DE2420203C3 - Einrichtung zum Schutz eines Gelenk- Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz eines Gelenk-Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken mittels einer Gelenksperre, die aufgrund des Signals einer von dem jeweiligen Lenk- und Knickwinkel beeinflußten Winkelvergleichseinrichtung betätigbar ist.

Der Gelenkwinkel - das ist der im Gelenkpunkt gemessene Winkel zwischen den Längsrichtungen der beiden Fahrzeugteile - folgt bei regulärem Fahrverhaiten mit bestimmter zeitlicher Verzögerung dem durch die gelenkten Räder willkürlich vorgegebenen Lenkwinkel. Bei glatter Fahrbahn und insbesondere, wenn der hintere Fahrzeugteil (Nachläufer) einen Schub nach vorne ausübt, kann es zum Einknicken des Fahrzeuges und damit zu einem gefährlichen Fahrzustand kommen.

Nach der US-PS 24 61 212 soll ein unregelmäßiges Einknicken des Gelenkfahrzeuges dadurch verhindert werden, daß am Gelenk eine Sperre angeordnet ist, die jeweüs dann eingreift, wenn Lenkwinkel und Gelenkwinkel die einander bei ordnungsgemäßer Kurvenfahrt zugeordneten Werte haben. Dabei wird aber übersehen, daß insbesondere bei scharfen Kurven der Lenkwinkel bei Kurvenbeginn im allgemeinen wesentlich größer is.t als der Gelenkwinkel, während bei Kurvenende der Lenkwinkel schon auf geringe Werte reduziert ist, während der Gelenkwinkel noch groß ist. Das bedeutet, daß das Fahrzeuggelenk gerade in denjenigen Augenblicken nicht verriegelt ist, in denen die Gefahr eines Einknickens besonders groß ist, weil das Fahrzeug seinen Fahrzustand stark ändert. Im Gefahrenfalle muß der Fahrer versuchen, diejenige Lenkradstellung zu finden, in welcher das Fahrzeuggelenk gesperrt ist. Dies ist um so schwieriger, als diese Lenkradstellung von der Größe des jeweiligen Knickwinkels abhängt; denn die Sperre greift ja nur bei Übereinstimmung des Lenkwinkels mit dem Knickwinkel ein. Der Fahrer wird unter den Schreckbedingungen einer Gefahrensituation kaum in der Lage sein, diese Lenkradstellung zu finden, wobei erschwerend hinzukommt, daß er dabei seinem natürlichen Fahrgefühl zuwiderhandeln muß. Wenn nämlich beispielsweise in der zweiten Kurvenhälfte ein Oberschwingen des Anhängers auftritt, darf der Fahrer nicht gegenlenken, sondern er muß den Lenkwinkel vergrößern, um ihn dem Knickwinkel anzugleichen. Wenn es dem Fahrer gelingen sollte, die Verriegelungsstsllung zu finden, so wird das Fahrzeug in einer Lenkrichtung verriegelt, die mit der vom Fahrer beabsichtigten Fahrtrichtung nicht übereinstimmt und möglicherweise zur Katastrophe führt. Die Wahrscheinlichkeit ist jedoch groß, daß diese schon früher eingetreten ist, weil die bis zur Verriegelung vergehende Zeit zu lang für eine Beherrschung der Situation ist. Der Fahrer stellt nämlich den Gefahrenzustand erst dann fest, wenn er im Rückspiegel den Nachläufer aus der üblichen Richtung kommen sieht, wenn also der Gefahrenzustand schon weit fortgeschritten ist. Erst nach dem Verstreichen einer Schrecksekunde kann er versuchen, die Verriegelungsstellung des Lenkrads zu finden. Dann dürfte es im allgemeinen zu spät sein.

