DE602004011483T2

DE602004011483T2 - Anordnung und verfahren zur schätzung der höhe des schwerpunkts eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE602004011483T2
Application number: DE602004011483T
Authority: DE
Inventors: Niklas Pettersson; Nils-Gunnar Vagstedt; Kristian Lindqvist
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: EP1597555A1; DE602004011483D1; WO2004074804A1; SE0300436D0; ATE384938T1; EP1597555B1; SE0300436L; SE525248C2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Abschätzen der Höhe des Schwerpunkts eines Fahrzeugs gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 14.
Herkömmliche Anordnungen zum Abschätzen des Schwerpunkts weisen gewöhnlich Lastsensoren auf, die Lastwerte auf den Fahrzeugrädern erfassen. Der Schwerpunkt des Fahrzeugs ist auf Grundlage der Positionen der Räder des speziellen Fahrzeugs und der Verteilung des Fahrzeuggewichts abschätzbar. Eine derartige Abschätzung des Fahrzeugschwerpunkts wird in einer horizontalen Ebene durchgeführt und erreicht allgemein eine hohe Präzision. Bei Lastkraftfahrzeugen, die verschiedene Arten von Lasten befördern, muss die Position des Schwerpunkts auch in Richtung der Höhe abgeschätzt werden. Ein Weg für eine derartige Abschätzung ist die Höhenposition des Schwerpunkts als eine Funktion des Gesamtgewichts des Fahrzeugs abzuschätzen, d. h. ein schwer beladenes Fahrzeug wird einen höher geschätzten Schwerpunkt haben als ein weniger schwer beladenes Fahrzeug. Jedoch ist ein derartiges Abschätzen für Lastkraftfahrzeuge, die Lasten mit variierender Anordnung und Gewichtsverteilung befördern, nicht immer korrekt. Zum Beispiel wird ein mit Stahlplatten beladenes Fahrzeug einen deutlich niedrigeren Schwerpunkt haben als ein mit Nutzholz des gleichen Gewichts beladenes Fahrzeug.
US 6 370 938 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschätzen der Höhe des Schwerpunkts eines Fahrzeugs. Die Höhe des Schwerpunkts ist hier festgelegt als eine Funktion der Geschwindigkeit mindestens eines Rades des Fahrzeugs und der auf das Rad einwirkenden Last, falls das Fahrzeug eine Kurve umfährt.
US 6 044 319 wiederum beschreibt die Nutzung von Signalen von Achslastsensoren, um die Höhe des Schwerpunkts basierend auf Veränderungen der Straßensteigungen und/oder der Beschleunigung des Fahrzeugs zu berechnen, die in einem Verfahren zum Abmildern des Gierträgheitsmoments während des Bremsens eines Fahrzeugs mit einem Antiblockiersystem genutzt wird, falls die Räder verschiedene Reibungskoeffizienten gegen die Straßenoberfläche aufweisen. Hier kann das Ausmaß der Kipp bewegungen genutzt werden, die an Straßensteigungen oder während der Beschleunigung des Fahrzeugs auftreten, da sie näherungsweise proportional zu der Höhe des Schwerpunkts sind.
Viele Fahrzeuge weisen elektronisch gesteuerte Stabilisierungssysteme auf, die dazu ausgelegt sind, die optimale Stabilität des Fahrzeugs während des Betriebs zu gewährleisten. Um effektiv zu sein, müssen derartige Stabilisierungssysteme betriebssichere Informationen über eine Vielzahl von Parameterwerten erfassen, die durch Sensoren gemessen oder auf anderem Weg abgeschätzt werden. Ein Parameter von hoher Wichtigkeit für die Funktion eines derartigen Stabilisierungssystems ist die Position des Fahrzeugschwerpunkts. Ein Abschätzen der Position des Schwerpunkts in einer horizontalen Ebene kann daher mit hoher Präzision mittels Lastsensoren durchgeführt werden, die erfassen wie das Fahrzeuggewicht über die Fahrzeugräder verteilt ist. Jedoch ist es schwierig mit entsprechend hoher Präzision die Höhenposition des Schwerpunkts eines Lastkraftfahrzeugs festzustellen, da sich die Höhenposition erheblich mit der Anordnung der Ladung ändern kann. Herkömmliche Stabilisierungssysteme können demnach häufig dabei versagen, die optimale Stabilität eines Lastkraftfahrzeugs während des Betriebs zu gewährleisten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren bereitzustellen, um ein besseres und betriebssicheres Abschätzen eines Fahrzeugschwerpunkts in Höhenrichtung zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Durchführung einer derartigen Abschätzung automatisch und während des Normalbetriebs des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die vorangestellt beschriebenen Aufgaben werden mit der in der Einleitung erwähnten Anordnung erreicht, die durch das im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 Angegebene gekennzeichnet ist. Die Lastwerte auf den verschiedenen Rädern werden vorteilhafterweise mittels existierender Lastsensoren erfasst, die beispielsweise den