungeglätteten Fahrbahn wird mittels eines Entfernungssensors ermittelt. Der Entfernungssensor liefert durch seine Befestigung am Fahrzeug die Isthöhe mit einem von der Lage des Befestigungsortes abhängigen bekannten zeitlichen Vorlauf. Dieser Vorlauf wird in einem Rechner teilweise durch eine Verzögerung wieder abgebaut. Aus der verzögerten Isthöhe und der eingestellten Sollhöhe wird in einer Vergleichsanordnung als Regelabweichung die Größe t h gebildet. Für die Bestimmung des verzögerten Istwertes, der mit der Sollhöhe die Regelabweichung bilden soll, wird in den Rechner die vom Sensor gemessene Höhe des Fahrzeugchassis zur Fahrbahn, die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges und der Abstand S0 des Sensors vom Berührungspunkt des Rades mit der Fahrbahn eingegeben. Mit der Verzögerung S0/v ergibt sich dann für die verzögerte Istwerthöhe SO 0 hist (t) = h. (to + v ) ist 1 v In Fig. 2 ist das Prinzip eines mehrräderigen auf einer Fahrbahn F rollenden Fahrzeuges angedeutet, dessen Räder R bzw. Radachsen über je ein Stellglied mit dem Chassis Ch des Fahrezeuges verbunden sind. Für die Fahrtrichtungen "Vorwärts" und ''Rückwärts'l ist wenigstens je ein Sensor vorgesehen, der die Aufgabe hat, in geeignetem Abstand vor dem Rad in Fahrtrichtung gesehen, die Höhe des Fahrzeugaufbaus über der Fahrbahn laufend zu messen.
Als Meßeinrichtung sind die beiden Sensoren S1 und S2 angedeutet, die nach dem Echoverfahren, z.B. mit Ultraschall, in einem Abstand So vor der Radachse die-Höhe des Fahrzeugaufbaus A(t) bestimmen.
Die Einrichtung zur Nachführung des Fahrwerks bei Fahrbahnunebenheiten besteht aus einem hydraulischen System, das als längenveränderliche Stellelemente im Fahrwerk zwischen Radachse und Fahrzeugchassis je Rad wenigstens einen Druckzylinder mit je einem Vorlauf- und einem Rücklaufventil enthält. Bei einem vierrädrigen Fahrzeug werden zweckmäßig jedem Rad ein Sensor zugeordnet, der in einem Regelkreis mit einem zugehörigen Dtuckzylinder als Stellglied durch entsprechende Längenänderungen im Stellwerk Fahrbahnunebenheiten kompensiert. Für die Umsetzung der Meßergebnisse des Sensors in eine Stellbewegung im Stellglied jedes Rades ist außer dem Druckzylinder ein gemeinsamer Mikroprozessor AP, ein Behälter B für die Druckflüssigkeit, ein Druckerzeuger D, ein Druckgefäß P und mehrere Druckleitungen, welche die einzelnen Teile des hydraulischen Systems miteinander verbinden. Druckflüssigkeitsbhälter B, Druckerzeuger D (Pumpe) und Druckgefäß P können für die Steuerung sämtlicher Druckzylinder gemeinsam vorgesehen sein. Die an jedem Druckzylinder vorgesehenen Ventile für den Vorlauf und den Rücklauf der Druckflüssigkeit werden vom Mikroprozessor ßP in Abhängigkeit vom Meßergebnis der Sensoren von der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Sollhöhe des Fahrzeugaufbaus und yom Druck im Druckgefäß P gesteuert.
Die Arbeitsweise des aktiv wirkenden Stellwerkes wird anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 näher erläutert. Ausgehend vom Ruhezustand des z.B. vierrädrigen Fahrzeuges mit den dargestellten Rädern R1 und R2 und dem angedeuteten Fahrzeugchassis Ch sei zunächst eine ebene Fahrbahn F vorausgesetzt. Die Radachsen der einzelnen Räder sind über je ein als Druckzylinder DZ.
ausgebildete Stellwerk mit dem Fahrzeugchassis Ch verbunden. Die für das Fahrzeug vorgegebene von der Belastung des Fahrzeuges unabhängige Sollhöhe über der Fahrbahn setzt sich aus dem im Fahrbetrieb zeitabhängigen Anteil A1(t), der dem Abstand des Sensors S1 zur Fahrbahn F angibt, und dem Anteil B, der dem Abstand des Sensors von der Fahrzeugkarosserie entspricht. In Fahrtrichtung gesehen befindet sich der Sensor S1 im Abstand So vor der Achse des Rades R1. Die Größe des Abstandes So ist unter anderem von der Regelzeitkonstante des Regelkreises mit dem Druckzylinder DZ als Stellglied und von der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit vmax abhängig. Der Sensor S1 kann ein mit Ultraschall arbeitender Entfernungsmesser sein, der nach dem Echoprinzip arbeitet. Da die Lauffläche des Rades den Meßort in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges erst nach einer Zeit Dv erreicht, ist unter Umständen eine ebenfalls von der Geschwindigkeit abhangige Verzögerung der Meßsignale erforderlich. Solange der Regelkreis mit der hydraulisch oder pneumatisch durchgeführten Längenänderung des Stellwerkes mit dem Druckzylinder DZ nicht eingeschaltet ist, führt jede Unebenheit der Fahrbahn F zu einer Abweichung der Höhe des Fahrzeugchassis von der vorgegebenen Sollhöhe.