Ähnlich ist die Verriegelungseinrichtung nach der US-PS 32 50 547 jeweils dann verriegelt, wenn das Lenkrad sich in Geradeausstellung befindet oder wenn der Lenkeinschlag dem Gelenkwinkel entgegengesetzt ist. Wenn der Fahrer den Gefahrenzustand bemerkt, muß er versuchen, das Lenkrad in die Geradeausstellung oder darüber hinaus zurückzudrehen, um dadurch ein weiteres Einknicken des Gelenks zu verhüten. Weil die Verriegelung von einer Reaktion des Fahrers abhängt, tritt sie aus den weiter oben erörterten Gründen viel zu spät ein. Ferner sind ins Verriegelungszustand die vorhandenen Lenk- und tCnickwinkel im Zweifelsfalle so weit von der gewünschten Fahrtrichtung entfernt, daß die Gefahr durch die Verriegelung eher vergrößert als verringert wird.

Die starre Verriegelung des Gelenks eines Gelenkfahrzeugs wird deshalb in der Fachwelt zum Teil gänzlich abgelehnt (DE-OS 15 55 677, Seite 1). Aus diesem Grunde ist nach der US-PS 36 18 983 die Bremsung des Anhängers vorgesehen, wenn der Lenkwinkel und der Knickwinkel nicht übereinstimmen. Da bei Beginn und Ende einer Kurve diese Obereinstimmung in der Regel fehlt, ist dies eine gefährliche Anordnung, weil schon bei regulärem Fahrverhalten die Anhängerbremsen eingreifen und dadurch die Bodenhaftung verlorengehen kann. Während der Fahrer die Bremsen je nach den Bodenverhältnissen vorsichtig betätigen kann, muß sich eine automatische Bremsung ohne Berücksichtigung der Bodenverhältnisse gefährlich auswirken. Möglicherweise aus diesem Grunde ist in der Patentschrift vorgesehen, daß die Bremswirkung mit der Winkelabweichung zunehmen soll. Aber auch bei normaler Kurvenfahrt treten große Abweichungen zwischen Lenk- und Knickwinkel auf, die somit zu starker Bremswirkung führen und das Fahrzeug unbrauchbar machen müssen. Im übrigen ist das bekannte System zur Sicherung nicht ausreichend, weil in vielen Fällen ein Knickschutz auch erforderlich ist, wenn Lenk- und Knickwinkel gleich sind, nämlich beispielsweise in der Mitte einer Kurve. Außerdem ist eine sukzessiv wirkende Bremse unzureichend, weil jede Maßnahme zu spät kommt, wenn die

Winkelabweichung bereits ein kritisches Maß angenommen hat.

Aus der US-PS 35 02 350 ist eine Gelenksperre bekannt, die zwei mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Verdrängungsräume enthält, die mit dem Fahrzeuggelenk so verbunden sind, daß sie Dei einer Änderung des Knickwinkels eine gegensinnige Volumenänderung einleiten. Sie sind miteinander über drei Leitungen verbunden. Die erste Leitung enthält ein Schaltventil, das jeweils dann geschlossen wird, wenn die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden. Diese Leitung ermöglicht bei normaler, ungebremster Fahrt eine freie Kommunikation der beiden Verdrängerräume und damit eine freie Änderung des Knickwinkels. Jede der beiden anderen Leitungen enthält ein Rückschlagventil, wobei die beiden Rückschlagventile gegensinnig orientiert sind, sowie, ein Schaltventil. Wenn der Knickwinkel von der Geradeausfahrtstellung abweicht, ist jeweils eines dieser Schaltventile geschlossen, so daß über die verbleibende der beiden Leitungen die Hydraulikflüssigkeit nur in einer Richtung fließen kann und daher bei gebremstem Fahrzeug, wenn die erste Verbindungsleitung geschlossen ist, eine Knickwinkeländerung nur im Sinne einer Streckung des Fahrzeugs möglich ist. Daraus folgt, daß Knickwinkelvergrößeruug und Bremsung niemals gleichzeitig auftreten dürfen, weil der Knickwinkel sich während einer Bremsung nicht mehr über seinen augenblicklichen Wert hinaus vergrößern kann. Dies würde ein Fahrerverhalten ausschließen, das in der Praxis aber unumgänglich notwendig ist. Beispielsweise können bei gebremster Fahrt bergab keine Kurven gefahren werden oder es kann beim Beginn einer Kurve nicht gebremst werden. Die bekannte Einrichtung ist daher für die Praxis unbrauchbar.

