DE3534211A1 - Kraftfahrzeug und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents
Kraftfahrzeug und verfahren zu dessen betriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug, das zur Durchfüh
rung eines derartigen Verfahrens geeignet ist, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 10.
Die Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs werden erheblich
beeinflußt von dem Zustand des Fahrzeugs, der Zuladung und
den auf das Fahrzeug während der Fahrt wirkenden Kräften
und bei bekannten Fahrzeugen wird in zeitraubenden und mühe
vollen Untersuchungen nach einem Kompromiß gestrebt, der
für möglichst viele unterschiedliche Situationen annehmbare
Fahreigenschaften ermöglicht. Es ist auch schon bekannt
abhängig von einer großen oder kleinen Zuladung die Federung
von Hand unterschiedlich einzustellen.
Es ist ferner bekannt, bei Verwendung von Luftfederbeinen eine
lastabhängige, elektronische Höhenregulierung vorzusehen, die
je nach Beladung den Höhenstand der Karosserie reguliert und
sie konstant in der Waagerechten hält. Hierbei ist in einem
Federbein ein optischer oder induktiver Höhensensor vorgesehen,
der mit einer Regelelektronik verbunden ist, die auf mehrere
unterschiedliche Einstellungen gesetzt werden kann. Die be
kannte Anordnung dient jedoch nur dazu,eine von mehreren ge
wählten Höhenlagen der Karosserie im statischen Zustand, also
bei Stillstand des Wagens einzustellen.
Während der Fahrt ergeben sich jedoch, abhängig von Geschwindig
keit, Beschleunigung, Verzögerung, Straßenbeschaffenheit und
Stärke und Richtung des Windes, sehr unterschiedliche Verhält
nisse, denen durch den bei der Konstruktion getroffenen Kompro
miß nur unzureichend Rechnung getragen wird. Die heutigen
großen Anstrengungen, den cw-Wert möglichst gering zu halten,
sind illusorisch, wenn die an sich in waagerechter Lage opti
mierte Karosserie sich auf Grund der auf das Fahrzeug wirkenden
Kräfte (Last, Beschleunigung etc.) nach vorn oder nach hinten
neigt.
Auch die einmal gewählte und festgelegte Lenkgeometrie, wie Vor
spureinstellung und dergleichen ist nur für einen einzigen Zu
stand optimal, obwohl sich auf Grund der Zentrifugalkräfte in
Kurven und von Seitenwind ganz unterschiedliche Verhältnisse
ergeben können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum
Betreiben eines Kraftfahrzeuges und ein dafür geeignetes Kraft
fahrzeug anzugeben, bei dem die Fahreigenschaften für die
jeweilige Situation automatisch optimiert wird.
Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Verfahren mit den Merk
malen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Aufführungsbeispielen an
Hand der Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, das
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge
eignet ist,
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer beispielsweisen Anbringung
einer Radlastmeßeinrichtung in einem PKW-Federbein
Fig. 3 eine Schnittansicht einer beispielsweisen Radlast
meßeinrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Radaufhängung, wie sie bei
spielsweise bei einem Schienenfahrzeug oder LKW Ver
wendung finden kann und
Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Radaufhängung mit eingebauter Kraftmeßzelle.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrgestell eines Personen
kraftwagens mit beispielsweisen Möglichkeiten der Anbringung
von Kraftmeßzellen. Insbesondere sind veranschaulicht:
- - Kraftmeßzellen 31 an den Federbeinen (vgl. auch Fig. 2 und 3)
- - Kraftmeßzellen 32 zwischen Blattfedern oder Luft luftfedern und der Karosserie
- - Kraftmeßzellen 33 an den Lenker-, Führungs- und Torsionsstabköpfen
- - Kraftmeßzellen 34 an den Spurstangenköpfen
- - Kraftmeßzellen 35 an den Motor-, Getriebe- und Differentiallagerstellen und
- - Kraftmeßzellen 36 an den Fahrwerks- und Antriebs sätteln hinten und vorne.
Falls erforderlich können auch an anderen Stellen, an denen
Kräfte oder Momente auftreten entsprechende Kraftmeßzellen ange
ordnet werden, insbesondere auch an einer Anhängerkupplung.
Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsge
mäße Vorrichtung nicht auf die Verwendung bei Kraftfahrzeugen
beschränkt, sondern kann auch bei nichtselbstangetriebenen
Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeug-Anhängern oder Eisenbahnwaggons
Anwendung finden. Als Kraftfahrzeuge kommen auch Zweirad- und
Dreiradfahrzeuge in Betracht.
Mittels der am Fahrzeug angebrachten Kraftmeßelemente lassen
sich insbesondere die auf die Räder wirkenden Kräfte, Antriebs-
und Bremsmomente, eine Fahrzeugbelastung und -Beladung, die auf
die Lenkung wirkenden Kräfte und Momente sowie die auf die
Karosserie, die Fahrwerks- und Antriebssättel wirkenden Kräfte
und Momente unmittelbar messen.
