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Dokumentenidentifikation DE69118866T2 28.11.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0502184
Titel STOSSDÄMPFER MIT SONAR-LAGESENSOR
Anmelder Monroe Auto Equipment Co., Monroe, Mich., US
Erfinder BETHELL, Michael, R., Monroe, MI 48161, US
Vertreter Patentanwälte Hauck, Graalfs, Wehnert, Döring, Siemons, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69118866
Vertragsstaaten DE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.09.1991
EP-Aktenzeichen 919193268
WO-Anmeldetag 25.09.1991
PCT-Aktenzeichen US9107034
WO-Veröffentlichungsnummer 9205042
WO-Veröffentlichungsdatum 02.04.1992
EP-Offenlegungsdatum 09.09.1992
EP date of grant 17.04.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.11.1996
IPC-Hauptklasse B60G 11/26

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Fahrzeugaufhängungssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Modifizieren eines Abstützparameters, abhängig von Änderungen der relativen Lage zwischen teleskopisch verschiebbaren Bauteilen einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung.

Für Mittel zum selektiven Einstellen eines Abstützparameters bzw. zum Steuern veränderlicher Anforderungen hinsichtlich des Niveaus werden Informationen über die relative Bewegung der Abstützung und/oder der Fahrzeugkarosserie benötigt. Solche Informationen werden für gewöhnlich von Sensoren an ein zentrales elektronisches Steuergerät gegeben, um Verschiebungen, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Abstützung und Karosserie zu messen und zu berechnen. Diese Informationen werden von dem Steuergerät benutzt, um die Abstützeigenschaften des Fahrzeugs selektiv zu kontrollieren, um so ein gewünschtes Verhalten zu ermöglichen.

Dämpfer werden bei solchen Fahrzeugaufhängungen benutzt, um unerwünschte Schwingungen (Stöße, Belastungen usw.) zu absorbieren, die beim Fahren auftreten. Um diese Schwingungen zu unterdrücken, werden Dämpfer allgemein zwischen der Karosserie und der Aufhängung des Fahrzeugs eingebaut. Ein im Dämpfer angeordneter Kolben wird über eine Kolbenstange mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Infolge der Ventil- und Drosselwirkung des Kolbens wird der Durchfluß von Strömungsmittel in der Arbeitskammer des Dämpf ers beim Druckhub gedrosselt, so daß der Dämpfer eine Dämpfungskraft ausübt, die der Bewegung des Rades und/oder der Karosserie entgegenwirkt, was sonst ungedämpft bliebe. Je stärker der Durchfluß von Dämpfungsmittel in der Arbeitskammer vom Kolben gedrosselt wird, desto größer sind die vom Dämpfer erzeugten Dämpfungskräfte.

Hinsichtlich der Dämpfungsgröße eines Dämpfers werden oft drei Fahrzeugeigenschaften berücksichtigt, nämlich der Fahrkomfort, Fahrzeuglenkung und Bodenhaftung. Der Fahrkomfort ist oft abhingig von der Federkonstante der Fahrzeugfedern wie auch von der Federkonstante des Sitzes, der Reifen und des Dämpfers. Die Lenkfähigkeit hängt u.a. vom Fahrzeugverhalten ab (d.h. hinsichtlich der drei Hauptachsen). Für eine optimale Lenkfähigkeit und damit einer überlegenen Lenkung von Fahrzeug und Rad sind relativ hohe Dämpfungskräfte erforderlich, um beim Kurvenfahren, Beschleunigen und Bremsen zu große schnelle Veränderungen der Fahrzeuglage zu vermeiden. Die Bodenhaftung ist allgemein von Änderungen der normalen Belastung zwischen Reifen und Boden abhängig. Um die Bodenhaftung zu optimieren, sind höhere Dämpfungskräfte erforderlich, wenn auch schlechten Wegstrecken gefahren wird, um die normalen Laständerungen zu minimieren und damit zu vermeiden, daß die Haftung der Räder am Boden vollständig verlorengeht.

