DE102005042779A1

DE102005042779A1 - Hilfsrahmenstruktur und Schwingungsdämpfer für selbige

Info

Publication number: DE102005042779A1
Application number: DE102005042779A
Authority: DE
Inventors: Akira Komaki Katagiri; Takehiro Komaki Yamada; Akihiro Nishinomiya Miyoshi; Tamio Osaka Tsurita; Motoshi Kariya Suzuki
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Sumitomo Riko Co Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Sumitomo Riko Co Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2006-05-04
Also published as: US20060049603A1; US7429053B2; JP4444046B2; JP2006076433A

Abstract

Es ist eine Hilfsrahmenstruktur (10) für ein Fahrzeug vorgesehen, bei der ein Hilfsrahmen (12) durch einen Gummiträger (18) an einer Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, wobei Aufhängungskomponenten so an den Hilfsrahmen montiert sind, dass die Aufhängungskomponenten durch den Hilfsrahmen so gehalten werden, dass sie mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und wobei eine Erfassungsbaugruppe (46) ein Abgabesignal gemäß einer Last bereitstellen kann, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirkt. Es ist ebenfalls der Gummiträger (18) zur Verwendung bei der Hilfsrahmenstruktur (10) offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsdämpferstruktur für Hilfsrahmen, die in Fahrzeugen eingebaut sind, und auf eine Hilfsrahmenstruktur, die Selbige verwendet. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Hilfsrahmenstruktur, die mit einer Erfassungsbaugruppe ausgestattet ist, um ein Signal zur Verwendung als ein Erfassungssignal zur Steuerung in Systemen zum Steuern des Fahrtzustandes von Fahrzeugen bereitzustellen, und sie befasst sich mit Gummiträgern zur Verwendung bei der Hilfsrahmenstruktur.

Es gibt eine weitreichende Forschung zum Unterdrücken eines instabilen Fahrzeugkarosserieverhaltens wie zum Beispiel Schlupf durch Vorsehen einer mechanischen Ergänzung der Lenkung durch den Fahrer, um die Bewegungsstabilität von Fahrzeugen zu verbessern. Insbesondere wurden Antiblockiersysteme (ABS) zum Unterdrücken des Blockierens von Rädern beim Bremsen vermarktet, und es wurde bei Fahrzeugsteuersystemen Forschung betrieben, wie zum Beispiel für eine Fahrzeugstabilitätssteuerung, für die Gesamtsteuerung der Bewegungsstabilität von Fahrzeugen und für eine Traktionssteuerung zum Unterdrücken eines Schlupfes von Rädern während einer Beschleunigung.

Diese Arten der Fahrzeugradsteuerung werden unter Verwendung einer Vielzahl Erfassungssignalen entsprechend dem Bewegungszustand des Fahrzeuges durchgeführt. Eine Vielfalt von Strukturen wurde zum Erfassen von externen Kräften vorgeschlagen, die auf die Räder wirken, wie zum Beispiel die Fahrbahnreibung und die wirksame vertikale Kraft, und zum Beispiel zum Erfassen des Reibungskoeffizienten der Fahrbahnoberfläche, und zwar als eine Struktur zum Erfassen dieser Signale. JP-B-2628444, JP-A-2001-191767 und JP-A-2002-316502 offenbaren Beispiele einer derartigen Struktur.

Jedoch sind derartige Strukturen, die bei eingebetteten Dehnungsmessstreifen verwendet werden, welche in Löchern der Achsen vorgesehen sind, wie dies in der vorstehend erwähnten JP-B-2628444 beschrieben ist, schwierig zu vermarkten, wenn man die Festigkeit und die Struktur der Achsen betrachtet, und wenn man die Herstellung betrachtet. Da es erforderlich ist, eine Vielzahl Löcher in den Achsen vorzusehen, um die Kräfte in einer Vielzahl Richtungen zu erfassen, besteht in der Praxis ein Problem darin, dass die Vermarktung äußerst schwierig ist.

Außerdem gibt es bei einer Struktur, die zum Erfassen einer Verformung, einer Drehung, etc. des Reifens von der Außenseite durch das Vorsehen von Erfassungsvorrichtungstargets an dem Reifen angeordnet ist, wie dies bei der vorstehend erwähnten JP-A-2001-191767 beschrieben ist, Probleme dahingehend, dass die Gefahr besteht, dass die Funktion des Reifens durch die Anbringung der Erfassungstargets beeinträchtigt wird, die dem Reifen hinzugefügt werden. Zusätzlich zu dem Problem einer wahrscheinlichen Beschädigung der Erfassungstargets von aufgewirbelten Kies, Schlamm etc. von der Oberfläche der Fahrbahn gibt es ein Problem dahingehend, dass es äußerst schwierig ist, aus den erfassten Werten die auf die Räder wirkenden externen Kräfte zu berechnen, während die Drehzahl des Rades in einfacher Weise erfasst werden kann.

Darüber hinaus ist bei einer Struktur, die so angeordnet ist, dass unter Verwendung von Positionssensoren oder dergleichen dieser Ort der Scheibe der Felge durch eine elastische Kopplung einer Felge mit einem Scheibenabschnitt erfasst wird, wie dies in der vorstehend erwähnten JP-A-2002-316502 beschrieben ist, die Festigkeit des Rades selbst durch das Erfordernis der elastischen Kopplung der Felge an den Scheibenabschnitt reduziert, was eine negative Auswirkung auf die Fahrtstabilität haben kann. Da sich der Sensor darüber hinaus an einer Position befindet, die äußerst nahe an dem Reifen ist, gibt es ein Problem, das der Sensor in einfacher Weise durch den Kies, den Schlamm etc. beschädigt werden kann, der von der Fahrbahnoberfläche aufgewirbelt wird.

Angesichts der Probleme bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Strukturen haben die Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung bereits die deutsche Patentanmeldung DE-102004011440.4 eingereicht, die eine Antischwingungsvorrichtung für eine Aufhängung vorschlägt, die eine Erfassungsbaugruppe zum Erfassen der Last bereitstellt, welche zwischen der Fahrzeugkarosserie und dem Rad wirkt. Diese Art der Antischwingungsstruktur für eine Aufhängung kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass ein Sensor zum Erfassen von Lasten oder Versetzungsbeträgen bezüglich einer Aufhängungsbuchse vorgesehen wird, wodurch eine noch genauere Lasterfassung als bei der Lasterfassung auf der Grundlage einer Reifenverformung oder dergleichen ermöglicht wird, ohne dass dies eine negative Auswirkung auf die Festigkeit der Achse, auf die Festigkeit des Rades, auf die Funktion des Reifens etc. hat.

Da die Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung weitergehende Experimente und Forschung betrieben haben, wurde jedoch klar, dass ein weiterer Spielraum für eine Verbesserung der Struktur vorhanden ist, die die Erfindung aus der früheren Anmeldung verwendet.

Insbesondere wenn die Räder an der Fahrzeugkarosserie durch die Vielzahl Aufhängungsbuchsen angebracht sind und die Erfassungsbaugruppe an den Aufhängungsbuchsen vorgesehen sind, wird das Ansprechverhalten an jeder Aufhängungsbuchse hinsichtlich der Kraftkomponente der auf das Rad aufgebrachten Last erfasst. Um aus dem erfassten Signal die externen Kräfte zu schätzen, die auf das Rad wirken, ist es dementsprechend erforderlich, die Gesamtkraft zu berechnen, und zwar als die auf das Rad wirkende Last auf der Grundlage der Kraftkomponenten, die durch jene Signale berechnet werden, die von den entsprechenden Aufhängungsbuchsen erfasst werden. Dies erfordert eine große Anzahl an Erfassungspositionen, was nicht nur hinsichtlich der Kosten nachteilig ist, sondern was auch hinsichtlich der Schwierigkeiten beim Berechnen problematisch ist.