Aus diesen Meßwerten lassen sich dann mittels einer Datenver
arbeitungseinrichtung und gegebenenfalls an Hand gespeicherter
und auf Wunsch veränderbarer Werte folgende Parameter mittel
bar bestimmen:
So läßt sich auf Grund festgestellten Radkräfte, gegebenenfalls
unter Berücksichtigung anderer Parameter und gespeicherter
Werte der Reifenzustand, insbesondere Rundlauf, Auswuchtung
und Druck feststellen. Auch lassen sich auf Grund der unmittel
bar gemessenen Werte Rückschlüsse auf die Fahrbahnqualität
ziehen. Ähnliches gilt für den Fahrwerks- und Stoßdämpferzu
stand. Wichtig ist auch die Bestimmung des Radschlupfes auf
Grund der Raddrehmomente, beispielsweise in Verbindung mit
ABS-Systemen.
Zur Optimierung der Fahreigenschaften können ferner der Fahrt
widerstand, auf die Karosserie vorne, hinten und seitlich
wirkende Auftriebskräfte und auf Grund von Seitenwind auftre
tende Seitenkräfte bestimmt und ausgenützt werden.
Die unmittelbar gemessenen bzw. die daraus abgeleiteten Werte
und Parameter dienen dann zur entsprechenden Einstellung und/
oder Regelung der verschiedenen Einrichtungen des Fahrzeuges
sowie einer Weiterverarbeitung für Informationszwecke.
So kann beispielsweise statisch oder dynamisch die Federung,
Dämpfung und Höhenlage des Fahrzeuges automatisch für eine
Optimierung der Fahreigenschaften geregelt werden. Weiterhin
ist die Beeinflussung der Brems- und Beschleunigungskräfte und
der Antriebsverteilung auf die Räder, insbesondere bei Allrad
antrieb bzw. ABS-System von Bedeutung. Eine Lenkungsregelung
beispielsweise in Form einer automatischen Veränderung der
Lenkgeometrie, insbesondere der Vorspur, der Steuerung und des
Lenkpunktes können automatisch Seitenwindeinflüsse ausgleichen.
Auch an eine Reifendruckregelung wäre zu denken oder zumindest
eine Anzeige des erforderlichen Reifendrucks. Ferner wäre eine
Beeinflussung des Drehmomentenwandlers eines automatischen
Getriebes möglich.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Anordnung einer Krafmeß
zelle in Zusammenwirken mit einem Federbein eines Personen
kraftfahrzeuges zur Feststellung der Radlast. Der Flanch 13
eines oberen Schwingmetalllagers 3 des Federbeines 2 ist
mit einer Kraftmeßzelle 1 verbunden, die bevorzugt eine
elastostatische Kraftmeßzelle ist wie sie in der EP-OS 1 45 001
beschrieben ist (vgl. auch Fig. 3).
Die Karosserie des Kraftfahrzeuges stützt sich über den Flanch
14 der Kraftmeßzelle 1 auf dem Federbein über das nicht ge
zeigte Rad auf der Fahrbahn ab.
Die Horizontalführung des Radlagers 4 erfolgt von der Ka
rosserie 5 aus über Lenker 6 und 7, einen Torsionsstab 8 und
eine Lenkstange 9. Die Wirkung der aus der Horizontalführung ent
stehenden Kraftnebenschlüsse auf die Radlastmeßung wird durch
lastabhängige Kalibrierung kompensiert.
Fig. 3 veranschaulicht Einzelheiten der Anbringung der Kraft
meßzelle 1 am Federbein 2.
Die Kraftmeßzelle 1 der bevorzugten Ausführungsform besteht
aus zwei ineinandergeschachtelten topfartigen Elementen, näm
lich einem äußeren Druckzylinder 22 und einem inneren Last
kolben 24, zwischen denen sich umfangsmäßig und zwischen dem
Boden des Druckzylinders 22 und der Oberseite des Lastkol
bens 24 elastomeres Material 23 befindet. Im Druckzylinder 22
ist ein Druckwandler 21 angeordnet, der beispielsweise piezo
resistiv arbeitet. Der Druckwandler 21 wird von der Oberseite
in den Druckzylinder 22 eingesetzt und steht mit seiner Unter
seite mit dem elastomeren Material in Verbindung. Der Druck
zylinder 22 ist mit der Karosserie 5 des Kraftfahrzeuges bei
spielsweise über einen am Druckzylinder 22 ausgebildeten Flanch
35 und eine entsprechende Schraubverbindung 36 verbunden.
Andererseits ist der Lastkolben 24 ebenfalls mit einem Flanch
34 versehen, der mit dem oberen Schwingmetalllager 3 des
Federbeines 2 über eine Schraubverbindung 36 verbunden ist.