Das nicht vorveröffentlichte, ältere Patent 22 56 455 &idigr;&idigr;&idigr;&idigr; ^&igr;&Lgr;&Igr;5&agr;&idigr;&OHacgr;&Idigr;&Tgr;&idigr;&Ogr;&Pgr;&igr;&igr;&agr;&Pgr;&bgr; &Ggr;&Pgr;&idiagr;&iacgr; uCF aCüiCUng

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kraftwagen vor, daß der Knickwinkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und derjenigen des Anhängers gemessen wird, um einschließlich seiner ersten zeitlichen Ableitung als Führungsgröße für die Einstellung der Lenkwinkel der lenkbaren Anhängerachsen verwendet zu werden. Weder ist mit dieser Anordnung die Feststellung eines kritischen Fahrzustands möglich, weil die Lenkwinkel der Anhängerachsen dem Knickwinkel nur passiv folgen, noch ist eine Gelenksperre vorgesehen, die einem kritischen Fahrzustand entgegenwirken könnte.

Die Erfindung geht von der Voraussetzung aus, daß nur eine Gelenksperre zu einer Fahrzeugsicherung führen kann. Die zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Einrichtung der eingangs genannten Art, deren Sperrwirkung unabhängig von der Reaktion des Fahrers und den obwaltenden Fahrbedingungen eintritt, die Streckung des Fahrzeugs nach eingetretener Sperrung nicht verhindert und keine negativen Rückwirkungen auf das Fahrerverhalten hat.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine Einrichtung zum Feststellen oder Berechnen des dem jeweiligen Lenkwinkel zugeordneten, maximal zulässigen Knickwinkels vorgesehen ist, wobei die Winkelvergleichseinrichtung für den Vergleich des Knickwinkels mit dem maximal zulässigen Knickwinkel eingerichtet ist, und daß die Gelenksperre einer Knickwinkelvergrößerung einseitig entgegenwirkend ausgebildet ist.

Unter dem maximalen Knickwinkel ist in diesem Zusammenhang derjenige Knickwinkel zu verstehen, der sich bei einem bestimmten Lenkwinkel maximal (nämlich bei konstanter Kreisfahrt) unter normaler Bodenreibung einstellt.

Die eifindungsgemäße Einrichtung begrenzt ständig den Maximalwert des Knickwinkels. In keiner Situation kann der Knickwinkel daher größer werden, als es den durch die Einstellung des Lenkwinkels durch den Fahrer zum Ausdruck gebrachten Richtungsvorgaben entspricht. Sollte beispielsweise im Beginn einer Kurve ein Uberschieben des Nachläufers mit entsprechender Vergrößerung des Knickwinkels auftreten, so kann diese Vergrößerung nur bis zu dem durch den Lenkwinkel vorgegebenen Maximalwert stattfinden. Die einzige Änderung gegenüber normalem Fahrverhalten des Fahrzeuges besteht dann darin, daß der Knickwinkei dem Lenkwinkel nicht - wie sonst üblich - verzögert, sondern rascher als vorgesehen folgt. Diese geringfügige Abweichung wird in der Regel vom Fahrer gar nicht erst bemerkt, weil die Gelenksperre das Fahrzeug in der von ihm vorgegebenen Richtung stabilisiert. Die Gelenksperre bleibt daher auch ohne tückwiikung auf das Verhalten des Fahrers. Eine etwa drotende Gefahrensituation wird abgefangen, bevor die Gefahr überhaupt eintreten konnte. Im zweiten Abschnitt einer Kurvenfahrt ist der Lenkwinkel im allgemeinen kleiner als der zugehörige maximale Knickwinkel. Die Gelenksperre wird daher in der zweiten Kurvenhälfte in der Regel eingreifen. Unter normalen Fahrverhältnissen hat dies keinen Einfluß auf die Fahreigenscbaften des Fahrzeuges, weil die Sperre nur einseitig wirkt, und daher die Streckung des Knickwinkels nicht beeinträchtigt.