Außerdem ist nicht nur das Verhalten des Reifes kompliziert, sondern die Aufhängungsbauteile werden einer relativ starken Versetzung in Abhängigkeit von dem Verhalten des Reifens versetzt, so dass die Richtung der Last versetzt wird, die auf die Aufhängungsbuchse aufgebracht wird. In einigen Fällen gibt es Lasteingaben nicht nur in der axialen Richtung der Buchse und in einer Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung der Buchse ist, sondern es gibt auch Eingabelasten in einer Biegerichtung und in einer Torsionsrichtung, was zu der Möglichkeit des Auftretens eines relativ großen Fehlers auch bei den Berechnungsergebnisse führt, die die externen Kräfte schätzen, welche auf den Rädern wirken.

Außerdem ändert sich der Aufhängungsbuchsenanbringungswinkel und durch eine Erweiterung auch die Lasteingaberichtung in Abhängigkeit von der Ausrichtung (Anbringungswinkel) der Aufhängungsbauteile. Wenn Abweichungen der Ausrichtung der Aufhängungsbauteile vorhanden sind, dann gibt es daher auf Grund von Stoßlasten auf den Rädern außerdem Abweichungen der Lasterfassung der Aufhängungsbuchse, was Fehler beim Schätzen der externen Kräfte hervorrufen kann, die auf die Räder wirken.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hilfsrahmenstruktur mit einem neuen Aufbau vorzusehen, die einen einfachen Mechanismus vorsehen kann, welcher die externen Kräfte noch genauer und noch schneller erfassen kann, die auf Fahrzeugräder wirken. Es gehört auch zur Aufgabe der Erfindung, einen Gummiträger vorzusehen, der bei dieser Hilfsrahmenstruktur verwendet werden kann.

Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hilfsrahmenstruktur vorzusehen, die in geeigneter weise verwendbar ist als ein Strukturelement bei einem Fahrzeugsteuersystem, als eine Struktur, die Signale zum Steuern eines Fahrzeugsteuersystems erfasst, wie zum Beispiel zum Steuern einer Traktion oder zum Steuern der Fahrzeugstabilität, und bei Antiblockierbremssystemen, die dazu geeignet sind, dass sie die Fahrtstabilität von Fahrzeugen verbessern, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gummiträger vorzusehen, der bei dieser Hilfsrahmenstruktur verwendet werden kann.

Die vorstehend genannte Aufgabe und/oder optionale Aufgabe dieser Erfindung können zumindest gemäß einer der nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindung gelöst werden. Die nachfolgenden Ausführungsmodi und/oder Elemente, die bei der entsprechenden Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, können in beliebig möglichen optionalen Kombinationen übernommen werden. Es ist offensichtlich, dass das Prinzip der Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen der Erfindung und Kombinationen der technischen Merkmale beschränkt ist, sondern das Prinzip kann auf der Grundlage der Lehre der vorliegenden Erfindung erkannt werden, die in der gesamten Beschreibung und in den Zeichnungen offenbart ist, oder es kann durch den Fachmann angesichts der gegenwärtigen Offenbarung in ihrer Gesamtheit erkannt werden.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsrahmenstruktur. Eine erste Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur für ein Fahrzeug vor, wobei ein Hilfsrahmen durch einen Gummiträger an eine Fahrzeugkarosserie angebracht ist, Aufhängungskomponenten so an den Hilfsrahmen montiert sind, dass die Aufhängungskomponenten in Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie durch den Hilfsrahmen gehalten werden, und eine Erfassungsbaugruppe vorgesehen ist, die ein Abgabesignal entsprechend einer Last bereitstellen kann, zwischen einem Hilfsrahmen und einer Fahrzeugkarosserie wirkt.

Bei der gemäß dieser Ausführungsform angeordneten Hilfsrahmenstruktur kann die gesamte Kraft, die auf die entsprechenden vielen Aufhängungskomponenten wirkt, die die Räder aufhängen, relativ zu der Fahrzeugkarosserie durch jene Last erfasst werden, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirkt. Dies ermöglicht die Erfassung von Daten mit einer höheren direkten Wechselwirkung mit den externen Kräften, die auf das Fahrzeug wirken, und zwar im Vergleich mit jenem Fall, bei dem die auf die Aufhängungsbuchsen wirkenden Lasten erfasst werden, die nicht mehr als partielle Komponentenwirkungen der externen Kräfte sind, die auf die Räder wirken. Dies ermöglicht eine noch genauere Erfassung der externen Kräfte, die auf die Räder wirken. Es ist zu beachten, dass die Hilfsrahmenkomponentenstangen, Verbindungen, Arme und dergleichen aufweisen.

Darüber hinaus sind die Maße der Hilfsrahmenelemente groß, was nicht nur die einfache Anbringung der Erfassungsbaugruppe ermöglicht, sondern was außerdem einen großen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Anbringungspositionen vorsieht.

Da zusätzlich die Summe der Gesamtkräfte der Vielzahlaufhängungskomponenten als jene Last erfasst wird, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirken, haben die Ausrichtungen der einzelnen Aufhängungskomponenten keine große Wirkung auf das Erfassungsergebnis. Außerdem ist der Hilfsrahmen selbst relativ zu den Aufhängungskomponenten groß genug, so dass er ein festes Stabilisierungselement ist, was bedeutet, dass im Wesentlichen kein Problem bei einer Änderung des Anbringungszustandes des Hilfsrahmens an die Fahrzeugkarosserie gibt. Auch wenn eine Abweichung der Ausrichtung der Aufhängungskomponenten vorhanden ist, kann folglich die gewünschte Erfassungsgenauigkeit mit Stabilität weiterhin aufrecht erhalten werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Abweichungen des Erfassungsergebnisses reduziert wird, was die Schätzung der externen Kräfte mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.

Darüber hinaus ist der Hilfsrahmen eine Komponente, die näher an der Fahrzeugkarosserie und weiter von dem Rad als die Aufhängungskomponenten angebracht ist, was die Anbringung der Erfassungsbaugruppe an einer Position ermöglicht, die angemessen von dem Rad entfernt ist, und zwar durch die Anbringung der Erfassungsbaugruppe an dem Hilfsrahmen. Dies verhindert in wirksamer Weise eine Beschädigung der Erfassungsbaugruppe durch Kies, Schlamm und dergleichen, die von der Oberfläche der Fahrbahn aufgewirbelt werden, und Störungen auf Grund von Fahrbahnschäden, was eine ausgezeichnete Haltbarkeit und eine zuverlässige Wartung ermöglichen.

Eine zweite Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform vor, wobei die Erfassungsbaugruppe zumindest an einem Ort in einer Nähe eines entsprechenden Endes des Hilfsrahmens in einer seitlichen Richtung des Fahrzeuges vorgesehen ist. Bei der Hilfsrahmenstruktur gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform kann die Erfassungsbaugruppe hinsichtlich der Genauigkeit der Erfassungsergebnisse dadurch verbessert werden, dass jene Charakteristik genutzt wird, dass der Versetzungsbetrag in jeder Richtung beim Eingeben einer Last von den Rädern eine Tendenz dahingehend hat, dass sie in der Nähe der Enden des Hilfsrahmens groß ist.