Luftdruck in zwischen dem Chassis und den verschiedenen Radachsen des Fahrzeugs oder getrennt aufgehängten Einzelrädern angeordneten Luftbalgen messen. Der zweite Sensor erfasst einen mit der Fahrzeugbeschleunigung in Beziehung stehenden Parameterwert. Vorausgesetzt der Fahrzeugschwerpunkt liegt höher als die Radachsen, führt dies während der Beschleunigung des Fahrzeugs zu einer zunehmenden Last auf den Hinterrädern des Fahrzeugs relativ zu den Vorderrädern. Die Veränderung der Lastwerte auf den Rädern steht in Beziehung zu dem Betrag der Beschleunigung und der Höhe des Schwerpunkts über den Radachsen. Die Höhe des Schwerpunkts kann demnach auf Grundlage von bekannten Lastveränderungen auf den Fahrzeugrädern und dem Betrag der Beschleunigung festgelegt werden. Eine Verzögerung eines Fahrzeugs führt entsprechend zu einer zunehmenden Last auf den Vorderrädern des Fahrzeugs relativ zu den Hinterrädern. Hier wiederum steht die Veränderung der Lastwerte auf den Rädern in Beziehung zu dem Betrag der Beschleunigung und der Höhe des Schwerpunkts über den Radachsen. Der zweite Sensor kann ein Beschleunigungsmesser sein, der direkt die Fahrzeugbeschleunigung als Parameterwert erfasst. Ersatzweise kann der im Fahrzeug existierende Sensor zum Messen der Geschwindigkeit genutzt werden. Die Geschwindigkeit ist ein mit der Beschleunigung in Beziehung stehender Parameterwert. Die Beschleunigung kann auf Grundlage von mindestens zwei bekannten Geschwindigkeitswerten und der Differenz zwischen den Geschwindigkeitswerten festgestellt werden. Der dritte Sensor erfasst daher einen Parameterwert, der mit dem Neigungswinkel des Fahrzeugs in Beziehung steht. Bergauffahren eines Fahrzeugs mit einer vorderen Radachse und einer hinteren Radachse führt zu einer zunehmenden Last auf der Hinterachse relativ zu der Vorderachse im Vergleich zum Fahren auf einer ebeneren Lauffläche. Die Veränderung der Lastwerte auf den Rädern steht in Beziehung zu der Steigung und der Höhe des Schwerpunkts. Der dritte Sensor kann ein Neigungssensor sein, der einen mit dem Neigungswinkel des Fahrzeugs in Beziehung stehenden Parameterwert erfasst. Bergabfahren führt entsprechend zu einer zunehmenden Last auf der Vorderachse relativ zu der Hinterachse im Vergleich zum Fahren auf einer ebeneren Lauffläche.
Der zweite Sensor und der dritte Sensor erfassen somit zwei verschiedene Zustände des Fahrzeugs festlegende Parameterwerte, die Veränderungen der Last auf den Fahrzeugrädern verursachen. Jede Veränderung derartiger Parameterwerte führt daher auch zu einer Veränderung der Last auf den Fahrzeugrädern. Der Betrag der Lastveränderungen steht in Beziehung mit der Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs. Je höher der Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt, um so mehr wird sich die Last auf den verschiedenen Rädern zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand verändern. Der Betrag der Lastveränderungen steht auch in Beziehung zu dem Ausmaß, in dem sich die Parameterwerte verändern. Ein Abschätzen der Höhe des Schwerpunkts mit hoher Präzision erfordert nicht nur ein Bekanntsein der Lastwerte auf den Rädern und der Parameterwerte, sondern auch die Verfügbarkeit von fahrzeugspezifischen Informationen wie den Abstand zwischen den Radachsen, etc. Derartige erforderliche fahrzeugspezifische Geometriewerte können in einer mit der Steuereinheit verbundenen Speichereinheit gespeichert werden. Entsprechende zweite Zu stände, in denen die Steuereinheit automatisch die Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs mit hoher Präzision abschätzen kann, sind während des Normalbetriebs des Fahrzeugs gewöhnlich relativ häufig.
Der erste Zustand tritt auf, falls die Fahrzeugbeschleunigung und der Neigungswinkel Null sind, das Fahrzeug also unbewegt auf einer Niveaufläche steht. Das Verwenden eines derartigen ersten Zustands ist aus verschiedenen Blickwinkeln vorteilhaft. Ein Fahrzeug befindet sich gewöhnlich bereits während des Umladens der Ladung in einem derartigen ersten Zustand, d. h. das Fahrzeug wird unbewegt auf einer Niveaufläche stehen. Die Lastwerte auf den Rädern können demnach schnell in einem ersten Zustand ermittelt werden. Ferner kann in dieser Situation das Gesamtgewicht des Fahrzeugs als Gesamtsumme der Lastwerte auf den Rädern abgeschätzt werden. Die Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs in Längsrichtung ist ebenfalls einfach zu ermitteln, da bekannt ist, wie die Last zwischen den Fahrzeugradachsen vereilt ist und die Positionen der entsprechenden Fahrzeugradachsen ebenfalls bekannt sind.