Aufgabe des aktiven Stellwerkes ist es, jede Abweichung der Isthöhe von der Sollhöhe durch eine gleichlaufende Bewegung eines im Druckzylinder DZ angeordneten Kolbens K mit einer Kolbenstange, an deren Ende die Radachse angeordnet ist, zu kompensieren. Jede Abweichung der Isthöhe von der Sollhöhe wird in der Spur von wenigstens zwei Rädern gemessen und an je einen Eingang des Mikroprozessors gP zusammen mit der Geschwindigkeit v des Fahrzeuges und den im Druckgefäß P des hydraulischen Systems gemessenen Druck eingegeben, Es kann vorteilhaft sein, die Regelabweichung vor Umsetzung in eine Stellgröße für das Stellglied des Regelkreises zu filtern.
Der Mikroprozessor pP leitet-von diesen Werten Steuersignale für das Vorlauf- und Rücklaufventiel StVlV zu StV1R ... 4R der Druckzylinder D3 aller Räder ab-und bemißt die aus dem Druckgefäß P zufließende und die in den Flüssigkeitsbehälter B abfließende Flüssigkeitsmenge aus dem Druckzylinder DZ. Die Steuerenergie für das Stellglied (Druckzylinder DZ) wird von einer zwischen dem Flüssigkeitsbehälter B und dem Druckgefäß P liegende Pumpe D geliefert. Am Druckzylinder DZ sind die Zulauf-und Rücklauföffnungen so angeordnet, daß bei geschlossenem Rücklaufventil StV1R und geöffnetem Zulaufventil StV1V unter dem Druck der aus dem Druckgefäß P zuströmenden Flüssigkeit eine Verschiebung des Kolbens K im Druckzylinder DZ in Richtung einer Verlängerung der Stelleinrichtung zwischen dem Fahrzeugchassis Ch und der Achse des Rades R1 erfolgt.
Die Nachführbewegungen des Rades über das aktiv wirk-ende Stellwerk können durch zusätzliche Verwendung passiver mechanischer Energiespeicher in Verbindung mit'oder ohne Stoßdämpfer geglättet werden. Dazu eignen sich sowohl Federelemente als auch geschlossene gasgefüllte Druckgefäße. So kann z.B. das Volumen des Flüssigkeitsbehälters B oberhalb des Flüssigkeitsspiegels als Gasdruckfederung ausgenutzt werden.
10 Patentansprüche 2 Figuren - Leerisite -

Claims

Patentansprüche 1. Fahrwerk für Radfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur Kompensation von Fahrbahnunebenheiten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Verbindungselemente zwischen dem Chassis (Ch) des Fahrzeuges und der Radachse aus einem elektronisch gesteuerten Stellwerk bestehen, daß die von einem Sensor (ski, S2 ...) gemessenen Fahrbahnunebenheiten durch eine Nachführung des Rades (Rl, R2 ...) mittels des Stellwerkes kompensiert wird, derart, daß ein elektronischer Regelkreis aus den Meßwerten des Sensors (ski, S2 ...) in Verbindung mit der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeuges und der Sollhöhe des Chassis, bezogen auf eine ebene Fahrbahn (F), das Kriterium für die Nachführung des Stellwerkes (Rades) (DZ, K, R1) liefert.
2. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach Anspruch 1, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fahrbahnunebenheiten durch Abstandsmessung zwischen einem Bezugspunkt am Fahrzeug und der Fahrbahnoberfläche (F) in der Radspur mittels eines nach dem Echoprinzip im Ultraschallbereich arbeitenden Sensors (S1, S2 ...) ermittelt werden.
3. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach- Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abstandsmessung in Fahrtrichtung gesehen vor dem Rad (R1, R2 ...) erfolgt.
4. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Abstand des Meßpunktes auf der Fahrbahn (F) vom Berührungspunkt von Rad (R1, R2...) und Fahrbahn (F) in Abhängigkeit von der Regelgeschwindigkeit des Regelkreises und von der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit (Vmax) bemessen ist.
5. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß das Stellglied des Regelkreises aus einem nach hydraulischem Prinzip arbeitenden Aggregat (DZ) mit steuerbaren Ventilen (StV1V, StV1.) besteht, das die Verstellung der Radachse in Abhängigkeit von der Regelabweichung durchführt.
6. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Stellglied des Regelkreises für die Nachstellung der Radachse aus einem nach pneumatischem Prinzip arbeitenden Aggregat (DZ) mit steuerbaren Ventilen (StV1v, StV1.) besteht.
7. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Istwert vor dem Soll-/Ist-Vergleich im Regelkreis in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) verzögert wird.
8. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Regelabweichung vor Umsetzung in eine Stellgröße für das Stellglied des Regelkreises gefiltert wird.
9. Fahrwerk für Radfahrzeuge- nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c h ne t , daß das Stellwerk zur Nachführung der Rades (R1,--R2 ...) mit einem mechanischen Energiespeicher (Gasdruckgefäß, Federelement) in Reihe geschaltet ist.
10. Fahrwerk für Radfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t r daß die Berechnung der Verzögerung des Sensor-Meßwertes, der Soll-/Ist-Vergleich und die Bildung einer analogen oder digitalen Stellgröße in einem Rechner (>P) erfolgt.