Eine dritte Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform vor, die des Weiteren eine Berechnungseinheit zum Berechnen der entsprechenden externen Kräfte aufweist, die auf die Räder des Fahrzeuges in der Längsrichtung, der seitlichen Richtung und der vertikalen Richtung des Fahrzeuges wirken, und zwar auf der Grundlage von Abgabesignalen, die von der Erfassungsbaugruppe erhalten werden. Bei der Hilfsrahmenstruktur, die gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform aufgebaut ist, ermöglicht die Berechnung der externen Kräfte, die auf die Räder des Fahrzeuges in der Längsrichtung, in der seitlichen Richtung, und in der vertikalen Richtung wirken, das Erhalten von Erfassungsergebnissen, die bei einer Vielzahl Anwendung verwendet werden können, wie zum Beispiel bei Antiblockiersystemen, bei einer Traktionssteuerung und bei einer Fahrzeugsicherheitssteuerung.

Eine vierte Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsform vor, wobei die Erfassungsbaugruppe einen Dauermagneten aufweist, der an einer festen Position bezüglich einer Seite des Hilfsrahmens und der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, sowie eine Hall-Sonde, die an einer festen Position bezüglich einer anderen Seite des Hilfsrahmens und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist. Der Dauermagnet, der ein Magnetfeld erzeugt, und die Hall-Sonde können eine Änderung eines relativen Abstandes zwischen dem Dauermagneten und der Hall-Sonde bei der Hilfsrahmenstruktur messen, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist, wobei Änderungen der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes zu einer elektrischen Variable durch den Hall-Effekt umgewandelt und abgegeben werden. Da die magnetische Flussdichte des magnetischen Feldes des Dauermagneten, die durch die Hall-Sonde erfasst wird, sich in Abhängigkeit von dem relativen Abstand zwischen dem Dauermagneten und der Hall-Sonde ändert, ändert sich genauer gesagt auch die elektrische Variable, die durch die Hall-Sonde abgegeben wird. Durch das Anordnen des Dauermagneten und der Hall-Sonde an die Seite des Hilfsrahmens bzw. an die Seite der Fahrzeugkarosserie ist es nämlich möglich, Änderungen des relativen Abstandes zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie in einfacher Weise und effizient abzugeben. Bei einer Erfassungsbaugruppe, die zum Beispiel Infrarotlicht verwendet, können außerdem große Fehler auftreten, oder die Erfassung kann nicht möglich werden, und zwar auf Grund einer Verschmutzung durch Schlamm oder dergleichen, da die Erfassungsbaugruppe an Fahrzeugen vorgesehen wird, die üblicherweise im Freien verwendet werden. Jedoch kann bei der gegenwärtigen Ausführungsform des Ausführungsbeispieles, bei dem die Erfassung des Versetzungsbetrages durch Änderungen eines magnetischen Feldes bewirkt wird, die Erfassung stabil und unabhängig von einer Verschmutzung etc. durchgeführt werden.

Eine fünfte Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß einer der ersten bis vierten Ausführungsform vor, wobei die Erfassungsbaugruppe eine Relativpositionserfassungsbaugruppe zum Erfassen eines relativen Versetzungsbetrages zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie in insgesamt drei Richtungen ist, wobei diese eine axiale Richtung davon und zwei Richtungen sind, die senkrecht zu der axialen Richtung sind. Bei einer Hilfsrahmenstruktur, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist, ermöglicht die Erfassung in der axialen Richtung und in den beiden zueinander senkrechten Richtungen, die zu der axialen Richtung senkrecht sind, die genaue Erfassung der externen Kräfte, die auf die Räder bei dem Fahrzeug in der Längsrichtung, in der seitlichen Richtung und der vertikalen Richtung wirken.

Eine sechste Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß einer der ersten bis fünften Ausführungsform vor, wobei die Erfassungsbaugruppe an dem Gummiträger für eine schwingungsfreie Kopplung des Hilfsrahmens an die Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist. Bei der Hilfsrahmenstruktur, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist, ist der Gummiträger an einer Anbringungsposition einer Aufhängungskomponente bezüglich der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Somit kann die Anbringungsposition der Erfassungsbaugruppe bezüglich der Fahrzeugkarosserie ortsfest festgelegt werden. Infolgedessen gibt es kein Problem einer Instabilität des Betriebes auf Grund von Änderungen der Anbringungsposition, was stabilisierte Betriebscharakteristika ermöglicht. Verglichen mit jenem Fall, bei dem die Erfassungsbaugruppe an dem Rad vorgesehen ist, gibt es insbesondere einen Vorteil dahingehend, dass die kontinuierliche Erfassung der externen Kräfte möglich ist, die auf das Rad wirken, auch wenn das Rad blockiert ist. Außerdem wird durch die Erfassungsbaugruppe an dem Gummiträger die Vermarktung vereinfacht, da die Verwendung von Hilfsrahmen und Fahrzeugkarosserien als solche möglich ist, die herkömmlicherweise verwendet wurde, ohne dass eine bestimmte Neustrukturierung von großen Bauelementen wie zum Beispiel die Hilfsrahmen oder die Fahrzeugkarosserie erforderlich ist.

Eine siebte Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung sieht eine Hilfsrahmenstruktur gemäß der sechsten Ausführungsform vor, wobei der Gummiträger ein inneres Stangenelementes, das Steif an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, ein äußeres Zylinderelement, das steif an dem Hilfsrahmen befestigt und so angeordnet ist, dass es das innere Stangenelement umschließt, wobei ein Spalt um einer Außenumfangsseite des inneren Stangenelementes vorhanden ist, einen elastischen Gummikörper, der dieses innere Stangenelement und dieses äußere Zylinderelement elastisch verbindet, und eine Relativpositionserfassungsbaugruppe zum Erfassen des relativen Versetzungsbetrages des inneren Stangenelementes und des äußeren Zylinderelementes aufweist. Bei der Hilfsrahmenstruktur, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung angeordnet ist, ermöglicht die Erfassung des relativen Versetzungsbetrages zwischen dem inneren Stangenelement, das an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, und dem äußeren Zylinderelement, das an dem Hilfsrahmen angebracht ist, die praktische Erfassung des relativen Versetzungsbetrages zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie. Außerdem kann der Bedarf eines speziellen Prozesses zum Anbringen der Relativpositionserfassungsbaugruppe beseitigt werden, indem die Relativpositionserfassungsbaugruppe im Voraus an dem Gummiträger vorgesehen wird, wenn der Gummiträger an den Hilfsrahmen oder dergleichen angebracht wird, was die Anbringung der Relativpositionserfassungsbaugruppe an den Hilfsrahmen im Wesentlichen bei demselben Vorgang wie bei der Anbringung eines normalen Gummiträgers ermöglicht.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Gummiträger. Eine erste Ausführungsform des zweiten Aspektes der Erfindung sieht einen Gummiträger zur Verwendung bei einer Hilfsrahmenstruktur mit einem Aufbau gemäß einem der ersten bis siebten Ausführungsform vor, die vorstehend beschrieben sind, wobei der Gummiträger folgendes aufweist: Ein inneres Stangenelement, das steif an die Fahrzeugkarosserie angebracht ist; ein äußeres Zylinderelement, das steif an den Hilfsrahmen angebracht und so angeordnet ist, dass es das innere Stangenelement umschließt, wobei ein Spalt um einer Außenumfangsseite des inneren Stangenelementes vorhanden ist; einen elastischen Gummikörper, der das innere Stangenelement und das äußere Zylinderelement elastisch verbindet; und eine Relativpositionserfassungsbaugruppe zum Erfassen des relativen Versetzungsbetrages des inneren Stangenelementes und des äußeren Zylinderelementes, so dass sie als die Erfassungsbaugruppe dient.