Der zweite Zustand wird erreicht, falls ein einen Referenzwert überschreitender Parameterwert erhalten wird. Zum präzisen Abschätzen der Höhe des Schwerpunkts ist es wichtig, dass ausreichend Beschleunigung, Verzögerung oder Steigung vorliegt, um sicherzustellen, dass relativ große Lastveränderungen durch die ersten Sensoren feststellbar sind. Dies bedeutet, dass zum Sicherstellen der Abschätzung der Höhe des Schwerpunkts mit guter Genauigkeit es demnach vorteilhaft ist, die Abschätzung nicht durchzuführen bis ein derartiger Parameterwert einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, eine negative Beschleunigung des Fahrzeugs durch Bremsen wenigstens eines der Räder zu veranlassen. Das Bremsen lediglich bestimmter festgelegter Räder oder Radachsen des Fahrzeugs kann ausgeprägtere Veränderungen der Lastwerte auf den verschiedenen Rädern verursachen. Beim Bremsen von schweren Fahrzeugen kann eine zusätzliche Bremse wie ein Retarder genutzt werden, der nur die angetriebenen Räder des Fahrzeugs bremst. Die Höhe des Schwerpunkts kann dadurch mit höherer Präzision ermittelt werden, als wenn ein gleichmäßig verteiltes Bremsen der Fahrzeugräder erfolgen würde. Die Steuereinheit kann entsprechend eine positive Beschleunigung des Fahrzeugs durch Antreiben wenigstens eines der Räder veranlassen. Durch die passend angeordneten Antriebswellen des Fahrzeugs ist es entsprechend möglich, eine ausgeprägtere Veränderung der Lastverteilung auf den Rädern während der Beschleunigung zu erhalten, so dass die Höhe des Schwerpunkts mit höherer Präzision ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt der erste Zustand auch auf, falls sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Niveaufläche bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Höhe des Schwerpunkts auf Grundlage der Änderung zwischen dem ersten Zustand und zweiten Zustand in einer numerischen Messung abzuschätzen, die einen Wert mit mindestens zwei Lastwerten umfasst. Eine derartige numerische Messung muss die Charakteristik haben, sich erheblich mit der Höhe des Schwerpunkts zu verändern. Zum Beispiel kann die numerische Messung die Lastverteilung zwischen zwei Rädern des Fahrzeugs beschreiben. Falls sich das Fahrzeug zum Beispiel auf einer steilen Steigung bewegt, liegt eine ausgeprägte Veränderung der Last auf den Rädern zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand vor. Falls das Fahrzeug einen hohen Schwerpunkt hat, führt diese Situation zu einer größeren Lastveränderung als bei einem Fahrzeug mit einem niedrigeren Schwerpunkt. Das Bekanntsein einer derartigen numerischen Messung und der Steigung macht es für die Steuereinheit einfach, die Höhe des Schwerpunkts mit hoher Genauigkeit abzuschätzen oder zu berechnen. Das Fahrzeug kann eine Zugeinheit und mindestens einen Anhänger umfassen. Ein derartiger Anhänger kann ein sogenannter Auflieger sein. Weitere Fahrzeugkombinationen können natürlich auch genutzt werden. Falls das Fahrzeug eine Zugeinheit und einen Anhänger aufweist, beschreibt die numerische Messung beispielsweise die Lastverteilung zwischen den Rädern der Zugeinheit und den Rädern des Anhängers. Ersatzweise kann die numerische Messung die Last auf der Zugeinheit relativ zu dem Fahrzeuggesamtgewicht beschreiben. Hier wiederum wird sich die numerische Messung erheblich mit der Höhe des Schwerpunkts verändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, automatisch eine Schätzung der Höhe des Schwerpunkts zu veranlassen, falls der zweite Zustand erreicht wird, nachdem mindestens eine Änderung des Fahrzeuggesamtgewichts ermittelt wurde. Die ersten Sensoren erfassen eine Änderung des Fahrzeuggesamtgewicht nach einem Umladen der Ladung auf dem Fahrzeug. Es wird daraufhin festgestellt, dass eine neue Schätzung der Höhe des Schwerpunkts durchgeführt werden muss. Während des Umladens der Ladung steht das Fahrzeug bevorzugt unbewegt auf einer Niveaufläche. Die Steuereinheit wird somit feststellen, dass sich das Fahrzeug in einem entsprechenden ersten Zustand befindet. Sobald das Beladen des Fahrzeugs mit Ladung beendet ist, erfasst der erste Sensor das Fahrzeuggesamtgewicht und dessen Verteilung über die entsprechenden Fahrzeugräder. Während des darauffolgenden Fahrzeugbetriebs erhält die Steuereinheit im Wesentlichen fortlaufend Parameterwerte von dem zweiten Sensor und dem dritten Sensor, um zu ermitteln, wann das Fahrzeug einen passenden zweiten Zustand erreicht, in dem die Höhenposition des Schwerpunkts festgestellt werden kann. Wird ein derart passender Zustand erreicht, schätzt die Steuereinheit automatisch die Höhenposition des Schwerpunkts ab. Der zweite Zustand kann das Fahrzeug somit beim Bewegen an einer steilen Steigung oder beim Ausführen eines leistungsstarken Bremsens oder Beschleunigung beschreiben. Weitere Schätzungen der Höhe des Schwerpunkts können im Wesentlichen fortlaufend während des laufenden Normalbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden. Die Höhe des Schwerpunkts wird bevorzugt geschätzt, sobald sich eine Möglichkeit nach einem Umladen der Ladung ergibt. Gemäß einer weiteren Alternative umfasst die Anordnung eine Steuerung, die es ermöglicht, dass eine Abschätzung der Höhe des Schwerpunkts manuell initiierbar ist. Dies ermöglicht dem Fahrer nach einem Umladen der Ladung die Abschätzung der Höhe des Schwerpunkts durch Betätigung der Steuerung zu initiieren, sobald sich das Fahrzeug nach Ansicht des Fahrers in einem passenden zweiten Zustand befindet. Die Steuerung kann z. B. ein Tastmittel sein, das eingedrückt werden muss, oder ein passend geformter Hebel oder ein Schalter, der in eine aktive Position bewegt werden muss.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wenigstens einer der ersten Sensoren dazu ausgelegt, Lastwerte an einer Radachse des Fahrzeugs zu erfassen, die mindestens zwei Räder umfasst. Schwere Fahrzeuge weisen häufig Luftbälge auf, die zwischen dem Fahrzeugchassis und Radachsen wirken. In derartigen Fällen erfassen existierende Lastsensoren den Druck in den Luftbälgen. Durch Nutzung derartiger bereits existierender erster Sensoren, wird es möglich, die Lastwerte auf den Fahrzeugradachsen zu nutzen, um die durchschnittliche Last auf den Achsen der Einzelräder festzustellen. Ersatzweise können die ersten Sensoren dazu ausgelegt sein, die Lastwerte auf allen Fahrzeugrädern, die mit der Lauffläche in Kontakt sind, zu erfassen. In diesem Fall kann die Last für jedes einzelne Rad erfasst werden, so dass die Position des Schwerpunkts auch in Querrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden kann.
