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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug,
mit einer an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigten oder von
dieser gebildeten Halterung, einem Radträger, der mittels wenigstens eines
Lenkers an der Halterung angelenkt ist, und einem Fahrzeugrad, welches
drehbar an dem Radträger
gelagert ist.
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Derzeit
werden Signale, um Sicherheits- und Komfortregler wie ABS, ESP etc.
anzusteuern, durch Größen wie
Gierrate, Radbeschleunigung, Höhenstand
und Aufbaubeschleunigung sensiert und die nicht gemessenen Größen geschätzt. Alle
Daten werden benötigt,
um letztendlich die Regler so anzusteuern, dass sie für den Fahrer
für die
jeweiligen Fahrsituationen gegebenenfalls in das Fahrgeschehen eingreifen,
um das Fahrzeug sicher und komfortabel auf der Straße zu halten.
Durch die Schätzung einiger
Größen und
teilweise indirektes Messen derselben, stellt sich die Frage, ob
eine Kraftsensierung im Fahrwerk mit Fx, y, z am Rad eine direkte
Größe messen
kann, die auch gleichzeitig beim Einsetzten der Regler zum einen
dafür sorgt,
dass jedes Rad optimal und mit maximaler Auslastung zur Straße geführt wird,
und zum anderen sich durch den Reglereinsatz ändernde Eigenschaften oder
Straßenbahnänderungen
sofort registriert, um das Manöver entsprechend
anzupassen. Herkömmliche
Systeme sind dazu nicht in der Lage.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auf das Rad wirkende Kräfte auf
einfache Weise erfasst werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Radaufhängung
nach Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
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Die
erfindungsgemäße Radaufhängung für ein Fahrzeug,
insbesondere Kraftfahrzeug, weist eine an einer Karosserie des Fahrzeugs
befestigte oder von dieser gebildete Halterung, einen Radträger, der
mittels wenigstens eines Lenkers an der Halterung angelenkt ist,
und ein Fahrzeugrad auf, welches drehbar an dem Radträger gelagert
ist, wobei in wenigstens einem Bauteil der Radaufhängung zumindest
eine Bohrung eingebracht ist, deren Verformung mittels einer Messanordnung
erfasst wird oder werden kann, die insbesondere in der Bohrung sitzt.
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Durch
auf das Rad wirkende Kräfte
wird das Bauteil verformt, sodass auch die darin eingebrachte Bohrung
verformt wird. Somit lässt
die Verformung der Bohrung Rückschlüsse auf
die auf das Fahrzeugrad wirkenden Kräfte zu. Mittels der Messanordnung
ist bevorzugt wenigstens ein Verformungssignal generierbar, welches
die Verformung der Bohrung und somit wenigstens eine auf das Fahrzeugrad wirkende
Kraft charakterisiert. Insbesondere kann die Kraft aus dem Verformungssignal
bestimmt werden. Die Messanordnung kann somit ein Kraftmesssystem
oder Teil eines solchen Systems sein. Vorzugsweise ist das Verformungssignal
ein elektrisches Signal.
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Die
Verformung des Bauteils und somit auch die Verformung der Bohrung
erfolgen insbesondere elastisch, sofern die auf das Fahrzeugrad
bzw. auf das Bauteil wirkenden Kräfte innerhalb vorgegebener Schranken
bleiben. Das Bauteil wird bevorzugt von dem Lenker und/oder von
dem Radträger
gebildet. Alternativ kann das Bauteil aber auch von einem anderen
Bauteil der Radaufhängung
gebildet sein, welches zwischen der Karosserie und dem Fahrzeugrad angeordnet
ist. Wird das Bauteil von dem Lenker gebildet, so ist dieser vorzugsweise
ein 3-Punkt-Lenker oder ein 4-Punkt-Lenker. Eine andere Ausbildung des
Lenkers, z. B. als 2-Punkt-Lenker, ist aber auch möglich.
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Die
Längsachse
der Bohrung liegt bevorzugt in einer Hauptbelastungsrichtung des
Bauteils oder senkrecht zu dieser. Insbesondere ist die Längsachse
der Bohrung horizontal oder vertikal ausgerichtet. Die Längsrichtung
der Bohrung liegt beispielsweise in oder senkrecht zur Fahrzeughochrichtung,
Fahrzeugquerrichtung oder Fahrzeuglängsrichtung.
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Die
Halterung ist z. B. von der Karosserie gebildet. Alternativ kann
die Halterung aber auch durch einen an der Karosserie befestigten
Hilfsrahmen oder Fahrschemel gebildet sein. Insbesondere wird die
Halterung der Karosserie zugerechnet.
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Gemäß einer
Weiterbildung umfasst die Messanordnung eine in die Bohrung eingebrachte, magnetisch
kodierte Hülse
und eine in der Hülse
sitzende, magnetfeldempfindliche Sensoranordnung, mittels welcher
das wenigstens eine Verformungssignal erzeugt wird oder werden kann.