Um den Fahrkomfort, das Lenkverhalten und die Bodenhaftung zu optimieren, ist es allgemein wünschenswert, daß die vom Dämpfer erzeugten Kräfte von der Frequenz der von der Straße bzw. vom Fahrzeug herrührenden Schwingungen abhängig ist. Ist die Eingangsfrequenz etwa gleich der natürlichen Frequenz der Karosserie (beispielsweise etwa zwischen 1 und 2 Hz), so ist es allgemein wünschenswert, daß der Dämpfer relativ hohe Dämpfungskräfte liefert (relativ bezüglich der kritischen Dämpfung), um sehr hohe schnelle Änderungen der Fahrzeuglage beim Kurvenfahren, Beschleunigen und Bremsen zu vermeiden. Liegt die Eingangsfrequenz zwischen 2 und 10 Hz (meistens rührt dies von der Straße her), so ist es allgemein wünschenswert, daß der Dämpfer geringe Dämpfungskräfte liefert, um so einen hohen Komfort zu erzeugen und dafür zu sorgen, daß die Räder beim Fahrbahnerhebungen folgen. Ist die Eingangsfrequenz von Seiten der Fahrbahn etwa gleich der natürlichen Frequenz der Fahrzeugaufhängung (d.h. etwa 10 bis 15 Hz), so ist es einerseits wünschenswert, hinsichtlich eines hohen Fahrkomforts niedrige Dämpfungskräfte zu haben, während andererseits hohe Dämpfungskräfte vorhanden sein sollen, um Änderung der normalen Reifenbelastung zu minimieren und zu vermeiden, daß die Haftung der Räder auf der Fahrbahn vollständig verlorengeht.

Eine selektive Steuerung eines gewünschten Abstützparameters erfordert oft eine Information hinsichtlich der Kolbenverschiebung im Druckzylinder des Dämpfers. Diese Information bestimmt nicht nur, ob der Dämpfer in der Druckstufe oder in der Zugstufe ist, sondern liefert auch Angaben bezüglich der Größe und Frequenz der Bewegung, welche die Aufhängung ausübt.

Verschiedene Verfahren sind bekannt, mit denen man Informationen hinsichtlich der Kolbenverschiebung im Druckzylinder erhalten kann. Die PCT-Anmeldung PCT/U587/00615 benutzt einen Drucksensor und einen Beschleunigungsmesser, um zu bestimmen, ob der Dämpfer in der Druckstufe oder Zugstufe arbeitet, und um Informationen hinsichtlich der Fahrbahnoberf läche zu erhalten. GB-Patentanmeldung GB 2 177 475 A und DE-U-87 02 817.4 schildern Dämpfer für Aufhängungen mit Ultraschallsystemen, um Lageverschiebungen zu bestimmen. Die Lageverschiebung erhält man dadurch, daß die Zeit zwischen dem Senden einer Ultraschallwelle bis zum Empfang des reflektierten "Echos" gemessen wird. Beide Entgegenhaltungen bedienen sich eines einzigen Wandlers, der gepulste Ultraschallwellen aussendet und empfängt. Ein einziger Wandler macht es nötig, daß kostspielige Schaltungen zur Modulation und Kalibrierung der Ultraschallwelle eingebaut werden, um sicherzustellen, daß kohärente Wellen ermittelt werden. Außerdem sind die Wandler in beiden Entgegenhaltungen so eingebaut, daß die Ultraschallwellen am Kolben reflektiert werden.

DE-A-3 031 980 schildert eine Vorrichtung zum Messen des Abstandes eines Kolbens vom Boden eines Zylinders mit einem Ultraschallwandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen. Die Verarbeitungsschaltung zum Bestimmen der Fortpflanzungszeiten der Ultraschallwellen besteht aus einem Impulsgenerator, einer Zeitgeberschaltung und einem Prozessor zum Berechnen des Abstandes vom Kolben im Hubzylinder eines Flurförderfahrzeugs beispielsweise. DE-U-87 02 817 schildert eine Ultraschalleinrichtung für ein hydraulisches Stellglied eines Fahrzeugs, wobei die Verarbeitungsschaltung aus einem Impulsgenerator, einer Steuerschaltung und einer Zeitgeberschaltung besteht, um die Fortpflanzungszeit von einem Ultraschallwandler gesendeten und empfangenen Ultraschallwellen zu bestimmen. Die im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale lassen sich diesem Dokument entnehmen.

Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Stellglied des vorgenannten Typs zu schaffen, das eine Treiberschaltung aufweist, die in besonderem Maße zur Berechnung des Abstandes und/oder der Abstandsänderung zwischen Kolben und Druckzylinder geeignet ist und hierfür fortlaufende elektrische Echtzeitsignale erzeugt, um Abstützeigenschaften des hydraulischen Stellgliedes abhängig von den von der Fahrbahn herrührenden Eingangsfrequenzen zu steuern.

Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Aspekte der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen

Erfindungsgemäß richtet sich der Anspruch 1 darauf, daß das Aussenden von Schallwellen abhängig von einem ersten elektrischen Signal eines Impulsgenerators ausgelöst wird, während die Zeitgeberschaltung einen Schalter aufweist, der den Wandler mit dem Oszillator der Treiberschaltung nach Erhalt des elektrischen Signals vom Impulsgenerator verbindet, wobei der Schalter ferner in der Lage ist, den Wandler an die Zeitgeberschaltung anzuschließen, wenn kein erstes elektrisches Signal vorliegt. Damit erfolgt eine Umschaltung zwischen Schaltstellungn, in denen die Treiberschaltung und die Zeitgeberschaltung separat mit dem Wandler verbunden oder von ihm abgetrennt wird.

Durch Messen der Zeitdifferenz zwischen den emittierten und den reflektierten Ultraschallwellen kann der Abstand des Kolbens zum Bodenventil oder der Endfläche mit einem Computer berechnet werden. Somit kann eine fortlaufende Bestimmung durchgeführt werden, die beispielsweise in einer Kolbensteuerung benutzt wird, um die Dämpfungskräfte des Schwingungsdämpfers zu steuern. Eine solche Bestimmung kann auch dazu verwendet werden, die Polarität (Richtung) der Kolbenbewegung zu bestimmen.

Wenn auch das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Schwingdämpfer mit zwei Rohren betrifft, so können die erfindungsgemäßen Prinzipien auch auf Anordnungen mit einem Rohr oder andere hydraulische oder pneumatische Stellgueder bei Fahrzeugeinsatz Verwendung finden.

Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung in Bezug auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von direkt wirkenden hydraulischen Dämpfern an einem Fahrzeug;

Fig. 2 einen Schnitt eines hydraulischen Dämpfers der Fig. 1 in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt des unteren Teils der Fig. 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt, der die Montage des Wandlers in der bevorzugten Ausführungsform darstellt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der elektrischen Treiberschaltung für den Wandler der Fig. 2 und

Fig. 6 einen Teilschnitt durch einen Dämpfer mit angeschlossener Treiberschaltung.

In Fig. 2 sind vier hydraulische Stellglieder als Dämpfer 20 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Dämpfer 20 sind im Zusammenhang mit einem Fahrzeug 22 vorgesehen. Das Fahrzeug 22 besitzt eine hintere Abfederung 24 mit einer Hinterachse 26 für die Räder 28. Die Hinterachse 26 ist über zwei Dämpfer 22 und zwei Wendelfedern 30 mit dem Fahrzeug 22 verbunden. Ferner hat das Fahrzeug eine vordere Abfederung 32 mit einer Vorderachse 34 für die Vorderräder 36. Die Vorderachse 34 ist mit dem Fahrzeug über zwei Dämpfer 22 und Wendelfedern 38 verbunden. Anstelle der Wendelfedern können auch andere Elemente, wie Blattfedern, Luftfedern, hydropneumatische Fedem usw. eingebaut sein. Die Dämpfer 20 dienen zum Dämpfen der Relativbewegung der ungefederten Massen, d.h. der Vorder- und Hinterachse 32 und 24 und der gefederten Masse, d.h. der Karosserie 39. Anstelle des dargestellten Pkw können die Dämpfer 20 auch für andere Fahrzeuge eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt den Dämpfer 20 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Zylinder 40 zur Bildung einer Arbeitskammer 42, die mit Dämpfungsmittel versehen ist. In der Arbeitskammer 42 ist ein Kolben 44 verschiebbar, der mit einem Ende an der Kolbenstange 46 befestigt ist. Der Kolben 44 besitzt eine Umfangsnut 48 für einen Kolbenring 50, wie dies bekannt ist, um den Übertritt von Dämpfungsmittel zwischen dem Außenumfang des Kolbens 44 und dem Innendurchmesser des Zylinders 40 zu verhindern.