Die vorangestellt beschriebenen Aufgaben werden auch mit dem in der Einleitung beschriebenen Verfahren erreicht, dass durch das in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 16 Angegebene gekennzeichnet.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachgestellt beispielhaft mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben, worin:
1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 Kräfte und Momente darstellt, die auf das Fahrzeug gemäß 1 einwirken während es sich bergauf bewegt und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 stellt eine Fahrzeugkombination mit einer Zugeinheit 1 und einem Anhänger 2 dar, der Anhänger ist in diesem Fall ein Auflieger. Die Zugeinheit 1 weist eine vordere Radachse 3 und eine hintere Radachse 4 auf. Die Zugeinheit weist eine Drehscheibe 5 auf, die ein Koppeln an den Anhänger 2 ermöglicht. Der Anhänger 2 weist eine hintere Radachse 6 auf. Der vordere Abschnitt des Anhängers 2 wird durch die Drehscheibe 5 getragen. In diesem Fall sind die Lastsensoren 7a–c an den entsprechenden Fahrzeugradachsen 3, 4, 6 angeordnet. Die Lastsensoren 7a–c erfassen die Lasten auf den entsprechenden Radachsen 3, 4, 6. Die Lastsensoren 7a–c sind vorteilhafterweise bereits existierende Sensoren, die dazu ausgelegt sind, den Luftdruck in nicht dargestellten Luftbälgen zu erfassen, die zwischen dem Fahrzeugchassis und den entsprechenden Radachsen angeordnet sind. Elektrische Leitungen von jedem der Ladesensoren 7a–c erstrecken sich zu einer an der Zugeinheit 1 angebrachten Steuereinheit 8. Die Zugeinheit 8 erhält dadurch im Wesentlichen fortlaufend Informationen über die aktuellen Lastwerte an den entsprechenden Radachsen 3, 4, 6. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine schematisch dargestellten Neigungssensor 9, der dazu ausgelegt ist, den Neigungswinkel α des Fahrzeugs zu erfassen. Der Neigungssensor 9 ist mit der Steuereinheit 8 durch eine elektrische Leitung zum Übertragen von Signalwerten verbunden, die Informationen über den Neigungswinkel α des Fahrzeugs übermitteln. Das Fahrzeug weist auch einen schematisch dargestellten Sensor 10 auf, der die Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst. Ein derartiger Sensor 10 kann z. B. die Rotationsgeschwindigkeit der Räder messen. Der Sensor 10 kann ebenfalls ein bereits existierender Sensor zum Abschätzen der Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Die Steuereinheit 8 erhält Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Sensor 10 über eine elektrische Leitung und berechnet daraufhin einen Wert für die Fahrzeugbeschleunigung auf Grundlage von Informationen über die Differenz der Geschwindigkeit zwischen mindestens zwei zeitlich nahe aneinanderliegenden Messpunkten. Alternativ kann ein direkt die Fahrzeugbeschleunigung erfassender Beschleunigungsmesser genutzt werden.