Die Verformung der Bohrung führt
zu einer Verformung des magnetisch kodierten Bereichs der Hülse und
somit zu einer Änderung
der magnetischen Eigenschaften der Hülse, was mittels der magnetfeldempfindlichen
Sensoranordnung erfasst wird oder werden kann. Aus dem Verformungssignal
kann dann die wenigstens eine auf das Fahrzeugrad wirkende Kraft,
z. B. mittels einer mit der Sensoranordnung verbundenen Auswerteeinrichtung,
bestimmt werden.
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Bevorzugt
ist die Hülse,
insbesondere mit einer genau festzulegenden Passung, in die Bohrung eingepresst.
Somit weist die Hülse
einen festen Verbund mit dem die Bohrung umgebenden Material des Bauteils
auf und kann eine Verformung der Bohrung mitmachen.
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Die
Sensoranordnung weist bevorzugt eine oder mehrere magnetfeldempfindliche
Sensoren auf, die insbesondere als elektrische Spulen ausgebildet sind.
Zumindest einige der Sensoren sind vorzugsweise über die Länge der Hülse verteilt angeordnet, sodass
die Verformung der Hülse
an unterschiedlichen Stellen erfasst werden kann. Somit sind z.
B. auch Verbiegungen der Hülse
erfassbar. Ferner besteht die magnetisch kodierte Hülse bevorzugt
aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus Stahl.
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Bevorzugt
ist in das wenigstens eine Bauteil der Radaufhängung zumindest eine zweite
Bohrung eingebracht, deren Verformung mittels einer zweiten Messanordnung
erfasst wird oder werden kann. Insbesondere umfasst die zweite Messanordnung
eine in die zweite Bohrung eingebrachte, magnetisch kodierte zweite
Hülse und
eine in der zweiten Hülse
sitzende, magnetfeldempfindliche zweite Sensoranordnung, mittels
welcher ein zweites Verformungssignal erzeugt wird oder werden kann.
Die Verformung der zweiten Bohrung führt zu einer Verformung des
magnetisch kodierten Bereichs der zweiten Hülse und somit zu einer Änderung
der magnetischen Eigenschaften der zweiten Hülse, was mittels der magnetfeldempfindlichen
zweiten Sensoranordnung erfasst wird oder werden kann. Aus den beiden
Verformungssignalen kann dann z. B. die wenigstens eine Kraft bestimmt
werden. Alternativ oder ergänzend
können aus
den Verformungssignalen mehrere auf das Fahrzeugrad wirkende Kräfte bestimmt
werden. Die Bestimmung der Kraft oder Kräfte erfolgt insbesondere mittels
der Auswerteeinrichtung.
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Bevorzugt
ist die zweite Hülse,
insbesondere mit einer genau festzulegenden Passung, in die zweite
Bohrung eingepresst. Somit weist die zweite Hülse einen festen Verbund mit
dem die zweite Bohrung umgebenden Material des Bauteils auf und
kann eine Verformung der zweiten Bohrung mitmachen.
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Die
zweite Sensoranordnung weist bevorzugt eine oder mehrere magnetfeldempfindliche
Sensoren auf, die insbesondere als elektrische Spulen ausgebildet
sind. Zumindest einige der Sensoren sind vorzugsweise über die
Länge der
zweiten Hülse verteilt
angeordnet, sodass die Verformung der zweiten Hülse an unterschiedlichen Stellen
erfasst werden kann. Somit sind z. B. auch Verbiegungen der zweiten
Hülse erfassbar.
Ferner besteht die magnetisch kodierte zweite Hülse bevorzugt aus einem ferromagnetischen
Material, insbesondere aus Stahl.
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Die
Bohrungen in dem Bauteil können schräg zueinander
verlaufen oder parallel oder senkrecht zueinander ausgerichtet sein.
Insbesondere verlaufen die Bohrungen in vertikaler oder horizontaler
Richtung. Mit der oder mit den Messanordnungen der erfindungsgemäßen Radaufhängung können auf das
Fahrzeugrad einwirkende Kräfte
bevorzugt in mehreren, z. B. in drei Raumrichtungen erfasst werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind in den Lenker und/oder in den Radträger vertikale
oder horizontale Bohrungen eingebracht, deren Verformung mit einer
als Kraftmesssystem ausgebildeten Messanordnung gemessen wird oder
werden kann. Vorzugsweise misst dabei jede Sensoranordnung eine
Magnetfeldänderung,
die durch die Verformung der jeweiligen Hülse hervorgerufen wird, die zuvor
magnetisch kodiert worden ist. Je nach dem ob z. B. axiale Kräfte durch
den Lenker geleitet werden, verformt sich die Hülse über die Gesamtbauhöhe gleich
oder bei Biegebelastung verhält
sich der Lenker wie ein idealer Biegebalken. Die Spulen, die vorzugsweise
jeweils oben, mittig und unten in der Hülse angeordnet sind, können so
die verschiedenen Kraftsignale voneinander trennen. Damit die Hülsen jegliche
Verformung des Lenkers und/oder Radträgers mitbekommen, ist es vorteilhaft,
dass die Hülsen
mit einer genau festzulegenden Passung in den Lenker und/oder Radträger eingepresst
werden und somit einen festen Verbund mit dem umgebenden Material darstellen.