Eine zweite Ausführungsform des zweiten Aspektes der Erfindung sieht einen Gummiträger gemäß der ersten Ausführungsform vor, wobei die Relativpositionserfassungsbaugruppe einen relativen Versetzungsbetrag zwischen dem inneren Stangenelement und dem äußeren Zylinderelement insgesamt in drei Richtungen erfasst, die eine axiale Richtung davon und zwei zueinander senkrechte Richtungen sind, die senkrecht zu der axialen Richtung sind.

Eine dritte Ausführungsform des zweiten Aspektes der Erfindung sieht einen Gummiträger gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform vor, wobei die Relativpositionserfassungsbaugruppe folgendes aufweist: Einen Dauermagneten, der an einer festen Position bezüglich einer Seite des Hilfsrahmens und der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, und eine Hall-Sonde, die an einer festen Position bezüglich einer anderen Seite des Hilfsrahmens und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist.

Die Verwendung des Gummiträgers, der gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsform des zweiten Aspektes der Erfindung aufgebaut ist, ermöglicht das effektive Vorsehen der Hilfsrahmenstruktur, die vorstehend beschrieben ist.

Wie dies aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, können bei der Hilfsrahmenstruktur und bei dem Gummiträger, der bei der Hilfsrahmenstruktur verwendet wird, die gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, die externen Kräfte, die auf die Räder wirken, mit hoher Genauigkeit und Gewissheit geschätzt werden, und zwar in einer einfachen Form, ohne dass dies durch äußere Faktoren wie zum Beispiel ein Fehler, eine Anbringungsposition, eine Abweichung der Anbringungsausrichtung und dergleichen beeinträchtigt wird, wobei der Fokus auf dem Hilfsrahmen liegt.