1 zeigt die unbewegt auf einer Niveaufläche stehende Fahrzeugkombination. Der Neigungssensor 9 erfasst einen Neigungswinkel von 0° und der Geschwindigkeitssensor 10 erfasst, dass die Geschwindigkeit konstant null ist. Das Umladen der Ladung findet gewöhnlich in einem derartigen Zustand statt, der daher bevorzugt als ein erster Zustand festgelegt wird. Alternativ kann ein derartiger erster Zustand erhalten werden, falls sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Niveaufläche bewegt. In dem ersten Zustand erfasst der Lastsensor 7a die senkrechte Kraft N₁, die auf die Radachse 3 wirkt, der Lastsensor 7b erfasst die senkrechte Kraft N₂, die auf die Radachse 4 wirkt und der Lastsensor 7d erfasst die senkrechte Kraft N₃, die auf die Radachse 6 wirkt. Die Steuereinheit 8 nutzt Informationen über die Werte der senkrechten Kräfte N₁, N₂, N₃ zum Berechnen des Fahrzeuggesamtgewichts m_tot als Gesamtsumme der senkrechten Kräfte. Danach nutzt die Steuereinheit 8 Informationen über die Werte der senkrechten Kräfte N₁, N₂, N₃ und die fahrzeugspezifischen Geometriewerte, die unter anderem den gegenseitigen Abstand der Radachsen 3, 4, 6 und der Drehscheibe 5 betreffen, um das Gewicht m_d der Zugeinheit und das Anhängergewicht m_t zu berechnen. Falls die Steuereinheit 8 erkennt, dass das Gewicht m_d der Zugeinheit oder das Anhängergewicht m_t sich relativ seit der letzten Schätzung verändert hat, wird angenommen, dass ein Umladen der Ladung stattgefunden hat. Derartige Umladungsarbeiten können ebenfalls die Positionen t_t, t_d der Schwerpunkte der Abschnitte der Fahrzeugkombination verändert haben. Die Steuereinheit 8 berechnet daraufhin ebenfalls die neue Position des Schwerpunkts t_d in Fahrzeuglängsrichtung und die neue Position des Anhängerschwerpunkts t_t in Fahrzeuglängsrichtung.
Setzt sich ein Fahrzeug nach Ladungsumladearbeiten wieder in Bewegung, ist die Steuereinheit 8 dazu ausgelegt, die Schwerpunkte t_t, t_d in Höhenrichtung für die Zugeinheit 1 und den Anhänger 2 abzuschätzen. Eine derartige Schätzung wird automatisch während des Normalbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt, sobald die Steuereinheit 8 Informationen erhält, dass ein zweiter Zustand mit einer erheblichen Veränderung der Lasten N₁, N₂, N₃ auf den Radachsen 3, 4, 6 relativ zu diesen in dem ersten Zustand erreicht wurde. Eine derartige Veränderung der Lasten N₁, N₂, N₃ auf den Radachsen 3, 4, 6 tritt ein, falls das Fahrzeug sich an einer ausreichend steilen Steigung bewegt oder leistungsstarke Beschleunigung oder Verzögerung ausführt. Der Betrag der Lastveränderungen steht somit in Beziehung zu dem Fahrzeugneigungswinkel α und der Fahrzeugbeschleunigung a. Die Beschleunigung a kann natürlich während einer Verzögerung des Fahrzeugs negative Werte annehmen. Die Steuereinheit 8 erhält im Wesentlichen fortlaufend Informationen von dem Neigungssensor 9, die den Fahrzeugneigungswinkel α betreffen und nutzt Informationen über Signalwerte von dem Geschwindigkeitssensor 10, um in kurzen Zeitintervallen die Fahrzeugbeschleunigung a zu berechnen. 2 zeigt ein sich bergan bewegendes Fahrzeug, in diesem Fall übersteigt die Neigung α aufgrund der Steigung einen in der Steuereinheit 8 gespeicherten Referenzwert α_ref. Ein derartiger Neigungswinkel α wird als ausreichend angesehen, um eine gute Schätzung der Höhe des Schwerpunkts y_d der Zugeinheit und des Schwerpunkts y_t des Anhängers 2 zu ermöglichen. Die Steuereinheit 8 nutzt Informationen über den Fahrzeugneigungswinkel α, die Veränderungen der Lasten N₁, N₂, N₃ auf den Radachsen 3, 4, 6 relativ zu diesen in dem ersten Zustand und fahrzeugspezifische Werte wie Achsabstand etc., um die Höhen y_d und y_t der Schwerpunkte abzuschätzen. Die Schätzung kann ebenfalls durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit konstant ist, so dass keine Beschleunigung des Fahrzeugs die Lasten N₁, N₂, N₃ auf den Radachsen 3, 4, 6 beeinflusst.
2 zeigt die Zugeinheit 1 und den Anhänger 2 getrennt, um die auf die entsprechenden Abschnitte 1, 2 der Fahrzeugkombination einwirkenden Kräfte klarer zu zeigen. Zur Berechnung der Höhe y_d des Schwerpunkts der Zugeinheit und der Höhe y_t des Anhängerschwerpunkts ist es möglich, beispielsweise die folgenden Massenbilanzgleichungen und Momentengleichungen zu nutzen.
Massenbilanzgleichungen:
Zugeinheit:

md·a = F4 – F3 – md·g·sin(α)
0 = N1+ N2 – F5 – md·g·cos(α)

Anhänger:

mt·a = F4 – F1 – F2 – mt·g·sin(α)
0 = N3 + N5 – mt·g·cos(α)

Momentengleichungen:
Zugeinheit:

yd·md·a = x5·F5 – y3·F4 – x4·N1 + x3·md·g·cos(α) – yd·md·g·sin(α)(um das Hinterrad auf der Bodenoberfläche)

Anhänger:

yt·mt·a = y3·F4 – x2·F5 + x1·mt·g·cos(α) – yt·mtd·g·sin(α)(um das Rad auf der Bodenoberfläche) worin y_t = Höhe des Anhängerschwerpunkts, y_d = Höhe des Schwerpunkts der Zugeinheit, y₃ = Höhenposition der Drehscheibe, m_d = Gewicht der Zugeinheit, m_t = Gewicht des Anhängers, a = Beschleunigung des Fahrzeugs, F_1-3 = Bremskraft an der entsprechenden Radachse, F_4,5 = Kraftkomponenten zwischen der Zugeinheit und dem Anhänger auf der Drehachse, N_1-3 = senkrechte Kräfte an den entsprechenden Radachsen, x_1-5 = fahrzeugspezifische Abstände, α = Neigungswinkel des Fahrzeugs.