Auf dem oberen Ende einer in das Schwingmetalllager 3 ragenden
Kolbenstange 10 ist ein Rillenkugellager 27 angebracht, das
eine Drehbeweglichkeit zwischen Federbein und Kraftmeßzelle
gewährleistet . An einem Ansatz 37 der Kolbenstange 10 stützt
sich ein Federteller 28 ab,mit dem eine Schraubenfeder 29 in
Eingriff ist. Die Kolbenstange 10 ist von einer Gummihohl
feder umgeben.
Die Masse der Karosserie 5 drückt auf das zwischen dem Druck
zylinder 22 und dem Lastkolben 24 befindliche elastomere
Material 23, das diesen Druck an den Druckwandler 21 weiter
gibt, der diesen Druck in ein elektrisches Signal umwandelt
und der Auswertevorrichtung zuführt. Die damit bestimmte
Radlast kann im Stillstand des Fahrzeugs etwa nach bzw.
während des Beladens bestimmt werden. Dabei besteht die Mög
lichkeit die Zuladung dadurch zu bestimmen, daß zuerst das
Nettogewicht der Karosserie vor der Zuladung bestimmt wird und
während der Zuladung eine laufende Anzeige gegeben wird. Eine
derartige Möglichkeit ist bevorzugt bei Lastkraftwagen vor
zusehen.
Andererseits kann auf Grund der statisch festgestellten Rad
last eine entsprechende Einstellung der Federung, Dämpfung
etc. vorgenommen werden. Hierbei läßt sich auch eine asymme
trische Belastung der einzelnen Räder berücksichtigen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann
jedoch auch während der Fahrt des Fahrzeuges das dynamische
Verhalten der auf das Rad ausgeübten Kräfte durch kontinuier
liche Meßung festgestellt und für die Optimierung der Fahr
eigenschaften ausgenutzt werden.
Fig. 4 veranschaulicht die Lagerung und Aufhängung eines Rades,
wie sie etwa bei einem LKW oder einem Schienenfahrzeug Ver
wendung finden könnte. Insbesondere zeigt die Figur Kraftmeß
elemente 32, die ähnlich ausgestaltet sein können, wie das
in Fig. 3 gezeigte Kraftmeßelement.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß gerade die
elastostatische Kraftmeßzelle nach EP-US 1 45 001 für die vor
liegenden Anwendungen besonders bevorzugt ist. Auf Grund des
elastomeren Übertragungsmaterials kann die Kraftmeßzelle sehr
unterschiedliche Formen annehmen. Wesentlich ist lediglich
eine entsprechende Kolbenfläche zur Krafteinleitung und die
Übertragung der eingeleiteten Kraft über das elastomere Material
auf einen beliebigen Drucksensor, etwa einen piezoresistiven
Drucksensor.
Fig. 4 zeigt, daß die Karosserie 42 über Luftfedern 44 unter
Einfügung der Kraftmeßzellen 32 auf den Tragelementen 46 der
Achsenanordnung 48 sitzt.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Abstützung
der Karosserie 42 über eine Hohlgummi-Luftfeder 44 auf einem
Tragelement 47, das mit der in der Fig. 5 nicht sichtbaren
Radachse in Verbindung steht.
Die Anordnung der eingangs an Hand der Fig. 1 genannten Kraft
meßzelle 33 bis 36 ist nicht im einzelnen aufgeführt, da sie
in entsprechender Weise zu den gezeigten Ausführungsbeispielen
der Fig. 3 bis 5 erfolgt.
Die von den verschiedenen Kraftmeßzellen, insbesondere den
Sensoren festgestellten Werte werden einer Recheneinheit,
insbesondere einem Mikroprozessor zugeführt, der diese Werte
in gewünschter Weise auswertet, daraus wie eingangs ausgeführt,
weitere Parameter ableitet und entsprechende Signale an die
verschiedenen Einrichtungen des Fahrzeuges abgibt, damit diese
zur Optimierung der Fahreigenschaften eingestellt werden.
Claims (24)
1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, gekennzeichnet
durch
- Feststellen der auf das Fahrzeug bzw. Teile des selben wirkenden Kräfte und/oder Momente mittels am bzw. im Fahrzeug selbst angebrachter Kraftmeß elemente,
- Verarbeiten der festgestellten Werte und
- Optimieren der Fahreigenschaften des Fahrzeuges an Hand der Ergebnisse der Verarbeitung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die auf mindestens einen Teil des Fahrzeuges, wie die
Fahrzeugräder, die Lenkung, die Karrosserie, den Motor,
das Getriebe und/oder das Differential während der
Fahrt ausgeübten Kräfte und/oder Momente festgestellt
und zur Einstellung und/oder Regelung der Federung,
Dämpfung, Höhenlage, Lenkung, Beschleunigungs-und/oder
Bremskraft und dergleichen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnt,
daß die in den Lagerstellen zwischen den verschiedenen
Teilen Fahrzeuges auftretenden Kräfte und/oder Momente
mittels dort angeordneter Kraftmeßelemente festgestellt
und ausgewertet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß während der Fahrt des Fahrzeuges das
dynamische Verhalten einzelner Teile des Fahrzeuges im
Vergleich zueinander und/oder mit gespeicherten Be
zugswerten zur Optimierung der Fahreigenschaften des
Fahrzeuges ausgewertet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reifenzustand bzw. Reifendruck
durch Vergleich des dynamischen Verhaltens der Räder bzw.