Ein Bodenventil 52 liegt am unteren Ende des Zylinders 40 und dient zum Austausch von Dämpfungsmittel zwischen der Arbeitskammer 42 und einem Ringreservoir 54. Dieses wird von dem Raum zwischen dem Außenumfang des Zylinders 40 und dem Innenumfang eines Zylinders 56 gebildet, der mittig die Außenseite des Zylinders 40 umgibt. Beispielsweise ist das Bodenventil 52 in US-A-3,771,626 näher erläutert. Ferner hat das Bodenventil 52 ein abgestuftes oberes Profil mit einer ersten Reflexionsfläche 51 und einer zweiten Reflexionsfläche 53, wie noch beschrieben wird. Die Erfindung läßt sich aber auch auf hydraulische Stellglieder ohne Bodenventil, Rückschlagventil o.ä. anwenden.

Das obere und untere Ende des Dämpfers 20 ist mit tassenförmigen Kappen 58 und 60 versehen, die in passender Weise, wie durch Schweißen, an den Enden des Zylinders 56 befestigt sind. Der Dämpfer ist auch mit einem Schutzrohr 62 versehen, das am oberen Ende an der Kolbenstange 46 befestigt ist. Endseitige Anschlüsse 64 am oberen Ende der Kolbenstange 46 und der unteren Kappe 60 dienen zur Befestigung des Dämpfers 20 an der Karosserie und der Fahrzeugachse. In bekannter Weise strömt bei Verschiebung des Kolbens 44 Dämpfungsmittel im Zylinder 40 aus dem oberen in den unteren Teil der Arbeitskammer 42 bzw. umgekehrt. Bei entsprechender Steuerung des Strömungsmittelaustausches zwischen den beiden Räumen der Arbeitskammer 42 ist der Dämpfer 20 in der Lage, die Relativbewegung zwischen der Karosserie und der Fahrzeugachse zu dämpfen, um so den Fahrkomfort und das Lenkverhalten zu optimieren.

Der Kolben 44 ist mit einer nicht dargestellten Ventilanordnung versehen, um den Strömungsmittelaustausch zwischen den beiden Räumen der Arbeitskammer 42 zu drosseln. Eine solche Ventilanordnung ist beispielsweise in PCT/US87/00615 erläutert. Die Erfindung läßt sich aber auch mit anderen Ventilanordnungen und Dämpfern verwenden. Ferner ist der Aufbau des Dämpfers 20 lediglich ein Beispiel und die Erfindung gilt auch für andere Stellglieder-Bauarten.

Erfindungsgemäß besitzt der Dämpfer 20 ferner einen akustischen Wandler 66, der als Sender und Empfänger dient und an der Stimseite des Kolbens 44 gegenüber der Stange 46 befestigt ist. Der Wandler 66 erzeugt Ultraschallwellen von einer bestimmten Frequenz "f" in Richtung der Stimseite des Zylinders 40 gegenüber dem Wandler 66, wo das Bodenventil 52 befestigt ist. Mit Ultraschall werden Schallwellen bezeichnet, deren Frequenz höher ist als für den Menschen hörbar, etwa 16 kHz. Die Fortpflanzung der Schallwellen in einem relativ nicht absorbierenden Medium beruht auf der Erzeugung von Schwingungen in den Elementarpartikeln des Mediums, in dem sich die Wellen fortpflanzen. Der Sender 66 kann piezoelektrisch aufgebaut sein, also aus Quarz, Barnum, Titanat oder Bleizirkonat-Titanat oder auch magneto-restriktiv oder in anderer Weise. Die Resonanzfrequenz "f" bestimmt sich nach den Abmessungen des verwendeten piezoelektrischen Wandlers. Wenn die vom Sender 66 emittierten Ultraschallwellen auf das Basisventil 52 (Reflektor) auftreffen, so werden sie in Rückwärtsrichtung zum Sender 66 reflektiert. Der Sender 66 empfängt die reflektierten Ultraschallwellen vom Bodenventil 52 und erzeugt dementsprechend ein Ausgangssignal. Für die folgende Erläuterung werden die vom Wandler 66 erzeugten Ultraschallwellen als "emittierte Wellen" bezeichnet, während die vom Wandler 66 empfangenen Wellen als "reflektierte Wellen" bezeichnet werden.