Dieses Berechnungsmodell ist lediglich ein Beispiel und berücksichtigt nur statische Charakteristiken. Es berücksichtigt keine dynamische Charakteristiken wie beispielsweise die Federung. Ein anspruchsvolleres Berechnungsmodell könnte natürlich dynamische Charakteristiken beinhalten.
Die Steuereinheit 8 führt somit automatisch eine Berechnung der Höhen der Schwerpunkts y_t, y_d durch, sobald während des Normalbetriebs des Fahrzeugs nach Ladungsumladearbeiten ein zweiter passender Zustand eintritt. Derartige Berechnungen können häufig durchgeführt werden. Gleichzeitig kann ein Durchschnittswert berechnet werden, um die Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte mit hoher Genauigkeit festlegen zu können. Der zweite Zustand tritt ein, falls sich das Fahrzeug an einer Steigung mit einem Neigungswinkel α bewegt, der größer ist als ein Referenzwert α_ref. Der zweite Zustand kann ebenfalls die Fahrzeugbeschleunigung mit einem Beschleunigungswert a darstellen, der höher ist als ein gespeicherter Referenzwert a_ref, oder einer Bremsung des Fahrzeugs, die zu einer leistungsstärkeren Verzögerung des Fahrzeugs führt als den gespeicherten negativen Beschleunigungsreferenzwert –a_ref. Um eine ausgeprägtere Lastveränderung zwischen den Radachsen 3, 4, 6 während eines derartigen Bremsvorgangs des Fahrzeugs zu erreichen, kann die Bremskraft zu einer passend ausgewählten Radachse 3, 4, 6 zugeführt werden. Eine derartige Bremskraft wird vorteilhafterweise zu den Rädern der vorderen Radachse 3 zugeführt.
Die Steuereinheit 8 ist somit dazu ausgelegt, die Abschätzung der Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte automatisch nach Erhalt der Parameterwerte α, a zu initiieren, die aussagen, dass ein passender zweiter Zustand nach Ladungsumladearbeiten erreicht worden ist. Als Alternative hierzu oder in Kombination hiermit kann die Anordnung eine Steuerung 11 in dem Fahrzeugführerhaus aufweisen. Die Steuerung ist schematisch in 1 dargestellt. Der Fahrer ist angewiesen, die Steuerung 11 zu betätigen, falls er/sie eine Schätzung der gegenwärtigen Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte der Abschnitte der Fahrzeugkombination zu erhalten wünscht. Bremsen des Fahrzeugs oder eine Steigung mit einem passenden Neigungswinkel gibt daher dem Fahrer die Möglichkeit eine Abschätzung der Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte durch Betätigung der Steuerung 11 zu veranlassen. Die Steuerung 11 kann z. B. ein Tastmittel sein, das eingedrückt werden muss oder ein passend geformter Hebel oder ein Schalter, der in eine aktive Position geschalten werden muss, um eine derartige Abschätzung durchzuführen.
3 stellt ein Ablaufdiagramm dar, das eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulicht. Schritt 12 erfasst, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Zustand befindet. Die Steuereinheit ermittelt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist (d. h. v = konstant) und ob sich das Fahrzeug auf einer Niveaufläche befindet (d. h. α = 0). Ist das Fahrzeug unbewegt, ist die Geschwindigkeit konstant 0. Sind diese Bedingungen erfüllt, erfassen die Lastsensoren 7a–c in Schritt 13 die Lastwerte N₁, N₂, N₃ an den entsprechenden Radachsen 3, 4, 6. In Schritt 14 werden die Lastwerte addiert und das Fahrzeuggesamtgewicht m_tot wird berechnet. Daraufhin erfolgt ein Vergleich, ob das Fahrzeuggesamtgewicht m_tot dem totalen Gewicht m_tot entspricht, als die Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte zuletzt abgeschätzt wurden. Falls sich das Fahrzeugesamtgewicht m_tot verändert hat, wird angenommen, dass Ladungsumladearbeiten seit der letzten Schätzung der Schwerpunkte stattgefunden haben. Falls sich die Fahrzeuglasten ändern, ändern sich die Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte wahrscheinlich auch. In Schritt 15 nutzt die Steuereinheit 8 einen derartigen Hinweis, um eine neue Position t_d des Schwerpunkts der Zugeinheit 1 in Fahrzeuglängsrichtung und eine neue Position t_t des Schwerpunkts des Anhängers 2 in Längsrichtung des Fahrzeugs zu berechnen.