Die stabilisierende Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung eignet sich besonders für Fahrzeuge mit Nachläuferantrieb, bei denen die Einknickgefahr durch den Antriebsschub vergrößert wird, und unter den erhöhten Sicherhcitsanforderungen, die an Omnibusse für die Personenbeförderung zu stellen sind.

Die Gelenksperre enthält zweckmäßigerweise - wie an sich bekannt - eine Kolbenzylindereinrichtung, die mittels eines steuerbaren Rückschlagventils absperrbar ist. Li der einen Richtung, die der Vergrößerung des Knickwinkels zugeordnet ist, verhindert das Rückschlagventil eine Bewegung der Kolbeiizylindereinrichtung, während es die der Streckung des Gelenks entsprechende Kolbenzylinderbewegung gestattet.

Vorteilhafterweise ist die Gelenksperre deran ausgebildet, daß sie bei Verringerung des Knickwinkels bis kurz vor 0° betätigt bleibt. Das bedeutet mit anderen Worten, daß der engere Winkelbereich um 0° von der Sperrwirkung ausgenommen bleibt, damit die Gelenksperre nicht schon bei den geringen Lenkbewegungen während Geradeausfahrt ständig eingreifen muß.

Mach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensor, der zur Messung des Knickwinkels vorgesehen ist, derart ausgelegt, 'Jaß er bei sprunghafter Kaickwinkeländerung die Gelenksperre betätigt. Dies ergibt gegenüber plötzlichem Ausknicken eine zusätzliche Sicherung neben der auf den Vergleich der Lenk- und Knickwinkel beruhenden Sicherung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 bis 3 einen Gelenkbus schematisch in der Draufsicht in verschiedenen Fahrzuständen und

6:; Fig. 4 ein Blockschaltbild der Verriegelungsvorrichtung.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Gelenkbus besteht aus einem vorderen Fahrzeueteil 1 und einem Nachläufer 2.

in dessen Heckteil der Antrieb für den Gelenkbus untergebracht ist, der auf die Achse 3 des Nachläufers mit den schematisch dargestellten Rädern wirkt. Dank dieser Anordnung kann die Fußbodenhöhe sehr niedrig und somit bequemer sein, während die erforderliche minimale Dachhöhe für Stehplätze ohne Schwierigkeiten einzuhalten ist. Bezüglich Lärmdämpfung und Werkstatthandhabung ist diese Antriebsform ebenfalls vorteilhaft. Das vordere Fahrzeugteil 1 weist zwei Achsen 4 und 5 auf, wobei die Vorderachse mit P.ädern 6 versehen ist, die zur Änderung der Fahrtrichtung entsprechend dem Lenkeinschlag einstellbar sind. Das vordere Fahrzeugteil 1 und der Nachläufer 2 sind im Gelenkpunkt 7 mittels eines nicht dargestellten Drehgelenks miteinander verbunden. Bei Kurvenfahrt besteht zwischen den Rädern 6 der Vorderachse 5 und der Achse 4 des vorderen Fahrzeugteil 1 ein Lenkwinkel &agr;. Im Verlaufe der Kurvenfaini iiiti ain Geienkpunki 7 zwischen der Längsachse des vorderen Fahrzeugteils 1 und der Längsachse des Nachläufers 2 ein Knickwinkel &bgr; auf, wie beispielsweise aus Fig. 1 ersichtlich ist, wo der Nachläufer 2 im Verlaufe einer Kurvenfahrt die gestrichelt dargestellte Stellung bezüglich des vorderen Fahrzeugteils 1 einnimmt. An dem nicht dargestellten Drehgelenk sind Gelenksperren A und B vorgesehen, die nur in einer Richtung einer Vergrößerung des Knickwinkels &bgr; entgegenwirken. Entsprechend der Richtung des Lenkeinschlags der Vorderräder 6 bzw. des Nachläufers 2 entweder in Richtung auf die Gelenksperre A oder die Gelenksperre B sind der Einschlag- und der Knickwinkel &agr; bzw. &bgr; mit entsprechenden Indizes A und B versehen.