Das Basisventil 52 ist mit einer ersten abgestuften Reflexionsfläche 51 versehen, die axial in einem bestimmten Abstand über einer zweiten abgestuften Reflexionsfläche 53 rechtwinklig zur Längsachse des Zylinders 40 liegt. Dieser axiale Abstand der Flächen 51 und 53 dient zum Kompensieren von Fortpflanzungs-Geschwindigkeitsänderungen der Welle im Dämpfungsmittel infolge der Auswirkung von Temperatur und Druck auf die Viskosität. Die gestuften Flächen 51 und 53 liefern getrennte reflektierte Wellen, wobei die nacheilende Welle als "Echowelle" bezeichnet wird und beide Wellen vom Wandler 66 empfangen werden. Die Echowelle läuft also hinter der reflektierten Welle her. Auch wenn die für gewöhnlich benutzten Dämpfungsmittel ausreichend kleine Abschwßchungseigenschaften bis zu etwa 3 MHz haben, wird eine Kompensierung trotzdem bevorzugt. Der vorbestimmte Abstand zwischen den Flächen 51 und 53 liefert dann einen bekannten Bezugsabstand. Das Verhältnis zwischen dem vorbestimmten axialen Abstand und der Echowelle macht Anpassungen an Viskositätsänderungen möglich.

Ist der Kolben 44 gegenüber dem Bodenventil 52 stationär, so bleibt die Zeit konstant, bis die reflektierten Ultraschallwellen den Wandler 66 erreichen. Bewegt sich der Kolben 44 in Richtung auf das Bodenventil 52 zu, so verkürzt sich die Zeit zwischen dem Abstrahlen und Empfangen der reflektierten Schallwelle. Bewegt sich dagegen der Kolben 44 vom Bodenventil 52 weg, so wird die Zeitdauer verlängert. Mit einer fortlaufenden, sich wiederholenden Messung dieser Zeitunterschiede läßt sich der Abstand des Kolbens 44 gegenüber dem Bodenventil 52 bestimmen. Dieser Meßwert kann dann zum Bestimmen von passenden Daten wie Schnelligkeit, Beschleunigung, Frequenz und Stößen benutzt werden. Im Betrieb dient das Impulsechoverfahren als bevorzugtes Wellensteuersystem. Dieses Verfahren beinhaltet die Emission gepulster akustischer Wellen mit nachfolgender Bestimmung der Zeit, bis das erste Echo, reflektiert am Bodenventil 52, zum Wandler 66 zurückgelangt. Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild für dieses Steuerverfahren. Die Träger- bzw. Resonanzfrequenz "f" wird entsprechend den mechanischen Eigenschaften des Wandlers 66 und des Dämpfungsmittels ausgewählt.

Wird der piezoelektrische Kristall 68 des Wandlers 66 mit einer Sinusspannung erregt, so ist eine bestimmte Zeit erforderlich, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Ebenso benötigt man eine bestimmte Zeit, bis der Kristall 68 die Schwingung beendet, nachdem die Spannung abgeschaltet worden ist. Um nur einen einzigen Wandler 66 zum Abstrahlen und Empfangen der Ultraschallwellen zu verwenden, muß der Kristall 68 in der Lage sein, seine Schwingung nach dem Abstrahlen des Impulses "f" abzuschwächen, um ein überlappen der abgestrahlten und reflektierten Wellen zu vermeiden. Somit sollte der Wandler eine kleine Modulationsimpulsbreite aufweisen, um den Betrieb zu ermöglichen, wenn es sich um einen minimalen Abstand zwischen dem Wandler 66 und dem Bodenventil 52 handelt. Das Steuerverfahren ist auch in der Lage, zwischen einer ersten reflektierten Welle und nachfolgenden reflektierten Wellen zu unterscheiden, und zwar wegen der Zeitdauer zwischen abgestrahlten Impulsen, die länger ist als die akustische Dämpfungszeit des Dämpfungsmittels.

Als Treiberschaltung 72 für den Wandler 66 dient eine Einrichtung zum Erzeugen von Wellen. Die Treiberschaltung 72 ist an den Wandler 66 angeschlossen, so daß dieser Ultraschallwellen mit einer bestimmten Trägerfrequenz "f" erzeugt. Vorzugsweise dient die Treiberschaltung 72 zum Erzeugen von kontinuierlichen vom Wandler 66 abgestrahlten Ultraschallwellen, um eine kontinuierliche Echtzeit-Bestimmung des Abstandes zwischen dem Kolben 44 und dem Bodenventil 52 zu ermöglichen. Die Treiberschaltung 52 hat einen Oszillator 74 und einen Impulsgenerator oder Modulator 76. Andere bekannte Treiberschaltungen lassen sich ebenfalls verwenden.