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Aus
dem oder den Verformungssignalen können die auf das Rad wirkenden
Kräfte
berechnet werden, wobei vorzugsweise lediglich die Hauptkräfte gemessen
werden. Hauptkräfte
sind dabei solche Kräfte,
welche die größten Anteile
der einzelnen Kraftrichtungen ausmachen. Hauptkräfte sind z. B. Fahrzeuggewichtskräfte, Bremskräfte, Beschleunigungskräfte, vertikale
Federkräfte,
Abstützkräfte bei Kurvenfahrt
usw.. Die Anzahl der für
das Bestimmen der gewünschten
Kräfte
erforderlichen Messstellen ist abhängig vom Achstyp. Vorzugsweise
sind aber bereits zwei Messstellen ausreichend, wobei jede Messstelle
eine der Bohrungen mit zugehöriger
Messanordnung umfasst. Um dynamische Ereignisse fehlerfrei zu sensieren,
ist bevorzugt ein Radbeschleunigungssensor vorgesehen, der z. B.
ungefederte Massen berücksichtigt.
Der Radbeschleunigungssensor ist z. B. am Rad, am Radträger, am Lenker
oder an einem anderen Bauteil der Radaufhängung befestigt.
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Eine
der größten Vorteile
der erfindungsgemäßen Radaufhängung ist
die Möglichkeit,
die Radaufstandskraft direkt zu messen. Damit können Regler unmittelbar die
maximal mögliche
Verzögerung oder
Spurführung
am Rad einstellen, ohne zu irgendeinem Zeitpunkt über den
Grenzbereich des Reifens zu regeln. Daher ermöglicht die erfindungsgemäße Radaufhängung eine
Bremswegverkürzung sowie
eine Erhöhung
der maximal erreichbaren Kurvengeschwindigkeit. Ferner ist das System
in der Lage, alle Missbrauchsmanöver/Kräfte in einem
Fehlerspeicher abzulegen, um das Fahrzeug in den Inspektionsintervallen
z. B. auf Beschädigungen
zu kontrollieren. Die erfindungsgemäße Radaufhängung kann als Basis für verschiedene
Funktionsüberwachungen eingesetzt
werden. Beispielsweise können
verschlissene Stoßdämpfer, defekte
Lenker/Gelenke, zu hohe Fahrzeuggewichte bei Überladung, eine defekte Lenkung
etc. erkannt werden.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug,
mit wenigstens einer Radaufhängung,
die bevorzugt eine erfindungsgemäße Radaufhängung ist
und gemäß allen
in diesem Zusammenhang beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet
sein kann. Vorzugsweise weist das Fahrzeug mehrere erfindungsgemäße Radaufhängungen
auf.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Radaufhängung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines Lenkers aus 1,
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3 eine
schematische Ansicht einer Messanordnung aus 2 und
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4 ein
vereinfachtes Blockschaltbild mit der Messanordnung aus 3.
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Aus 1 ist
eine schematische Ansicht einer Radaufhängung 1 gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung ersichtlich, wobei ein Fahrzeugrad 2 um eine Radachse 3 drehbar
an einem Radträger 4 gelagert
ist. Der Radträger 4 ist
durch wenigstens zwei Lenker 7 und 8 an einer
Karosserie 5 eines teilweise dargestellten Fahrzeugs 6 angelenkt,
wobei mit dem Bezugszeichen 7 ein unterer Querlenker und mit
dem Bezugszeichen 8 ein oberer Querlenker bezeichnet ist.
Der untere Querlenker 7 ist mittels eines Gummilagers 9 mit
der Karosserie 5 und mittels eines Kugelgelenks 10 mit
dem Radträger 4 verbunden. Ferner
ist der obere Querlenker 8 mittels eines Gummilagers 11 mit
der Karosserie 5 und mittels eines Kugelgelenks 12 mit
dem Radträger 4 verbunden. Die
Fahrzeugquerrichtung y, die Fahrzeughochrichtung z und die in die
Zeichenebene hineinlaufende Fahrzeuglängsrichtung x sind schematisch
dargestellt. Ferner ist die Radaufstandskraft Fa angedeutet, die
hier parallel zur Fahrzeughochrichtung z verläuft.
