DE102007048457B4

DE102007048457B4 - Luftfeder mit integrierter Lastmessung

Info

Publication number: DE102007048457B4
Application number: DE102007048457.9A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Reck
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: DE102007048457A1

Abstract

Luftfeder (1) mit einem Luftfederbalg (2), einem Abrollkolben (3) und einem Deckel (4), bei der der Luftfederbalg (2) durch den Abrollkolben (3) und den Deckel (4) luftdicht abgeschlossen ist und die im Deckel (4) einen Ultraschallsensor (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet,• dass die Luftfeder (1) einen Datenspeicher (11) aufweist, in dem eine Vielzahl von für diese Luftfeder (1) spezifischen, vorbestimmten Kennlinien speicherbar sind, wobei durch die Kennlinien der Zusammenhang zwischen der Federungshöhe (12), der Federungsgeschwindigkeit, der Federungsrichtung, dem Innendruck (13) und der Traglast dieser Luftfeder (1) beschreibbar ist, und• dass simultan aufgenommene Messwerte des Ultraschallsensors (6) für Federungshöhe (12), Federungsrichtung, Federungsgeschwindigkeit und Innendruck (13) der Luftfeder (1) mit den gespeicherten Kennlinien vergleichbar sind und daraus die aktuelle Traglast (21) bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Luftfederbalg, einem Abrollkolben und einem Deckel, bei der der Luftfederbalg durch den Abrollkolben und den Deckel luftdicht abgeschlossen ist und die im Deckel einen Ultraschallsensor aufweist.
Derartige Luftfedern sind an sich bekannt und im Einsatz. Der Luftfederbalg ist meist aus elastomerem Material ausgebildet, welches durch eine oder mehrere eingebettete Festigkeitsträger verstärkt ist.
In zunehmenden Maße sind Luftfedern mit moderner Messtechnik, beispielsweise mit Ultraschallsensoren ausgestattet, durch die Betriebszustände der Luftfeder, wie beispielsweise Federungshöhe oder Federungsgeschwindigkeit oder der Innendruck erfassbar sind. Derartige Ultraschallsensoren sind meist im Deckel der Luftfeder angeordnet Die DE 101 51 593 A 1 beschreibt eine derartige Messanordnung einer Luftfeder.
Eine wichtige Kenngröße für Luftfedern ist die aktuelle dynamische oder mittlere statische Last, die die Feder aufnimmt. Diese Last ist jedoch mit einem Ultraschallsensor der eingangs geschilderten Art nicht ohne weiteres erfassbar.
Für die Bestimmung der Traglast kann der Zusammenhang zwischen dem Balgdruck der Luftfeder und der sich daraus ergebenden Traglast ausgenutzt werden. Im einfachsten Fall misst ein Steuergerät den Luftdruck des Federbalges und berechnet über einen Proportionalitätsfaktor die Traglast. Die so ermittelten Kräfte der einzelnen Luftfedern können addiert und um die ungefederten Massen korrigiert werden, um die aktuelle Traglast zu ermitteln.
Dieses Verfahren ist mit nennenswerten systematischen Messfehlern behaftet. Zunächst spielt die bleibende Regelabweichung der Niveauregelung eine Rolle. Diese kann bis zu +/- 2,5 mm betragen. Die Federsteife einer Luftfeder ist abhängig von der aktuellen Federungshöhe. Der Proportionalitätsfaktor gilt streng genommen nur für das Soll-Niveau.
Die DE 10 2005 054 626 A1 beschreibt ein Verfahren, das eine quasi kontinuierliche Traglastbestimmung ermöglicht, indem mittels eines durch elastische Verformung widerstandsveränderlichen Drahtes, der in die Balgwand eingebettet ist, der momentane Durchmesser und damit die momentane wirksame Fläche des Balges bestimmbar ist.
Die Herstellung und Montage eines derartigen Balges ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.
In der DE 198 20 877 A1 ist eine Abstands- und Druckmessung innerhalb einer Luftfeder offenbart, die ebenfalls Ultraschall-Sensoren zur Abstandsmessung verwendet. Dabei können die ermittelten Messsignale, die als Echoamplituden einer Referenz- und einer Messstrecke vorliegen, mit jeweils einer Amplitude/Druck-Kennlinie verglichen werden.
Für die Lastmessung kann dabei aber die prinzipbedingte Hysterese der Federkernlinie das Messergebnis verfälschen. Bei konstantem Innendruck hängt die aktuelle Traglast sowohl von der aktuellen Federungshöhe ab als auch von der Bewegungsrichtung der Feder. Die Hysterese einer Luftfeder wird im Wesentlichen von den Materialeigenschaften der Balgwand bestimmt. Hinzu kommen Verluste durch irreversible Thermodynamische Vorgänge im Luftfederbalg, sodass auch die Federungsgeschwindigkeit die Traglast beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genaue, fehlerbereinigte Bestimmung der aktuellen Traglast einer eingangs geschilderten Luftfeder zu ermöglichen, ohne das zusätzliche Messelemente im Luftfederbalg der Luftfeder notwendig sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,