Setzt sich das Fahrzeug in Bewegung, erhält die Steuereinheit 8 im Wesentlichen fortlaufend Parameterwerte, die die Fahrzeugbeschleunigung a und den Neigungswinkel α betreffen. In Schritt 16 wird ermittelt, ob die Fahrzeugbeschleunigung a den Referenzwert a_ref überschreitet oder unterhalb eines Referenzwerts –a_ref liegt. Gleichzeitig wird ermittelt, ob der Fahrzeugneigungswinkel α größer ist als ein Referenz wert α_ref. Sobald einer von beiden den Parameterwerten a, α seinen entsprechenden Referenzwert überschreitet, ist die Steuereinheit 8 dazu ausgelegt, eine Abschätzung der Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte durchzuführen. In diesem Fall bewirkt Bremsen des Fahrzeugs mit einem unterhalb des Referenzwerts –a_ref liegenden Beschleunigungswert a, dass die Steuereinheit 8 befindet, dass das Fahrzeug in einem passenden zweiten Zustand ist und erhält aktuelle Lastwerte N₁, N₂, N₃ von den Lastsensoren 7a–c. Daraufhin, in Schritt 17, berechnet die Steuereinheit 8 eine passende numerische Messung M mit einer sich deutlich mit den Höhen y_t, y_d der Schwerpunkte verändernden Charakteristik. In diesem Fall ist die numerische Messung M = (N₁, N₂)/N₃, das heißt sie beschreibt die Lastverteilung zwischen den Radachsen 3, 4 der Zugeinheit und der Anhängerradachse 6. Andere Varianten für numerische Messungen sind M = N₁/N₂, die die Lastverteilung zwischen der Frontachse 3 der Zugeinheit und der Hinterachse 4 beschreibt und M = (N₁ + N₂)/9,81 (m_d + m_t), die die Last der Zugeinheit relativ zu dem Fahrzeuggesamtgewicht beschreibt. Die numerische Messung M kann ebenfalls N₁, N₂, N₃ sein, das heißt die Werte der verschiedenen senkrechten Kräfte.
In Schritt 18 schätzt die Steuereinheit 8 die Höhe y_t des Schwerpunkts des Anhängers 2 als eine Funktion der numerischen Messung M, des Beschleunigungswertes a, der in diesem Fall einen negativen Wert hat, und einer Anzahl von fahrzeugspezifischen Geometrien x_1-5. Die Steuereinheit 8 schätzt entsprechend die Höhe y_d des Schwerpunkts der Zugeinheit 1 als Funktion der numerischen Messung M, der Beschleunigung a und der Geometrien x_1-5 des Fahrzeugs.
Die Erfindung ist in keinster Weise auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, kann aber frei innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche variiert werden. Die Anordnung und das Verfahren können zum Abschätzen der Höhe des Schwerpunkts von Einzelfahrzeugen und Fahrzeugkombinationen im Wesentlichen in jeder denkbaren Art mit jeder denkbaren Anzahl von Rädern oder Radachsen genutzt werden. Die Last kann ebenfalls individuell für jedes Rad erfasst werden. Die Position des Schwerpunkts in Querrichtung des Fahrzeugs kann ebenfalls abgeschätzt werden. Da beides, die Fahrzeugbeschleunigung und der Neigungswinkel, die Last auf den Rädern beeinflussen, müssen diese beiden Parameter erfasst werden. Jedoch kann der zweite Zustand das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit an einer Steigung darstellen. Die Beschleunigung wird somit Null sein und die Lastveränderung auf den Rädern kann nur auf den Fahrzeugneigungswinkel α bezogen werden. Der Zweite Zustand kann entsprechend das Fahrzeug mit Beschleunigung oder Verzögerung auf einer Niveaufläche darstellen. Der Fahrzeugneigungswinkel wird somit Null sein und die Lastveränderungen auf den Rädern oder Radachsen kann nur auf die Fahrzeugbeschleunigung a bezogen werden. Es ist vorteilhaft, um den ersten Zustand zu erhalten, wenn das Fahrzeug unbewegt steht oder sich mit einer konstanten Geschwindigkeit auf einer Niveaufläche bewegt. Jedoch ist dies nicht notwendig, da der erste und zweite Zustand willkürlich angenommen werden können, solange die Räder eine Veränderung der Last zwischen dem ersten und zweiten Zustand aufweisen.

Claims

Anordnung zum Abschätzen der Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts eines Fahrzeugs (1, 2), das eine Mehrzahl an Rädern (3, 4, 6) aufweist, wobei die Anordnung erste Sensoren (7a–c), die zum Erfassen der Lasten (N₁, N₂, N₃) an wenigstens zwei der Fahrzeugräder (3, 4, 6) ausgelegt sind, einen zweiten Sensor (10), der zum Erfassen eines Parameterwerts ausgelegt ist, der zu der Fahrzeugbeschleunigung (a) in einer Längsrichtung in Beziehung steht, und einen dritten Sensor aufweist, der zum Erfassen eines Parameterwerts ausgelegt ist, der zu dem Neigungswinkel (α) des Fahrzeugs in einer Längsrichtung in Beziehung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Steuereinheit (8) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts des Fahrzeugs auf Grundlage von Informationen abzuschätzen, die die Lastwerte (N₁, N₂, N₃) an den Fahrzeugrädern (3, 4, 6) in einem ersten Zustand betreffen, der dann erreicht wird, wenn das Fahrzeug auf einer Niveaufläche nach einer Änderung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs still steht, und basierend auf Informationen, die Lastwerte (N₁, N₂, N₃) in einem zweiten Zustand betreffen, der während des Fahrzeugbetriebs später erreicht wird, wenn ein Parameterwert (a, α) von dem zweiten Sensor (10) oder dem dritten Sensor (9) erhalten wird, der einen Referenzwert (a_ref,α_ref) übersteigt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, eine negative Beschleunigung des Fahrzeugs durch Bremsen wenigstens eines der Räder (3, 4, 6) zu veranlassen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, eine positive Beschleunigung des Fahrzeugs durch Antreiben wenigstens eines der Räder (3, 4, 6) zu veranlassen.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, den Fahrzeugschwerpunkt (t_t, t_d) in der Fahrzeuglängsrichtung im ersten Zustand abzuschätzen.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, die Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts auf Grundlage der Änderung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in einer numerischen Messung (M) abzuschätzen, die eine Funktion mit wenigstens zwei Lastwerten (N₁, N₂, N₃) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Messung (M) die Lastverteilung zwischen den beiden Rädern (3, 4) des Fahrzeugs beschreibt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Lastfahrzeug ist, das eine Zugeinheit (1) und wenigstens einen Anhänger (2) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Messung (M) die Lastverteilung zwischen den Rädern der Zugeinheit und den Rädern des Anhängers (6) beschreibt.