Eine Verstärkerschaltung 90 ist vorgesehen, um den Empfang einer reflektierten Welle bzw. eines Impulses am Wandler 66 festzustellen. Der Verstärker 90 ist an den Wandler 66 angeschlossen und verstärkt das reflektierte Signal und bestimmt die jeweils höchste Spitzenamplitude.

Zum Messen des Zeitunterschiedes zwischen den reflektierten und emittierten Ultraschallwellen besitzt der Dämpfer 20 ferner eine Zeitgeberschaltung 100. Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, erhält die Zeitgeberschaltung 100 ein Signal aus der Treiberschaltung 72, um die Zeitgeberschaltung 100 zu "starten". Die Zeitgeberschaltung 100 erhält ferner ein Signal aus dem Verstärker 90, um nach Empfang der reflektierten Impulswelle am Wandler 66 die Zeitgeberschaltung 100 zu "stoppen".

Genauer gesagt erzeugt der Oszillator 74 eine Trägerfrequenz "f". Der Impulsmodulator 76 liefert das gepulste Signal, das zwischen Abstrahlen und Empfang im Wandler 66 eine Zeitspanne benötigt. An der Vorderkante des modulierten Impulses wird der Schalter 82 in die Lage "A" umgeschaltet und die Zeitgeberschaltung 100 startet zum Zeitpunkt T1. An der Hinterkante des modulierten Impulses schaltet der Schalter 82 in die Lage "B", um so bereit zu sein, den reflektierten Wellenimpuls zu empfangen. Der reflektierte Impuls wird dem Verstärker 90 zum Verstärken und Bestimmen der Spitzenamplitude zugeführt. Die Vorderkante des reflektierten Impulses schaltet die Zeitgeberschaltung 100, um diese im Zeitpunkt T2 zu stoppen. Die Zeitgeberschaltung 100 wird nicht wieder betätigt, bis nachfolgende reflektierte Impulse infolge von zusätzlichen Reflexionen abgeklungen sind. Als nicht einschränkendes Beispiel liegt eine verhältnismäßig kleine Resonanzfrequenz "f" bei etwa 2,2 MHz Das 2,2 MHz modulierte Signal ist vom Impulsgenerator 76 erzeugt worden. Die modulierte Impulsbreite beträgt etwa 1,25 Mikrosekunden und wird alle 440 Mikrosekunden wiederholt. Dies führt zu einer Abtastrate von etwa 2,3 KHz Verständlicherweise lassen sich aber auch andere Mittel zum Messen der Zeitdifferenz zwischen emittierten und reflektierten Wellen und Echoimpulsen verwenden.

Zur Berechnung des relativen Abstandes von Kolben 44 und Bodenventil 52 dient ein zentraler elektronischer Prozessor, also Computer 110, der aus dem Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung 100 den relativen Abstand vom Kolben 44 und dem Ende des Zylinders 40 bzw. dem Bodenventil 52 berechnet. Ist dies erfolgt, so liefert der Computer 110 ein Ausgangssignal, das der Abstandsberechnung entspricht und das für die Ansteuerung des Dämpfers mit entsprechenden Rechenregeln verwendet wird. So kann das berechnete Abstandssignal an eine Kolbensteuerschaltung 120 übertragen werden, von der dann die Dämpfungseigenschaften des Kolbens 44 geändert werden, um das gewünschte Lenkverhalten des Fahrzeugs herbeizuführen.

Abstandsbestimmungen dieser Art lassen sich auch dazu verwenden, aktive bzw. dynamische Niveaustellglieder anstelle bzw. zusätzlich zur Dämpfungssteuerung mit Positionsdaten, Richtungsdaten und/oder Kraftinformationen anzusteuern.

Um die Ansprechsempfindlichkeit der Empfängerschaltung zu vergrößern, ist der Wandler 66 vorzugsweise in der Lage, eine hohe Impedanz zu haben, wenn er als Empfänger arbeitet. Die Schaltung sollte aber für kleine Ausgangsimpedanzen ausgelegt sein, wenn der Wandler als Sender arbeitet. Bei Verwendung von üblichen Elektronikkomponenten läßt sich der Impedanzwert von niedrig auf hoch beim Abstrahlen und Empfangen hin- und herschalten.