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Aus 2 ist
eine schematische Teilansicht des unteren Querlenkers 7 ersichtlich,
in dem zwei vertikale Bohrungen 13 und 14 eingebracht
sind, in denen jeweils eine Messanordnung 15, 25 sitzt.
Die Längsrichtungen 16 und 17 der
Bohrungen 13 bzw. 14 verlaufen in dieser Darstellung
in oder im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung z (vertikale Richtung),
sodass die Bohrungen vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet
sind. Es ist selbstverständlich,
dass durch Schwenken des Lenkers 7 in Richtung des Pfeils 18 die
Längsrichtungen 16, 17 auch
schräg
zur vertikalen Richtung z verlaufen können. Ein solches Schwenken
kann z. B. durch ein Einfedern oder ein Ausfedern des Rads 2 erfolgen. Wirken
auf das Fahrzeugrad 2 Kräfte in Richtung des Pfeils 19,
so wirken diese Kräfte
auch auf den Lenker 7 und führen dort zu einer Verformung
der Bohrungen 13 und 14. Ferner können Biegekräfte in Richtung des
Pfeils 18 auf den Lenker 7 wirken, die ebenfalls zu
einer Verformung der Bohrungen 13 und 14 führen. Kräfte in Richtung
des Pfeils 19 führen
dabei zu einer Verformung, die in Längsrichtung 16, 17 der Bohrungen 13, 14 gesehen
im Wesentlichen konstant ist. Im Gegensatz dazu führen Biegekräfte in Richtung
des Pfeils 18 zu Verformungen, die entlang der Längsrichtungen 16, 17 der
Bohrungen 13, 14 variieren.
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Aus 3 ist
eine schematische Darstellung der in der Bohrung 13 sitzenden
Messanordnung 15 ersichtlich, die eine magnetisch kodierte
Hülse 20 aufweist,
in der mehrere elektrische Spulen 21 und 22 angeordnet
sind. Der magnetisch kodierte Bereich der Hülse 20 ist dabei mit
dem Bezugszeichen 28 bezeichnet. Die Hülse 20 liegt mit ihrer
Außenwandung an
der Innenwandung der Bohrung 13 an, sodass eine Verformung
der Bohrung 13 auch zu einer Verformung der Hülse 20 führt, wodurch
sich die magnetischen Eigenschaften der Hülse 20 ändern. Diese Veränderung
der magnetischen Eigenschaften ist mittels der als magnetfeldempfindliche
Sensoren dienenden Spulen 21 und 22 erfassbar
und in Form eines elektrischen Signals über elektrische Leitungen 23 an
eine Auswerteeinrichtung 24 weitergebbar.
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Aus 4 ist
ein schematisches Blockschaltbild ersichtlich, wonach die Auswerteeinrichtung 24 auch
mit der zweiten Messanordnung 25 über elektrische Leitungen 26 verbunden
ist. Dabei ist die Messanordnung 25 identisch zur Messanordnung 15 aufgebaut
und sitzt in der Bohrung 14. Ferner ist ein z. B. am Radträger 4 angeordneter
Radbeschleunigungssensor 27 vorgesehen und mit der Auswerteeinrichtung 24 verbunden.
Die Messanordnungen 15 und 25 erzeugen jeweils
ein Verformungssignal V1 und V2, welches der Auswerteinrichtung 24 zugeführt wird,
die daraus ein Kraftsignal F bestimmt, welches z. B. die Radaufstandskraft
Fa repräsentiert. Bevorzugt
wird bei der Bestimmung des Kraftsignals F ein von dem Radbeschleunigungssensor 27 geliefertes
Radbeschleunigungssignal a berücksichtigt.
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- 1
- Radaufhängung
- 2
- Fahrzeugrad
- 3
- Drehachse
des Fahrzeugrads
- 4
- Radträger
- 5
- Karosserie
- 6
- Fahrzeug
- 7
- unterer
Querlenker
- 8
- oberer
Querlenker
- 9
- Gummilager
- 10
- Kugelgelenk
- 11
- Gummilager
- 12
- Kugelgelenk
- 13
- Bohrung
in Lenker
- 14
- Bohrung
in Lenker
- 15
- Messanordnung
- 16
- Längsrichtung
- 17
- Längsrichtung
- 18
- Pfeil
- 19
- Pfeil
- 20
- magnetisch
kodierte Hülse
- 21
- elektrische
Spule
- 22
- elektrische
Spule
- 23
- elektrische
Leitung
- 24
- Auswerteeinrichtung
- 25
- Messanordnung
- 26
- elektrische
Leitung
- 27
- Radbeschleunigungssensor
- 28
- magnetisch
kodierter Bereich der Hülse
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Hochrichtung
- F
- Kraft
- Fa
- Radaufstandskraft
- V1
- Verformungssignal
- V2
- Verformungssignal
- a
- Radbeschleunigungssignal