Der Einschlagwinkel &agr; wird mittels eines Sensors 20 und der Knickwinkel &bgr; mittels eines Sensors 21 gemessen. Dies erfolgt beispielsweise über die Messung des Drehwinkeis des Drehgelenks bzw. der Winkelstellung der Vorderräder 6 zur Längsachse des vorderen Fahrzeugteils 1. Die entsprechenden Signale werden in einen Logikkreis eingespeist, der einen Rechner 22 aufweist, der den maximalen Knickwinkel &bgr; bei dem gemessenen Einschlagwinkel &agr; berechnet und ein entsprechendes Signal auf einen Vergleicher 23 gibt. Der zweite Eingang des Vergleichers 23 wird von dem Sensor 21 für den Knickwinkel gespeist, so daß der Vergleicher 23 auf einen elektronischen Schalter 24 ein Signal gibt, wenn der gemessene Knickwinkel &bgr; gleich oder größer ist als der vom Rechner 22 berechnete, maximal erlaubte Knickwinkel ß_max. Dieser elektronische Schalter betätigt einen Ausiöseschalter 26. entsprechend dem Knickwinkel ß_A oder ß_B Tür die Sperre A oder B. Bei Erreichen beispielsweise des maximalen zulässigen Knickwinkels ß_Bmix wird in einer Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B ein Druck aufgebaut, der eine Vergrößerung des Knickwinkels ß_B verhindert.

Geht der Einschlagwinkel a_B auf 0° zurück, wie in Fig. 2 dargestellt ist, so gelangt der Nachläufer 2 kontinuierlich in die gestrichelt dargestellte Stellung von Fig. 2. Hierbei bleibt der Druck in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B bis kurz vor 0° bestehen, was z. B. in der Weise verwirklicht werden kann, daß der Schalter 24 über einen Schwellwertschalter 25 direkt mit dem Sensor 21 verbunden ist. Wenn das durch die Messung des Knickwinkels &bgr; erzeugte Signal kleiner als ein Schwellwert S₁ wird, gibt der Schwellwertschalter 25 kein Signal mehr auf den Schalter 24, der beispielsweise ein UND-Gatter aufweist, so daß der Schalter 24 nunmehr kein Signal auf den Auslöseschalter 26 für die Betätigung der Gelenksperre B gibt, wodurch die Kolbenzylindereinrichtung entlastet wird. Ist der Knickwinkel &bgr; jedoch größer als der Schwellwert S₁, so gibt der Schwellwertschalter 25 ein Signal auf das UND-Gatter des Schalters 24, so daß bei einem Eingang eines Signals vom Vergleicher 23 der Schalter 24 geöffnet wird und ein Signal zu dem Auslöseschalter 26 gibt.

Wird der Lenkwinkel von &agr; = 0° in einen Lenkwinkel a_A verändert, während der Knickwinkel ß_H ist (vgl.

in Fig. 3), so bleibt der Druck in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre B so lange erhalten, bis der Knickwinkel &bgr; etwa gleich 0" ist. Erst bei Erreichen eines Knickwinkels ß_A wird eine Vergrößerung des Knickwinkels in dem Fall verhindert, wo der von dem Rechner 22 berechnete maximale Knickwinkel überschritten wird, wobei in der Kolbenzylindereinrichtung der Gelenksperre A ein Druckaufbau stattfindet.

Die GcicnkspcrrsR /■ ur.d B können durch pneumatische, hydraulische, elektromagnetische und/oder mechanische Vorrichtungen verwirklicht werden. Bei Verwendung von Kolbenzylindereinheiten können diese hydraulisch miteinander verbunden sein, wobei bei Kurvenfahrt die Flüssigkeit aus dem einen Zylinder in den anderen gepumpt wird. Solange der Knickwinkel nicht kritisch ist, erfolgt dieses Pumpen ohne Hindernis. Wird jedoch der maximale Knickwinkel erreicht oder Überschrift .n, wird die hydraulische Verbindung in derjenigen Richtung, die der Vergrößerung des Knickwinkels entspricht, beispielsweise durch ein steuerbares Rückschlagventil gesperrt.