Die vorstehend genannte Aufgabe und/oder andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen die gleichen Bezugszeichen ähnliche Bauelemente bezeichnen, wobei:
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus einer Hilfsrahmenstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der. Erfindung;
2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht der Anordnung eines Hilfsrahmenträgers, der bei der Hilfsrahmenstruktur gemäß der 1 verwendbar ist;
3 zeigt eine Bodenansicht des Hilfsrahmenträgers gemäß der 2, und sie zeigt eine Anordnung einer dabei vorgesehenen Erfassungsbaugruppe;
4 zeigt eine schematische Ansicht, die zum Beschreiben eines Versetzungsbetrages geeignet ist, der bei dem Hilfsrahmenträger erfasst wird, wenn die Hilfsrahmenstruktur gemäß der 1 eingegebenen Lasten auf Rädern in der Längsrichtung und der seitlichen Richtung ausgesetzt wird;
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus einer Hilfsrahmenstruktur gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus einer Hilfsrahmenstruktur gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 1 zeigt einen Aufbau einer Hilfsrahmenstruktur 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Hilfsrahmenstruktur 10 hat einen Hilfsrahmen 12, durch den eine Stange, ein Ring, ein Arm und andere Aufhängungskomponenten 14 in einen Kontakt mit einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeuges gehalten werden.
Der Hilfsrahmen 12 ist aus einem Stahlelement mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet, und es ist ein Bauelement, das insgesamt im Wesentlichen die Form eines rechteckigen Rahmenelementes aufweist. Die Aufhängungskomponenten 14, die die entsprechenden Räder 16 stützen, sind an diesem Hilfsrahmen 12 angebracht. Der Hilfsrahmen 12 ist ebenfalls an die Fahrzeugkarosserie durch eine Vielzahl Gummiträger angebracht, wie zum Beispiel vier Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel.
Wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist, hat dieser Hilfsrahmenträger 18 eine Struktur, bei der eine metallische innere Buchse 20 als ein inneres Stangenelement dient, und bei der eine metallische äußere Buchse 22 als ein äußeres Zylinderelement dient, die durch einen elastischen Gummiträger 24 elastisch verbunden sind, wobei die innere Buchse 20 steif an die Fahrzeugkarosserie 26 befestigt ist und die äußere Buchse 22 an den Hilfsrahmen 12 durch einen Halter 28 angebracht ist.
Insbesondere ist die innere Buchse 20 aus einem steifen Material ausgebildet, das eine zylindrische Form mit kleinem Durchmesser aufweist, und die innere Buchse 20 ist entweder an die Fahrzeugkarosserie 26 oder an den Hilfsrahmen 12 mittels einer Anbringungsschraube 32 steif befestigt, die durch ein inneres Loch 30 der inneren Buchse 20 hindurch tritt. Die Anbringungsschraube 32 bildet eine Stange 34 in jenem Abschnitt, der sich von ihrer ungefähren Mitte dem Spitzenabschnitt annähert, wobei dort keine Gewindekanten ausgebildet sind. Außerdem ist ein Stopperkontaktelement 36 an einem Basisendabschnitt der inneren Buchse 20 angebracht. Dieses Stopperkontaktelement 36 ist im Wesenthichen ein scheibenförmiges Bauelement, das aus Metall besteht, wobei ein Schraubendurchgangsloch, durch das die Anbringungsschraube 32 hindurch tritt, in seiner radialen Mitte ausgebildet ist.
Die äußere Buchse 22 ist aus einem steifen Material ausgebildet, und sie hat ungefähr eine zylindrische Form mit dünnen Wänden, die einen Radius aufweisen, der größer ist als der Radius der inneren Buchse 20. Ihr Basisende ist in ihrer radialen Richtung nach außen gebogen, um so einen äußeren Flansch 38 um ihren gesamten Umfang auszubilden. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist offensichtlich, dass das Maß des Außendurchmessers des äußeren Flansches 38 im Wesentlichen gleich dem Maß des Außendurchmessers des Stopperkontaktelementes 36 ist.
Darüber hinaus ist die äußere Buchse 22 im Wesentlichen koaxial zu der äußeren radialen Richtung der inneren Buchse 20 angeordnet, wobei der Spalt zwischen den gegenüberliegenden Flächen der inneren und der äußeren Buchse 20 und 22 durch den elastischen Gummikörper 24 gefüllt ist, der die innere Buchse 20 elastisch an die äußere Buchse 22 koppelt.
Dieser elastische Gummikörper 24 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form mit insgesamt dicken Wänden, wobei ein Paar Beleuchtungslöcher 40, 40 an entsprechenden Abschnitten ausgebildet ist, die sich in einer diametralen Richtung gegenüberliegen, und zwar entsprechend der Vorwärts-/Rückwärts- oder Längsrichtung des Fahrzeuges, so dass sie sich in der axialen Richtung des elastischen Gummikörpers 24 über eine spezifische Umfangsdistanz erstrecken. Außerdem ist der elastische Gummikörper 24 einstückig mit einem Bodenstoppergummi 42 ausgebildet, das sich von einer Bodenseite bzw. einem äußeren Umfangsabschnitt des elastischen Gummikörpers 24 so erstreckt, dass es sich über einen gesamten Umfang des äußeren Flansches 38 spreizt, wodurch das Bodenstoppergummi 42 axial dem Stopperkontaktelement 36 gegenüberliegt, wobei dazwischen ein vorgegebener axialer Spalt vorhanden ist. Dieses Bodenstoppergummi 42 und das Stopperkontaktelement 36 gelangen miteinander in einen Anlagekontakt, um eine übermäßige relative Versetzung zwischen der inneren Buchse 20 und der äußeren Buchse 22 zu begrenzen.
Der elastische Gummikörper 24 wird durch Vulkanisieren an seiner Innenumfangsfläche an eine Außenumfangsfläche der inneren Buchse 20 und an seiner Außenumfangsfläche an eine Innenumfangsfläche der äußeren Buchse 22 gefügt, wodurch ein einstückig vulkanisierter Gegenstand 44 ausgebildet wird, der mit der inneren und der äußeren Buchse 20 und 22 versehen ist.
Der einstückig vulkanisierte Gegenstand 44 ist mit einem Versetzungssensor 46 als eine Erfassungsbaugruppe zum Messen der Versetzung des Hilfsrahmens 12 bezüglich des einstückig vulkanisierten Gegenstandes 44 ausgestattet, wodurch der Hilfsrahmenträger 18 mit der Erfassungsbaugruppe versehen wird. Wie dies in der 3 gezeigt ist, werden insbesondere Hall-Sonden 48, 50 und 52 sowie Dauermagnete 54 und 56 als der Versetzungssensor 46 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel verwendet.
Die Hall-Sonden 48, 50 und 52 sind Bauelemente, die dann verwendet werden, wenn die Stärke des magnetischen Feldes auf der Grundlage des Hall-Effektes erfasst wird, wobei Änderungen des magnetischen Feldes, das in der Nähe gebildet wird, durch die Abgabe einer elektrischen Variablen gemäß der Größe des magnetischen Feldes erfasst werden. Ein dünnes Teil eines Halbleitermateriales wie zum Beispiel Germanium, Indiumantimon und Indiumarsenid ist zur Verwendung geeignet.
Mit diesen Hall-Sonden 48, 50 und 52 sind die Hall-Sonden 48 und 50 in geeigneten Richtungen in der Längsrichtung des Fahrzeuges und in der seitlichen Richtung des Fahrzeuges jeweils an der Innenumfangsfläche der äußeren Buchse 22 angebracht, und die Hall-Sonde 52 ist an der Bodenfläche des äußeren Flansches 38 an einem einzigen Ort in der radialen Richtung angebracht.
Außerdem ist an der Außenumfangsfläche der inneren Buchse 20 der Dauermagnet 54 an einer Position angebracht, die in der radialen Richtung der Anbringungsposition der Hall-Sonden 48 und 50 zugewandt ist. Außerdem ist an der oberen Fläche des Stopperkontaktelementes 36 der Dauermagnet 56 an einer Position angebracht, die in der axialen Richtung der Anbringungsposition der Hall-Sonde 52 zugewandt ist.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Dauermagnet 54 ungefähr um ein Viertel der Außenumfangsfläche der inneren Buchse 20, und er ist steif an der Außenumfangsfläche an dem Bodenende der inneren Buchse 20 befestigt. Außerdem ist der Dauermagnet 56 an dem Außenumfangsabschnitt an der oberen Fläche des Stopperkontaktelementes 36 angebracht und hat im Wesentlichen eine flache Form.
Es ist zu beachten, dass bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Hall-Sonden 48, 50 und 52 sowie die Dauermagnete 54 und 56 so angeordnet sind, dass die Richtungen, in denen die Hall-Sonden 48, 50 und 52 den Dauermagneten 54 und 56 zugewandt sind, die Längsrichtung und die seitliche Richtung des Fahrzeuges bzw. die vertikale Richtung sind, wenn der Hilfsrahmenträger 18 an die Fahrzeugkarosserie 26 und den Hilfsrahmen 12 angebracht sind.
Währenddessen sind in der Nähe der vier Ecken des Hilfsrahmens 12, der im Wesentlichen die Form einer rechteckigen Rahmeneinheit aufweist, die verschiedenen Trägeranbringungslöcher 58 ausgebildet, an denen die Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68 angebracht werden. Die Halter 28, die insgesamt im Wesentlichen eine umgekehrte Becherform aufweisen, sind steif an diese entsprechenden Trägeranbringungslöcher 58 angebracht. Jeder Halter 28 hat ein inneres Einfügungsloch 60, das durch die Mitte seiner oberen Seite hindurch ausgebildet ist, und eine Bodenkante, die in der radialen Richtung entlang des Hilfsrahmens 12 nach außen gebogen ist, um eine Flanschform auszubilden.
An der oberen Fläche des oberen Seitenabschnittes des Halters 28 ist ein oberes Stopperelement 62 angebracht, das im Wesentlichen eine Ringform aufweist. Das obere Stopperelement 62 hat ein Stützelement 64, das aus Metall besteht und im Wesentlichen eine flache Ringform aufweist, sowie einen oberen Stoppergummi 66, der so hergestellt ist, dass er steif an der oberen Fläche des Stützelementes 64 haftet.