• dass die Luftfeder einen Datenspeicher aufweist, in dem eine Vielzahl von für diese Luftfeder spezifischen, vorbestimmten Kennlinien speicherbar sind, wobei durch die Kennlinien der Zusammenhang zwischen der Federungshöhe, der Federungsgeschwindigkeit, der Federungsrichtung, dem Innendruck und der Traglast dieser Luftfeder beschreibbar ist, und
• dass simultan aufgenommene Messwerte des Ultraschallsensors für Federungshöhe, Federungsrichtung, Federungsgeschwindigkeit und Innendruck der Luftfeder mit den gespeicherten Kennlinien vergleichbar sind und daraus die aktuelle Traglast bestimmbar ist.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der verhältnismäßig genauen Ermittelbarkeit der Traglast. Zusätzliche Messaufnehmer sind nicht erforderlich. Bei den gespeicherten Kennlinien sind die eingangs genannten Eigenschaften der Luftfederbälge bereits berücksichtigt, so dass die Traglast fehlerbereinigt ermittelbar ist. Sie kann beispielsweise auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt werden, um eine Überladung zu vermeiden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Luftfeder eine Funkschnittstelle auf, mittels derer die Kennlinien für verschiedene Luftfedertypen per Funk an den Datenspeicher übertragbar sind.
Die Funkschnittstelle ermöglicht eine kabellose und damit schnelle und unproblematische Datenübertragung der Kennlinien an den Luftfedersensor auch bei bereits eingebauter Luftfeder.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind durch den Ultraschallsensor simultan die Werte für Federungshöhe, Federungsgeschwindigkeit, Federungsrichtung und Innendruck in der Luftfeder in einer hohen zeitlichen Auflösung von etwa 50 - 150 Messungen pro Sekunde erfassbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind durch den Ultraschallsensor simultan die Werte für Federungshöhe, Federungsgeschwindigkeit, Federungsrichtung und Innendruck in der Luftfeder in einer hohen zeitlichen Auflösung von etwa 100 Messungen pro Sekunde erfassbar.
Durch die hohe zeitliche Erfassungsrate ergibt sich eine besonders gute Genauigkeit der Traglastbestimmung. Außerdem lässt sich ein quasi kontinuierlicher Verlauf der Traglast darstellen.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Messwerte des Ultraschallsensors und die daraus bestimmten aktuellen Traglasten an ein geeignetes Steuergerät übertragbar.
Durch diese Anordnung lässt sich das Verhalten eines Fahrzeuges, in das eine erfindungsgemäße Luftfeder eingebaut ist, kontinuierlich den Federungsbedingungen anpassen. Außerdem ist es damit möglich, die Beladungsdaten des Fahrzeuges an entsprechend ausgestattete Mauterfassungssysteme zu übertragen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die statische Traglast der Luftfeder als Langzeitmittelwert der dynamischen Traglasten bestimmbar.
Durch die Bestimmung der statischen Traglast aus dem Mittelwert der dynamischen Traglasten kann auf zusätzliche statisch wirkende Messmittel verzichtet werden.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