Fig. 4 zeigt den Wandler 66, wie er zwischen einer ersten Halteplatte 130 und einer zweiten Halteplatte 132 befestigt ist. Der Wandler ist für gewöhnlich zentrisch zum Bodenventil 52 ausgerichtet, um die reflektierten Wellen optimal zu empfangen. Vorzugsweise bestehen die Halteplatten 130, 132 aus Aluminium. Die elektrischen Anschlüsse (nicht dargestellt) des Wandlers 66 sind an einer ersten unteren Fläche 134 des piezoelektrischen Signals 68 vorgesehen. Ein verzinnter Kupferring 136 ist an der Umfangsfliche der gegenüberliegenden Oberseite 138 des Kristalls 68 angelötet, um für eine ausreichende elektrische Verbindung zur ersten Halteplatte 130 zu sorgen. Eine Lage Neoprengummi 140 liegt zwischen den Halteplatten 130 und 132, um die Unterseite des Wandlers 66 gegenüber der zweiten Halteplatte 132 elektrisch zu isolieren.

Vorzugsweise erfolgen die Anschlüsse an die Treiberschaltung über eine Mittelbohrung der Kolbenstange 46 über ein abgeschirmtes Kabel. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch andere Mittel zum Einbau des Wandlers am Kolbenende 44 vorzusehen, wenn die Ansprechempfindlichkeit erhalten bleibt. Es lassen sich also alle Wandler mit entsprechenden Anschlüssen und Ausrichtung zum reflektierenden Bauteil verwenden.

Das Bodenventil 52 ist mit der abgestuften oberen Reflexionsfläche 51 und der unteren Reflexionsfläche 53 versehen. Dies liefert einen festen Abstand der Reflexionsflächen voneinander, um Messungen des Abstandes "h" zu kalibrieren, wenn sich die Wellenfortpflanzung infolge Temperatur- und Druckänderungen des Dämpfungsmittels verändern. Ein derartiges abgestuftes Bodenventil 52 liefert zwei getrennte reflektierte Impulse. Zeitänderungen zwischen dem Empfang der beiden reflektierten Impulse (im Vorstehenden als reflektierte und Echowelle bezeichnet) bilden einen Bezugswert für eine Feinabstimmung der Steuerschaltung, um solche Anderungen zu kompensieren. In abgeänderter Ausführung kann ein Thermoelement im Schwingungsdmpfer 20 vorgesehen sein, um Temperaturänderungen zu erfassen. Diese Information kann dann vom Prozessor 110 mit Speichertabellen verglichen werden, um die temperaturabhßngige Schallgeschwindigkeit im Dämpfungsmittel zu kompensieren. Ferner ist es auch möglich, daß die Erfindung von anderen Verfahren Gebrauch macht, die bei Schallsystemen laufend benutzt werden, um die relative Abstandsbestimmung "h" einzujustieren, um Änderungen in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle infolge Temperatur und Viskosität des Dämpfungsmittels zu kompensieren. Diese Kompensation kann in der Computer-Software basierend auf bekannten Eigenschaften des Dämpfungsmittels eingebaut sein.

Auch wenn das dargestellte Ausführungsbeispiel die vorgenannten Aufgaben zu lösen sucht, so lassen sich Abänderungen vornehmen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Zeitgeberschaltung 100, der Computer 110 und der Oszillator 72 entweder intern oder extern bezüglich des Dämpfers vorgesehen sein. Falls die Unterbringung außerhalb des Dämpf ers 20 erfolgt, so läßt sich ein einzelner Computer 110 verwenden, um den Relativabstand zu berechnen und irgendeinen Abstützparameter (Niveau, Dämpfung, Federeigenschaften usw.) für jeden einzelnen Dämpfer steuern. Ferner können auch akustische Wellen außerhalb des Ultraschallbereichs erfindungsgemäß verwendet werden.