Achsen zueinander und/oder durch Vergleich mit ge
gespeicherten Bezugswerten kontrolliert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zustand der Stoßdämpfer durch
Vergleich des dynamischen Verhaltens der Räder und/oder
Achsen zueinander bzw. mit gespeicherten Bezugswerten kon
kontrolliert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß auf das Fahrzeug quer zur Fahrt
richtung wirkende Kräfte und/oder Momente festgestellt und
zur Regelung der Federung, Dämpfung, Lenkung, Höhenlage,
Beschleunigung und/oder Bremskraft verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß auf das Fahrzeug während der
Fahrt auf Grund von Beschleunigung und/oder Verzögerung
wirkende Kräfte und/oder Momente feststellt und zur Regel
ung von Federung, Dämpfung, Lenkung, Höhenlage, Beschleu
nigungs- und/oder Bremskraft verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Feststellung des Überschreitens eines oberen Grenzwertes
der Verzögerung Notmaßnahmen, wie Auslösen eines aufblas
baren Luftsackes ausgelöst werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß abhängig von den festgestellten
Kräften und Momenten die an das Fahrwerk abgegebene Lei
stung verändert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß laufend, auf Anforderung und/
oder bei Gefahr Informationen über den Zustand des Fahr
zeuges und/oder der Fahrbahn gegebenenfalls einschließ
lich zu treffender Maßnahmen optisch und/oder akkustisch
ausgegeben werden.
12. Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Kraftmeßelemente (31 bis 35) zwischen Teilen (z.B. 42,
46) des Fahrzeuges, wie dem Fahrgestell,der Karrosserie,
der Lenkung, dem Motor, der Federung, dem Differential
und/oder dergleichen angeordnet sind.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftmeßelemente (31 bis 36) in die Verbindung
zwischen den Teilen des Fahrzeuges eingefügt sind.
14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftmeßelemente (31 bis 36) in die Verbindung
zwischen den Teilen des Fahrzeuges integriert sind.
15. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kraftmeßelemente (31 bis 36) an den
Lagerstellen zwischen Teilen des Fahrzeuges angeordnet
sind.
16. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß Kraftmeßelemente (22 bis 24) in die
Federung, insbesondere in Federbeine (2) des Fahrzeuges
eingebaut sind.
17. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß Kraftmeßelemente (32) an Lagerstellen
des Fahrzeuges mit Luftfedern (44) zusammenwirken.
18. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß mehrere Kraftmeßelemente (32) in Ab
stand zueinander an Verbindungsstellen zwischen Teilen
des Fahrzeuges zur Momentenbestimmung angeordnet sind.
19. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß Kraftmeßelemente an auf Dehnung be
anspruchten Teilen des Fahrzeuges, wie Achsen, Federn
oder dergleichen angebracht sind.
20. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Prozessor vorgesehen ist, der
die Meßwerte von den Kraftmeßelementen (31 bis 36) lau
fend oder periodisch empfängt und Signale zur Einstellung
und/oder Regelung der entsprechenden Teile des Fahrzeuges
abgibt.
21. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Kraftmeßelemente elastostatische
Kraftmeßzellen (21 bis 24) verwendet werden mit einem
vorzugsweise kolbenartigen Krafteinleitkörper (22), einem
dazu angepaßten Gegenkraftkörper (24) und dazwischen be
findlichem elastomeren Material (23), das mit einem
Drucksensor (21) in Kontakt ist.
22. Fahrzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
der Krafteinleitungskörper (22) und/oder der Gegenkraft
körper (24) den Verbindungs- bzw. Lagerstellen zwischen
Teilen des Fahrzeuges formmäßig angepaßt sind.
23. Fahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
der Krafteinleitungskörper (22) und/oder der Gegenkraft
körper (24) einstückig mit Verbindungselementen und/oder
Teilen des Fahrzeuges ausgebildet sind bzw. ist.
24. Fahrzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
der Krafteinleitungskörper (22) und/oder der Gegenkraft
körper (24) selbst Verbindungselemente zwischen Teilen
des Fahrzeuges sind.
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