1, eine erfindungsgemäße Luftfeder mit einem Ultraschallsensor und
2, eine prinzipielle Darstellung der Traglastbestimmung mit erfindungsgemäßem Datenspeicher.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Luftfeder 1 dargestellt. Ein Luftfederbalg 2 ist durch einen Abrollkolben 3 und einen Deckel 4 luftdicht abgeschlossen. Ein Anschlagpuffer 5 verhindert einen direkten Kontakt des metallischen Deckels 4 mit dem Abrollkolben 3, wenn die Luftfeder 1 beispielsweise drucklos ist.
Im Deckel 4 ist ein Ultraschallsensor 6 angeordnet, der über einen Bajonettanschluss 7 mit einer hier nicht gezeigten Steuereinheit verbindbar ist.
Der Ultraschallsensor 6 weist einen Datenspeicher auf, der auf einer Platine im inneren des Ultraschallsensors angeordnet ist. Datenspeicher und Platine des Ultraschallsensors 6 sind in der Figur nicht sichtbar.
Der Datenspeicher es Ultraschallsensors 6 verfügt weiterhin über eine ebenfalls nicht sichtbare Funkschnittstelle, über die per Funk über einen RF-Sender 9 Kennlinien in den Datenspeicher übertragbar sind.
Der RF-Sender 9 ist mit einem Datenverarbeitungssystem 10 verbunden. Im Datenverarbeitungssystem 10 sind typische Kennlinien von bekannten Luftfedern gespeichert. Diese lassen sich typenspezifisch abrufen, über den RF-Sender 9 an die Funkschnittstelle des Ultraschallsensors 6 senden und im Datenspeicher des Ultraschallsensors 6 abspeichern.
In der 2 ist der Datenspeicher des Ultraschallsensors 6 als Blackbox schematisch dargestellt. Die vom in dieser Figur nicht gezeigten Ultraschallsensor erfassten Messwerte sind in Form eines Blockschaltbildes als Pfeile 12 und 13 dargestellt. Der Pfeil 12 steht für die Messwerte der Federungshöhe und der Pfeil 13 für die Messwerte des Druckes. Über Verzögerungsglieder 14 und 15 sind jeweils zeitversetzt je zwei Messwerte für die Federhöhen und den Federdruck erfassbar. Im Falle der Federungshöhe wird der hier mit x_n-1 bezeichnete erste Messwert 16 vom zweiten, hier mit x_n bezeichnete Messwert 17 abgezogen. Dadurch lässt sich sowohl der zurückgelegte Federweg also auch die relative Federrichtung bestimmen. Beide Werte sind in den Datenspeicher 11 übergebbar.
Im Falle des Druckes ist aus zwei aufeinanderfolgenden, synchron zu den Federhöhen erfassten Druckwerten 18 und 19 in einem Berechnungsmodul 20 der Mittelwert berechenbar. Dieser ist ebenfalls an den Datenspeicher 811 übergebbar.
Im Datenspeicher 11 sind die übergebenen Messwerte mit im Datenspeicher 11 gespeicherten Kennlinien vergleichbar. Die daraus berechenbaren Werte für die dynamische Traglast 21 und die statische Traglast 22 sind aus dem Datenspeicher 11 entnehmbar. Sie sind beispielsweise an ein hier nicht weiter gezeigtes Steuergerät übertragbar.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)

1: Luftfeder
2: Luftfederbalg
3: Abrollkolben
4: Deckel der Luftfeder 1
5: Anschlagpuffer
6: Ultraschallsensor
7: Bajonettanschluss des Ultraschallsensors 6
9: RF-Sender
10: Datenverarbeitungssystem
11: Datenspeicher
12: Pfeil für Federungshöhe
13: Pfeil für Innendruck
14: Verzögerungsglied für Federungshöhe
15: Verzögerungsglied für Innendruck
16: erster Messwert der Federungshöhe
17: zweiter Messwert der Federungshöhe
18: erster Messwert für Innendruck
19: zweiter Messwert für Innendruck
20: Berechnungsmodul
21: Wert der dynamischen Traglast
22: Wert der statischen Traglast

Claims

Luftfeder (1) mit einem Luftfederbalg (2), einem Abrollkolben (3) und einem Deckel (4), bei der der Luftfederbalg (2) durch den Abrollkolben (3) und den Deckel (4) luftdicht abgeschlossen ist und die im Deckel (4) einen Ultraschallsensor (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, • dass die Luftfeder (1) einen Datenspeicher (11) aufweist, in dem eine Vielzahl von für diese Luftfeder (1) spezifischen, vorbestimmten Kennlinien speicherbar sind, wobei durch die Kennlinien der Zusammenhang zwischen der Federungshöhe (12), der Federungsgeschwindigkeit, der Federungsrichtung, dem Innendruck (13) und der Traglast dieser Luftfeder (1) beschreibbar ist, und • dass simultan aufgenommene Messwerte des Ultraschallsensors (6) für Federungshöhe (12), Federungsrichtung, Federungsgeschwindigkeit und Innendruck (13) der Luftfeder (1) mit den gespeicherten Kennlinien vergleichbar sind und daraus die aktuelle Traglast (21) bestimmbar ist.
Luftfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (1) eine Funkschnittstelle aufweist, mittels derer die Kennlinien für verschiedene Luftfedertypen per Funk an den Datenspeicher (11) übertragbar sind.
Luftfeder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ultraschallsensor (6) simultan die Werte für Federungshöhe (12), Federungsgeschwindigkeit, Federungsrichtung und Innendruck (13) in der Luftfeder (1) in einer hohen zeitlichen Auflösung von etwa 50 - 150 Messungen pro Sekunde erfassbar sind.
Luftfeder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ultraschallsensor simultan die Werte für Federungshöhe (12), Federungsgeschwindigkeit, Federungsrichtung und Innendruck (13) in der Luftfeder (1) in einer hohen zeitlichen Auflösung von etwa 100 Messungen pro Sekunde erfassbar sind.
Luftfeder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Ultraschallsensors (6) und die daraus bestimmten aktuellen Traglasten (21, 22) an ein geeignetes Steuergerät übertragbar sind.
Luftfeder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Traglast (22) der Luftfeder (1) als Langzeitmittelwert der dynamischen Traglasten (21) bestimmbar ist.