Die Hilfsrahmenträger 18, die mit den Versetzungssensoren 46 versehen sind, werden in die beiden Halter 28 und 28 gedrückt, die zum Bug des Fahrzeuges hin vorgesehen sind, und die Hilfsrahmenträger 68, die ohne Versetzungssensoren 46 vorgesehen sind, werden in die beiden Halter 28 und 28 zum Heck des Fahrzeuges hingedrückt. Wie dies in der 2 gezeigt ist, sind durch diese Anordnung die äußeren Buchsen 22 fest an den Hilfsrahmen 12 durch die Halter 28 gesichert, während die inneren Buchsen 20 in die inneren Einfügungslöcher 60 eingefügt sind, die in den Haltern 28 ausgebildet sind, wodurch die Stangen 34 der Anbringungsschrauben 32, die in die inneren Löcher 30 eingefügt sind, in die Schraubenanbringungsabschnitte 40 gedrückt werden, die so vorgesehen sind, dass sie zur Fahrzeugkarosserie 26 vorstehen und die je nach Bedarf durch Schweißen oder dergleichen vorgesehen sind, so dass die inneren Buchsen 20 steif an die Fahrzeugkarosserie 26 angebracht sind. Somit werden der Hilfsrahmen 12 und die Fahrzeugkarosserie 26 über die Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68 elastisch miteinander gekoppelt.
Bei den Hilfsrahmenträgern 18, die mit den Versetzungssensoren 46 versehen sind, sind die innere Buchse 20 mit den Hall-Sonden 48, 50 und 52, die daran angebracht sind, und außerdem die Stopperkontaktelemente 36 steif an die Fahrzeugkarosserie 26 angebracht, und die äußere Buchse 22 mit den daran angebrachten Dauermagneten 54, 56 ist an den Hilfsrahmen 12 angebracht. Dementsprechend sind die Hall-Sonden 48, 50 und 52 sowie die Dauermagnete 54 und 56 so angeordnet, dass sie sich einander in der Längsrichtung, in der seitlichen Richtung und in der vertikalen Richtung des Fahrzeuges gegenüber liegen. Infolgedessen werden die relativen Versetzungsbeträge zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 in der Längsrichtung, der seitlichen Richtung und der vertikalen Richtung durch die Hall-Sonden 48, 50 und 52 sowie durch die Dauermagnete 54 und 56 gemessen und abgegeben.
Die Hall-Sonden 48, 50 und 52 sind nämlich so angeordnet, dass sie den entsprechenden Dauermagneten 54 und 56 zugewandt sind, so dass sie die magnetische Flussdichte des magnetischen Feldes erfassen können, das durch die Dauermagneten 54 und 56 gebildet wird. Dementsprechend gibt es bei einer Änderung des relativen Abstandes zwischen der inneren Buchse 20 und der äußeren Buchse 22 des Hilfsrahmenträgers 18 oder zwischen dem äußeren Flansch 38 und dem Stopperkontaktelement 36 eine Änderung der magnetischen Flussdichte, die durch die entsprechenden Hall-Sonden 48, 50 und 52 erfasst wird, da die relative Versetzung zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 in die Hilfsrahmenträger 18 eingegeben wird, so dass es eine Änderung der elektrischen Variablen gibt, die von den verschiedenen Hall-Sonden 48, 50 und 52 abgegeben werden. Der Betrag der relativen Versetzung zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 kann aus den Änderungen dieser Erfassungsergebnisse berechnet werden.
Der Betrag der relativen Versetzung, der auf diese Art und Weise zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 erfasst wird, hat eine enge Beziehung zu den externen Kräften, die auf die Räder 16 von der Fahrbahnoberfläche etc. eingegeben werden. Anders gesagt wirken die auf die Räder 16 eingegebenen externen Kräfte insgesamt auf den Hilfsrahmen 12 durch eine Vielzahl Aufhängungsarmen und dergleichen, die bei den Aufhängungskomponenten 14 enthalten sind. Außerdem bewirkt die Wirkung der Aufbringung dieser Summe der gesamten Kräfte relative Versetzungen zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 auf der Grundlage einer Verformung der Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68, die zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 angeordnet sind. Dementsprechend hat der Betrag der relativen Versetzung zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26, die auf Grund der Wirkungen von diesen externen Kräften auftritt, eine starke Wechselwirkung mit den externen Kräften, die auf die Räder 16 wirken. Folglich ist es durch die Messergebnisse der Versetzung des Hilfsrahmens 12 bezüglich der Fahrzeugkarosserie 26 möglich, die externen Kräfte herzuleiten, die auf die Räder 16 wirken. Bei den nachfolgenden Punkten (1) und (2) wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen der externen Kräfte beschrieben, die auf die Räder 16 wirken, und zwar auf der Grundlage eines Berechnungsprozesses aus den erfassten Werten der relativen Versetzungsbeträge zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel.
(1) Zunächst werden die relativen Versetzungsbeträge in der Fahrzeuglängsrichtung (in der x-Richtung), in der seitlichen Fahrzeugrichtung (in der y-Richtung) und in der vertikalen Fahrzeugrichtung (in der z-Richtung) als Dx-LH, Dx-RH, Dy, Dz-LH und Dz-RH erfasst, wie dies in der 4 gezeigt ist, und zwar von den Versetzungssensoren 46 und 46 der Hilfsrahmenträger 18 und 18, die Nahe der linken und der rechten Kante des Hilfsrahmes 12 angebracht sind, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist. (2) Als nächstes berechnet eine Berechnungseinheit von externen Reifenkräften die externen Kräfte jeweils in den Richtungen x, y und z, die auf das Rad 16 wirken, und zwar als Fx-LH, Fx-RH, Fy, Fz-LH und Sz-RH aus den relativen Versetzungsbeträge Dx-LH, Dx-RH, Dy, Dz-LH und Dz-RH zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26, die bei (1) berechnet sind. Eine gemeinsame Berechnungseinheit wie zum Beispiel ein Mikroprozessor wird als die Berechnungseinheit der externen Reifenkraft verwendet.
Der Prozess bei (2) kann eine Berechnungsgleichung verwenden, die den Übertragungskoeffizienten berücksichtigt, welcher die Beziehung zwischen den übertragenen Kräften und der aufgebrachten Kräften ist, die aus experimentell gemessenen Daten im Voraus erhalten wird, um den Prozess bei (2) dadurch durchzuführen, dass die gemessenen Daten (die erfassten Werte aus den verschiedenen Versetzungsbeträgen) in die Gleichung eingesetzt werden. Insbesondere kann eine Gleichung verwendet werden, wie sie nachfolgend beschrieben wird. In der Gleichung können die Werte für die Koeffizienten und Konstanten je nach Bedarf umgeschrieben werden, wodurch eine noch genauere Handhabung möglich wird, auch wenn sich die Übertragungsfaktoren zum Beispiel im Laufe der Zeit ändern oder wenn sie sich in Abhängigkeit von den Bedingungen ändern.
(Gleichung 1)
Außerdem können die hergeleiteten Werte Fx-LH, Fx-RH, Fy, Fz-LH und Fz-RH für die auf die Räder 16 wirkenden externen Kräfte, die auf diese Art und Weise erhalten werden, als Steuersignale für ein Fahrzeugsteuersystem verwendet werden, wie zum Beispiel ein Antiblockiersystem, ein Traktionssteuersystem oder ein Fahrzeugstabilitätssteuersystem oder dergleichen.
Bei der Hilfsrahmenstruktur 10 mit dem Aufbau gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel liegt der Fokus auf dem Hilfsrahmen 12, der die Aufhängungskomponenten 14 und die Fahrzeugkarosserie 26 elastisch koppelt und stützt, wobei die Versetzungssensoren 46 in den Hilfsrahmenträgern 18 angeordnet sind. Da die auf die Räder 16 wirkenden externen Kräfte als Lasten auf den Hilfsrahmen 12 durch die Aufhängungskomponenten 14 wirken, ist es durch das Erfassen des relativen Versetzungsbetrages zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 möglich, Erfassungsergebnisse mit ausgezeichneter Genauigkeit zu erhalten, die eine Starke direkte Wechselwirkung mit den externen Kräften haben, die auf die Räder 16 wirken.
Da außerdem die Maße des Hilfsrahmens 12 ausreichend groß sind, sind die Beträge der relativen Versetzungen zwischen der Fahrzeugkarosserie 26 du den beiden Kantenabschnitten in der seitlichen Richtung des Fahrzeuges bei dem Hilfsrahmen 12 groß. Folglich ist es durch Erfassen des relativen Versetzungsbetrages zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 bei den Hilfsrahmenträgern 18 möglich, die nahe den beiden Kantenabschnitten in der seitlichen Richtung des Hilfsrahmens 12 angebracht sind, das angemessene Beträge der relativen Versetzung erfasst werden, auch wenn kleine externe Kräfte aufgebracht werden. Dadurch ist es möglich, die Erfassungsergebnisse der relativen Versetzung mit erhöhter Genauigkeit und erhöhter Zuverlässigkeit zu erhalten.
Bei dem Hilfsrahmen 12 sind Änderungen der Anbringungspositionen und der Ausrichtung unwahrscheinlich, auch bei vorgegebenen Wirkungen von Stoßlasten, wodurch es möglich ist, den anfänglichen Anbringungszustand zuverlässig aufrecht zu erhalten. Dementsprechend ist es bei den Erfassungsergebnissen des relativen Versetzungsbetrages zwischen Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 unwahrscheinlich, dass Abweichungen im Laufe der Zeit auftreten, wodurch es möglich ist, die externen Kräfte mit Sicherheit zu schätzen, die auf die Räder 16 wirken.
Außerdem ist der Hilfsrahmenträger 18 an einer Position angebracht, die angemessen von den Rädern 16 und der Fahrbahnoberfläche entfernt ist, wodurch es möglich ist, eine Beschädigung des Versetzungssensors 46, der bei den Hilfsrahmenträgern 18 vorgesehen ist, auf Grund von Kies, Schlamm und dergleichen zu verhindern, die von der Fahrbahnoberfläche aufgewirbelt werden, und es ist möglich, die negativen Einflüsse auf die Erfassungsergebnisse zu verhindern, wodurch ausgezeichnete Erfassungsergebnisse mit verbesserter Haltbarkeit erhalten werden. Darüber hinaus ist es durch das Anbringen der Hilfsrahmenträger 18 an einer angemessenen Position möglich, die von den Räder 16 oder von der Fahrbahnoberfläche nicht zu weit entfernt ist, dass die Zeitverzögerungen und die Fehler bei der Erfassung reduziert werden, wodurch hochgenaue Erfassungsergebnisse ohne Zeitverzögerung möglich sind.