Anspruch[de]

1. Hydraulisches Stellglied zur Verbindung der gefederten und ungefederten Massen eines Fahrzeugs, wobei das hydraulische Stellglied nach Wahl einen Abstützparameter abhängig von Änderungen der relativen Lage eines teleskopisch verschiebbaren Bauteils zu einem gehäusefesten Bauteil des hydraulischen Stellgliedes zu ändern imstande ist, mit:

einem Zylinder (40) zur Bildung einer Arbeitskammer (42), in der Dämpfungsmittel speicherbar ist,

einem Kolben (44) in dem Zylinder zum Abteilen einer ersten und einer zweiten Hälfte der Arbeitskammer, wobei der Kolben im Zylinder verschiebbar ist;

einem Wandler (66) zum Senden und Empfangen von Schallwellen, die sich in dem in der zweiten Hälfte der Arbeitskammer befindlichen Dämpfungsmittel fortpflanzen;

einer Treiberschaltung (72) mit einem Wellengenerator (74) zum Ansteuern des Wandlers (66), damit dieser Schallwellen aussendet;

einem Reflektor zum Reflektieren der vom Wandler emittierten Schallwellen, wobei der Reflektor in dem Zylinder angeordnet ist;

einer Zeitgeberschaltung (100) zum Bestimmen der Zeitspanne zwischen einer vom Wandler emittierten Schallwelle und dem Empfang einer reflektierten Schallwelle des Wandlers, wobei die Zeitgeberschaltung ein hiervon abhängiges Ausgangssignal erzeugt;

einem Computer zum Berechnen der relativen Lage des Kolbens im Zylinder, abhängig vom Ausgangssignal der Zeitgeberschaltung; und

mit einer Steuerschaltung zur wahlweisen Anderung des Abstützparameters, abhängig von der relativen Lage des Kolbens im Zylinder,

gekennzeichnet durch

die Treiberschaltung (72) weist einen Oszillator (74) zum Erzeugen einer Trägerfrequenz (f) auf und veranlaßt den Wandler (66) zum Aussenden von Schallwellen, abhängig von einem ersten in einem Impulsgenerator (76) erzeugten elektrischen Signal,

einen Schalter (82) zum elektrischen Verbinden des Wandlers mit der Treiberschaltung nach dem Empfang des ersten elektrischen Signals vom Impulsgenerator (76), wobei der Schalter ferner imstande ist, den Wandler mit der Zeitgeberschaltung elektrisch zu verbinden, wenn kein erstes elektrisches Signal vorhanden ist.

2. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 1, bei dem die Wellengeneratorschaltung (74) den Wandler (66) aktiviert, gepulste Ultraschallwellen mit einer festen, gesteuerten Frequenz und Dauer zu erzeugen.

3. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Kolbenstange (46) an dem Kolben (44), wobei der Wandler (66) einen Sender aufweist, der an einer Kolbenfläche gegenüber der Stange befestigt ist und im Betrieb Ultraschallwellen in das Dämpfungsmittel in der zweiten Hälfte der Arbeitskammer aussendet.

4. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 3, bei dem als Wandler piezoelektrische Wandler vorgesehen sind.

5. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 3, bei dem als Wandler magnetorestriktive Wandler vorgesehen sind.

6. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als Reflektor ein Bodenventil (52) im Zylinder vorgesehen ist.

7. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 6, bei dem das Bodenventil (52) ferner mit einem Kompensator versehen ist, der Änderungen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen kompensiert.

8. Hydraulisches Stellglied nach Anspruch 7, bei dem der dem Bodenventil (52) zugehörige Kompensator ein abgestuftes Bodenventil mit einer ersten und einer zweiten Reflexionsfläche (51,53) aufweist, wobei die erste und zweite Reflexionsfläche einen vorbestimmten axialen Abstand voneinander derart aufweisen, daß der Wandler zwei getrennte, an der ersten und zweiten Reflexionsfläche reflektierte Schallwellen empfängt, um daraus ein Bezugssignal zu bilden.

9. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem als Reflektor eine Bodenendfläche des Zylinders (40) vorgesehen ist.

10. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Zeitgeberschaltung (100) imstande ist, kontinuierlich ein Ausgangssignal abhängig von der Zeitspanne zwischen einer vom Wandler (66) emittierten Schallwelle und einer vom Wandler empfangenen reflektierten Schallwelle zu erzeugen.

11. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Wellengeneratorschaltung imstande ist, ein moduliertes, gepulstes Signal zu erzeugen.

12. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Computer kontinuierlich ein Ausgangssignal abhängig von einer Abstandsänderung zwischen dem Kolben und dem Bodenventil erzeugt.

13. Hydraulisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Steuerschaltung zur wahlweisen Ansteuerung der Ventilmittel (52) die Strömung von Dämpfungsmittel im Stoßdämpfer abhängig vom Abstand zwischen dem Kolben und dem Bodenventil verändert.







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