Um ein plötzliches Ausknicken während des Fahrvorganges mit nicht gesperrtem Gelenk zu verhindern, kann der Sensor 21 auch eine Einrichtung aufweisen, die derart wirkt, daß sie bei nicht kontinuierlichen Knickwinkeländerungen für ein Auslösen der Gelenksperre A oder B sor.-.;t. Hierzu kann beispielsweise das durch die Messung des Knickwinkels &bgr; erzeugte Signal auf einen Differenzierkreis 27 gegeben werden, der ein Signal entsprechend der Größe von dßldt erzeugt, das

einen nachfolgenden Schwellwertschalter 28 bei Überschreiten eines Schwellwerts S₂ aufsteuert und ein Ausgangssignal bei Überschreiten des Schwellwerts S₂ erzeugt, das den Auslöseschalter 26 betätigt.

Die Schwellwertschalter 25 und 28 können Thyristor-Schaltkreise sein.

Die Sperre kann auch rein mechanisch ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Gelenk mit einer Blockierbremse versehen sein, die im gebremsten Zustand eine Änderung des Gelenkwinkels verhindert.

so Dabei muß Sorge dafür getragen sein, daß die Bremse sich rechtzeitig löst, wenn das Gelenk sich wieder zu strecken beginnt. Zu diesem Zweck können beispielsweise an dem Gelenk oder an dessen Verbindungen mit den Wagenteilen Meßeinrichtungen vorgesehen sein, die die Kraftrichtung feststellen und die im Falle einer Umkehr der Kraftrichtung das Lösen der Bremse veranlassen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in rascher Zeitfolge die Bremse kurzzeitig zu lösen und festzustellen, welche Winkeländerungstendenz im gelösten Zustand vorhanden ist. Eine solche Einrichtung kann ähnlich aufgebaut sein, wie bekannte Antiblokkiereinrichtungen an Fahrzeugbremsen, die gleichfalls in kurzen Zeitabständen ein Lockern der Bremswirkung veranlassen und den Schlupf im gebremsten und ungebremsten Zustand vergleichen. Im Unterschied dazu würde im Falle der erfindungsgemäßen Anwendung im ungebremsten Zustand die Winkeländerungstendenz festgestellt. Liegt diese Tendenz im streckenden Sinn,

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so kann die Bremse wieder gelöst werden, während sie
wieder eingreifen muß, solange eine der. Winkel verstärkende
Anderur.gstendenz vorherrscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schutz eines Gelenk-Straßenfahrzeugs gegen übermäßiges Einknicken mittels einer Gelenksperre, die aufgrund des Signals einer von dem jeweiligen Lenk- und Knickwinkel beeinflußten Winkelvergleichseinrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (20, 22) zum Feststellen oder Berechnen des dem jeweiligen Lenkwinkel (&agr;) zugeordneten, maximal zulässigen Knickwinkels &phgr;) vorgesehen ist, wobei die Winkelvergleichseinrichtung für den Vergleich des Knickwinkels (ß) mit dem maximal zulässigen Knickwinkel (^J eingerichtet ist, und daß die Gelenksperre (A bzw. B) einer Knickwinkelvergrößerung einseitig entgegenwirkend ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß- die Gelenksperre (A bzw. B) eine Kolbenzylinöereinrichtung aufweist, die mittels eines steuerbaren Rückschlagventils absperrbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenksperre (A bzw. B) derart ausgebildet ist, daß sie bei Verringerung des Knickwinkels (ß) bis kurz vor 0° betätigt bleibt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Sensor zur Messung des Knickwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) derart ausgelegt ist, daß er bei sprunghafter Knickwinkeländerung die (jelenksperre (A bzw. B) betätigt.

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