Darüber hinaus sind die Hilfsrahmenträger 18, die mit den Versetzungssensoren 46 versehen sind, jeweils links oder rechts an beiden Kantenabschnitten in der seitlichen Richtung des Fahrzeuges zu der Vorderseite des Hilfsrahmens angebracht. Durch diese Anordnung wirkt keine Torsion oder keine Biegelast auf die entsprechenden einzelnen Hilfsrahmenträger 18 und 18, die an der linken und der rechten Kante vorgesehen sind, auch wenn eine Last in der Torsionsrichtung oder in der Biegerichtung bezüglich des Hilfsrahmens 12 vorhanden ist, wodurch es möglich ist, irgendeine negative Auswirkung auf die Erfassungsergebnisse bei der Aufbringung dieser Lastarten zu vermeiden.
Außerdem ermöglicht das Anordnen der Versetzungssensoren 46 in den Hilfsrahmenträgern 18 die Anbringung der Versetzungssensoren 46 in einfacher Weise an das Fahrzeug mit ungefähr demselben Arbeitsaufwand wie bei dem herkömmlichen Prozess zum Anbringen des Hilfsrahmens 12 an das Fahrzeug, ohne dass irgendwelche spezielle Anbringungsvorgänge zum Anbringen des Hilfsrahmens 12 an die Fahrzeugkarosserie 26 erforderlich sind, und es ermöglicht das Schätzen der externen Kräfte, die auf die Räder 16 wirken.
Bei den Hilfsrahmenträgern 18 sind die Versetzungssensoren 46 so angeordnet, dass die Dauermagneten 54 und 56 sowie die Hall-Sonden 48, 50 und 52 jeweils so angeordnet sind, dass sie sich an der Seite der Fahrzeugkarosserie 26 und an der Seite des Hilfsrahmens 12 gegenüberliegen, und sie sind so aufgebaut, dass sie die Erfassung auf der Grundlage der elektrischen Größe bewirken, die auf der Grundlage des Hall-Effektes auf Grund von Änderungen der relativen Abstände zwischen den Dauermagneten 54 und 56 sowie den Hall-Sonden 48, 50 und 52 erzeugt wird. Durch diese Anordnung ist es nicht nur möglich, die Änderungen des relativen Abstandes zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 in einfacher Weise und effizient abzugeben, sondern es ist auch möglich, irgendwelche Reduzierungen der Erfassungsfunktion auf Grund einer Verschmutzung etc. zu vermeiden, auch wenn das Fahrzeug im Freien verwendet wird.
Durch Berechnen der externen Kräfte, die auf die Räder 16 in der Längsrichtung, in der seitlichen Richtung und in der vertikalen Richtung des Fahrzeuges aufgebracht werden, ist es möglich, die Erfassungsergebnisse als Steuersignale bei einer Vielzahl Fahrzeugsteuersysteme zu verwenden, wie z.B. bei Antiblockiersystemen, bei Traktionssteuersystemen und bei Fahrzeugstabilitätssteuersystemen.
Zusätzlich wird aus der vorstehend dargestellten Gleichung offensichtlich, dass es möglich ist, für jedes einzelne Rad die externen Kräfte unabhängig herzuleiten, die auf die Räder 16 aufgebracht werden. Infolgedessen ermöglicht die Anwendung der Daten, die durch die Hilfsrahmenstruktur 10 als ein Steuersignal erfasst werden, bei einer Vielzahl von Fahrzeugsteuersystemen wie zum Beispiel Antiblockiersystemen, Traktionssteuersystemen und Fahrzeugstabilitätssteuersystemen eine unabhängige Steuerung der einzelnen Räder mit reduzierten Zeitverzögerungen, was das Erreichen eines verkürzten Bremsweges und eine verbesserte Funktion zur Gefahrenvermeidung gewährleistet. Es sollte beachtet werden, dass nur der Gesamtwert für das linke und das rechte Rad berechnet wird, wenn die seitlichen Kräfte in der seitlichen Fahrzeugrichtung eingegeben werden; während die Erfassungsergebnisse für die seitlichen Kräfte hauptsächlich zum Steuern eines seitlichen Schlupfes des Fahrzeuges und zum Steuern einer Drehung verwendet werden. Somit ist die Differenz der auf das vordere und hintere Rad aufgebrachten seitlichen Kräfte hinsichtlich der Fahrzeugsteuerung wichtig, und es ist nicht notwendigerweise wesentlich, die Daten für das linke und das rechte Rad getrennt zu erhalten. Dementsprechend ist es möglich, eine wirksame Steuerung des Fahrzeuges auch mit den Erfassungsergebnissen gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel zu erreichen.
Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorstehend im Einzelnen beschrieben wurde, dient dieses Beispiel lediglich der Darstellung, und die vorliegende Erfindung soll nicht so ausgelegt werden, dass sie in irgendeiner Weise durch die spezifische Beschreibung des exemplarischen Ausführungsbeispieles beschränkt wird.
Während zum Beispiel bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Versetzungssensoren 46 bei den Hilfsrahmenträgern 18 vorgesehen sind, können die Versetzungssensoren 46 an beliebigen Orten angeordnet werden, bei denen es möglich ist, Änderungen des relativen Abstandes zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 zu erfassen, wobei der Ort der Anbringung in keiner Weise durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Insbesondere ist es möglich, direkte Änderungen des relativen Abstandes zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 dadurch zu erfassen, dass zum Beispiel die Dauermagneten 54 und 56 an der oberen Fläche des Hilfsrahmes 12 gesichert angebracht werden, und dass die Hall-Sonden 48, 50 und 52 an de Bodenfläche der Fahrzeugkarosserie 26 gesichert angebracht werden.
Außerdem ist es nicht erforderlich, Versetzungssensoren 46 zu verwenden, die die Versetzung als eine Versetzungsbaugruppe erfassen, und der erfasste Wert muss nicht notwendigerweise ein Versetzungsbetrag sein, während die auf die Räder 16 wirkenden externen Kräfte durch Erfassen von Änderungen des relativen Abstandes zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 durch Versetzungssensoren 46 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel geschätzt werden. Zum Beispiel kann irgendein Mechanismus oder irgendein Bauelement verwendet werden, sofern es möglich ist, ein Abgabesignal entsprechend der Last zu erhalten, die zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 als ein Ergebnis von externen Kräften wirkt, die auf die Räder 16 wirken. Insbesondere kann ein Lastsensor oder dergleichen zum Erfassen von Änderungen der Last verwendet werden. Zum Beispiel kann die relative Beschleunigung zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 unter Verwendung von Beschleunigungssensoren oder dergleichen erfasst werden.
Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Beispiel dargestellt wurde, bei dem die vier Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68 an vier Orten des Hilfsrahmens 12 angeordnet sind, werden darüber hinaus nur die beiden Hilfsrahmenträger 18 verwendet, die mit den Versetzungssensoren 46 versehen sind. Stattdessen kann eine beliebige Anzahl an Hilfsrahmenträgern 18 verwendet werden, die mit dieser Art der Versetzungssensoren 46 versehen sind. Insbesondere können die relativen Versetzungsbeträge der Hilfsrahmenträger 18 bezüglich der Fahrzeugkarosserie 26 an drei. oder mehreren Punkten erfasst werden, wodurch es möglich ist, die Erfassungsgenauigkeit weiter zu verbessern.
Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Versetzungssensoren 46, die die relativen Versetzungsbeträge zwischen dem Hilfsrahme 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 in drei Richtungen erfassen (der Längsrichtung, der seitlichen Richtung und der vertikalen Fahrzeugrichtung) unter Verwendung von drei Hall-Sonden 48, 50 und 52 sowie unter Verwendung von zwei Dauermagneten 54 und 56 aufgebaut sind, die diesen Hall-Sonden 48, 50 und 52 gegenüber liegen, ist es außerdem nicht erforderlich, die relativen Versetzungsbeträge in drei Richtungen zu erfassen, sondern es ist vielmehr je nach Bedarf auch möglich, die nur in zwei Richtungen zu erfassen, nämlich der Längsrichtung und der vertikalen Richtung.
Der Hilfsrahmen 12 ist schwingungsdämpfend mit der Fahrzeugkarosserie 26 durch die Hilfsrahmenträger 18, 18, 68 und 68 verbunden, und somit treten die relativen Versetzungsbeträge zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26, die aus der Aufbringung von externen Kräften auf den Rädern 16 resultieren, im Allgemeinen in einer Größe auf, die wirksam die externen Kräfte erfasst. Durch diese Anordnung ist es möglich, die relativen Versetzungsbeträge zwischen dem Hilfsrahmen 12 und der Fahrzeugkarosserie 26 unter Verwendung der Versetzungssensoren 46 mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Hilfsrahmenstruktur 10 im Einzelnen beschrieben wurde, die bei der hinteren Aufhängung eines Fahrzeugchassis als ein Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird das Prinzip der Erfindung ebenso auf eine Vielzahl von anderen Fahrzeugchassis angewendet. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Aufhängungsarten angewendet werden, wie zum Beispiel die Anwendung bei einer Hilfsrahmenstruktur 72, die eine halbschleppende Aufhängung verwendet, wie dies in der 5 gezeigt ist, oder sie kann auf eine Hilfsrahmenstruktur 74 angewendet werden, die bei einer vorderen Aufhängung verwendet wird, wie dies in der 6 gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass zum Verständnis die Struktur, die Bauelemente und die Abschnitte, die im Wesentlichen gleich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind, mit denselben Bezugszeichen in den 5 und 6 sowie in den Zeichnungen des dargestellten Ausführungsbeispieles bezeichnet sind.
Wie dies ebenfalls offensichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung mit vielen anderen Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen ausgeführt werden, die für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sind, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist. Eine Hilfsrahmenstruktur (10) ist für ein Fahrzeug vorgesehen, bei der ein Hilfsrahmen (12) durch einen Gummiträger (18) an eine Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, und sie hat Aufhängungskomponenten, die an den Hilfsrahmen so montiert sind, dass die Aufhängungskomponenten in einen Kontakt mit der Fahrzeugkarosserie durch den Hilfsrahmen gehalten werden, und eine Erfassungsbaugruppe (46), die ein Abgabesignal entsprechend einer Last bereitstellen kann, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirkt. Der Gummiträger (18) zur Verwendung bei der Hilfsrahmenstruktur (10) ist ebenfalls offenbart.