Anordnung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Messung (M) die Last auf der Zugeinheit relativ zu dem Fahrzeuggesamtgewicht beschreibt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu ausgelegt ist, automatisch eine Schätzung der herrschenden Höhe (y_t, y_d) zu veranlassen, wenn eine Änderung des Fahrzeuggesamtgewichts (m_tot) ermittelt wurde.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Steuerung (11) umfasst, die es ermöglicht, dass eine Abschätzung der Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts manuell initiierbar ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der ersten Sensoren (7a–c) dazu ausgelegt ist, Lastwerte (N₁, N₂, N₃) an einer Radachse (3, 4, 6) des Fahrzeugs zu erfassen, welche wenigstens zwei Räder umfasst.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sensoren (7a–c) dazu ausgelegt sind, Lastwerte (N₁, N₂, N₃) an allen Fahrzeugrädern zu erfassen, die in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche stehen.
Verfahren zum Abschätzen der Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts eines Fahrzeugs (1, 2), welches eine Mehrzahl von Rädern (3, 4, 6) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erfassen von Lasten (N₁, N₂, N₃) an wenigstens zwei der Fahrzeugräder (3, 4, 6), Erfassen eines Parameterwerts, der zu der Fahrzeugbeschleunigung (a) in Längsrichtung in Beziehung steht, und Erfassen eines Parameterwerts, der zu dem Neigungswinkel (α) des Fahrzeugs in Längsrichtung im Verhältnis steht, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschätzens der Höhe (y_t, y_d) des Fahrzeugschwerpunkts auf Grundlage der erhaltenen Informationen bezüglich der Lastwerte (N₁, N₂, N₃) an den Fahrzeugrädern (3, 4, 6) in einem ersten Zustand, der dann erreicht wird, wenn das Fahrzeug auf einer Niveaufläche nach einer Änderung des Fahrzeuggesamtgewichts still steht, und basierend auf Informationen bezüglich der Lastwerte (N₁, N₂, N₃) in einem zweiten Zustand, der während des Fahrzeugbetriebs später erreicht wird, wenn ein Parameterwert (a, α), der die Fahrzeugbeschleunigung (a) oder den Neigungswinkel (α) betrifft, erfasst wird, welcher einen Referenzwert (a_ref, α_ref) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt des Veranlassens einer negativen Beschleunigung des Fahrzeugs durch Bremsen wenigstens eines der Räder (3, 4, 6).
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch den Schritt des Veranlassens einer positiven Beschleunigung des Fahrzeugs durch Antreiben wenigstens eines der Räder (3, 4, 6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschätzens des Fahrzeugschwerpunkts (t_t, t_d) in der Fahrzeuglängsrichtung in dem ersten Zustand.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschätzens der Höhe des Schwerpunkts (y_t, y_d) auf der Grundlage der Änderung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand in einer numerischen Messung (M), die eine Funktion mit wenigstens zwei Lastwerten (N₁, N₂, N₃) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt, dass die numerische Messung (M) die Lastverteilung zwischen den beiden Rädern (3, 4) des Fahrzeugs beschreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch den Schritt, dass das Fahrzeug ein Lastfahrzeug ist, das eine Zugeinheit (1) und wenigstens einen Anhänger (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 und 20, gekennzeichnet durch den Schritt, dass die numerische Messung (M) die Lastverteilung zwischen den Rädern (3, 4) der Zugeinheit und den Anhängerrädern (6) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 18 und 20, gekennzeichnet durch den Schritt, dass die numerische Messung (M) die Last an der Zugeinheit relativ zu dem Fahrzeuggesamtgewicht beschreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, gekennzeichnet durch den Schritt eines automatischen Initiierens einer Abschätzung der herrschenden Höhe (y_t, y_d) des Schwerpunkts, wenn eine Änderung des Fahrzeuggesamtgewichts (m_tot) ermittelt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, gekennzeichnet durch den Schritt des Ermöglichens einer manuellen Einleitung einer Abschätzung der herrschenden Höhe (y_t, y_d) des Masseschwerpunkts.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch den Schritt einer Erfassung von Lastwerten (N₁, N₂, N₃) an einer Radachse (3, 4, 6) des Fahrzeugs, die wenigstens zwei Räder umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens von Lastwerten (N₁, N₂, N₃) an allen Fahrzeugrädern, die in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche stehen.