Claims

Hilfsrahmenstruktur (10) für ein Fahrzeug, bei der ein Hilfsrahmen (12) durch einen Gummiträger (18) an eine Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, wobei Aufhängungskomponenten so an den Hilfsrahmen montiert sind, dass die Aufhängungskomponenten durch den Hilfsrahmen so gehalten sind, dass sie mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und wobei eine Erfassungsbaugruppe (46) ein Abgabesignal gemäß einer Last bereitstellen kann, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirkt.
Hilfsrahmenstruktur (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Erfassungsbaugruppe (46) zumindest an einem Ort in einer Nähe eines entsprechenden Endes des Hilfsrahmens (12) in einer seitlichen Richtung des Fahrzeuges vorgesehen ist.
Hilfsrahmenstruktur (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, des Weiteren mit einer Berechnungseinheit zum Berechnen der jeweiligen externen Kräfte, die auf die Räder (16) des Fahrzeuges in einer Längsrichtung, in einer seitlichen Richtung und in einer vertikalen Richtung des Fahrzeuges wirken, und zwar auf der Grundlage der Abgabesignale, die von der Erfassungsbaugruppe erhalten werden.
Hilfsrahmenstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungsbaugruppe (46) einen Dauermagneten (54, 56), der an einer festen Position hinsichtlich einer Seite des Hilfsrahmens (12) und der Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, und eine Hall-Sonde (48, 50, 52) aufweist, die an einer festen Position bezüglich einer anderen Seite des Hilfsrahmens (12) und der Fahrzeugkarosserie (26) vorgesehen ist.
Hilfsrahmenstruktur (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erfassungsbaugruppe (46) eine Relativpositionserfassungsbaugruppe (46) ist, um einen relativen Versetzungsbetrag zwischen dem Hilfsrahmen (12) und der Fahrzeugkarosserie (26) in insgesamt drei Richtungen zu erfassen, und zwar in einer axialen Richtung und in zwei Richtungen, die senkrecht zu der axialen Richtung sind.
Hilfsrahmenstruktur (1C) gemäß Anspruch 1, wobei die Erfassungsbaugruppe (46) an dem Gummiträger (18) für eine schwingungsdämpfende Kopplung des Hilfsrahmens (12) an die Fahrzeugkarosserie (26) vorgesehen ist.
Hilfsrahmenstruktur (10) gemäß Anspruch 6, wobei der Gummiträger (18) ein inneres Stangenelement (20), das steif an der Fahrzeugkarosserie (26) befestigt ist, ein äußeres Zylinderelement (22), das steif an den Hilfsrahmen (12) befestigt und so angeordnet ist, dass es das innere Stangenelement umschließt, wobei ein Spalt um eine Außenumfangsseite des inneren Stangenelementes vorhanden ist, einen elastischen Gummikörper (24), der dieses innere Stangenelement und dieses äußere Zylinderelement elastisch verbindet, und eine Relativpositionserfassungsbaugruppe (46) zum Erfassen des relativen Versetzungsbetrages des inneren Stangenelementes und des äußeren Zylinderelementes aufweist.
Gummiträger (18) zur Verwendung bei einer Hilfsrahmenstruktur für einen Aufbau eines Fahrzeuges, wobei ein Hilfsrahmen (12) durch den Gummiträger (18) an einer Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, Aufhängungskomponenten so an den Hilfsrahmen montiert sind, dass die Aufhängungskomponenten durch den Hilfsrahmen so gehalten sind, dass sie mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und eine Erfassungsbaugruppe (46) ein Abgabesignal gemäß einer Last bereitstellen kann, die zwischen dem Hilfsrahmen und der Fahrzeugkarosserie wirkt, wobei der Gummiträger folgendes aufweist: ein inneres Stangenelement (20), das steif an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist; ein äußeres Zylinderelement (22), das steif an den Hilfsrahmen befestigt und so angeordnet ist, dass es das innere Stangenelement umschließt, wobei ein Spalt um eine Außenumfangsseite des inneren Stangenelementes vorhanden ist; einen elastischen Gummikörper (24), der das innere Stangenelement und das äußere Zylinderelement elastisch verbindet; und eine Relativpositionserfassungsbaugruppe (46) zum Erfassen eines relativen Versetzungsbetrages des inneren Stangenelementes und des äußeren Zylinderelementes, so dass sie als die Erfassungsbaugruppe dient.
Gummiträger (18) gemäß Anspruch 8, wobei die Relativpositionserfassungsbaugruppe (46) den relativen Versetzungsbetrag zwischen dem inneren Stangenelement (20) und dem äußeren Zylinderelement (22) in insgesamt drei Richtungen erfasst, und zwar in einer axialen Richtung davon und in zwei zueinander senkrechten Richtungen, die senkrecht zu der axialen Richtung sind.
Gummiträger (18) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Relativpositionserfassungsbaugruppe (46) folgendes aufweist: einen Dauermagneten (54, 56), der an einer festen Position bezüglich einer Seite des Hilfsrahmens (12) und der Fahrzeugkarosserie (26) angebracht ist, und eine Hall-Sonde (48, 50, 52), die an einer festen Position bezüglich einer anderen Seite des Hilfsrahmens und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist.