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Die Erfindung betrifft eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch einen Detektor für eine Stoßdämpfungsvorrichtung.
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Bekanntlich werden Straßenlage, Fahreigenschaften, Bremsverhalten und weitere Eigenschaften eines Fahrzeuges von Federn und Stoßdämpfern weitgehend bestimmt, die Teil der sogenannten Radaufhängung sind. Zum Beispiel ist bei einem Personenkraftwagen ein Rad an einer Achse montiert, die durch einen Aufhängungsarm abgestützt wird, wobei der Arm der Aufhängung mit dem Fahrzeugkörper (also der gesamten abgefederten Masse einschließlich Karosserie und Motor) über die Feder der Aufhängung und darüber hinaus über den sogenannten Stoßdämpfer verbunden ist, welche zwischen dem genannten Arm der Aufhängung und dem Fahrzeugkörper angeordnet sind (vgl. 1). Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen die Feder und der Stoßdämpfer integriert sind.
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Der Stoßdämpfer hat die Aufgabe, beim Auftreten von Stößen am Rad, bedingt zum Beispiel durch Schlaglöcher oder plötzliche Hindernisse, die Energie eines solchen Stoßes „aufzufangen”, d. h. in Wärme umzuwandeln. Stoßdämpfer beeinflussen das Schwingungsverhalten der Radaufhängung so, dass das Rad möglichst ununterbrochen Bodenkontakt hat.
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Stoßdämpfer von Kraftfahrzeugen unterliegen einer enormen Beanspruchung, zum Beispiel kann schon bei einer Fahrtstrecke von nur einem Kilometer der Stoßdämpfer mehrere tausend mal bewegt werden.
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Der Aufbau von Stoßdämpfern und von Federungen allgemein im Rahmen von Radaufhängungen bei Kraftfahrzeugen wird hier als bekannt vorrausgesetzt. Es kann insoweit auf den Stand der Technik zurückgegriffen werden, vgl. z. B.
US 7,360,776 B2 ;
US 7,398,982 B2 .
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Es versteht sich, dass die Funktionstüchtigkeit von Stoßdämpfern entscheidend ist für das Fahr- und Bremsverhalten von Kraftfahrzeugen, weshalb eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit von äußerster Dringlichkeit ist. Ein Hauptgefahrenmoment liegt dabei darin, dass Stoßdämpfer in der Regel ihre Funktionseigenschaften nur langsam allmählich ändern, sodass der Fahrer eines Fahrzeuges sich immer wieder an den neuen, weniger funktionstüchtigen Zustand der Stoßdämpfer gewöhnen kann und nicht merkt, dass diese ihren Aufgaben nicht nachkommen.
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Da das einwandfreie Funktionieren der Stoßdämpfer insbesondere das Brems-, Steuer- und Traktionsverhalten des Fahrzeuges maßgeblich beeinflusst, werden in Werkstätten bei Inspektionen die Stoßdämpfer regelmäßig überprüft. Wünschenswert ist aber eine Funktionsüberprüfung auch außerhalb von Werkstätten direkt im Fahrzeug.
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Der Stand der Technik kennt bereits Versuche, eine Funktionsüberprüfung der Stoßdämpfer in das Fahrzeug zu integrieren. So beschreibt die
US 4,458,234 eine Anordnung von Stoßdämpfern und Federn einer Radaufhängung, bei der zwischen den Stoßdämpfern und/oder den Federn jeweils ein Kraftsensor vorgesehen ist, der die bei Stößen am Rad auftretenden Kräfte am Stoßdämpfer bzw. an der Feder misst und aus diesen Messungen eine Aussage über den Funktionszustand des Stoßdämpfers ableitet. Diese Anordnung verlangt den Einbau von aufwendigen Komponenten und den Einsatz komplexer Algorithmen für die Auswertung der Kraftsignale.
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Die
US 4,638,670 beschreibt eine Vorrichtung zum Bestimmen von Hüben (zurückgelegten Wegstrecken) der Komponenten bei zum Beispiel einem Stoßdämpfer. Hierzu müssen sehr aufwendige elektronische Komponenten in den Stoßdämpfer eingebaut werden.
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Die
US 3,948,359 beschreibt einen Stoßdämpfer mit einem Anzeigesystem, bei dem metallische Komponenten des Stoßdämpfers herangezogen werden, um einen elektrischen Schaltkreis zu definieren, bei dem Kapazitätsänderungen bei Betätigung des Stoßdämpfers elektronisch vermessen werden und daraus eine Aussage abgeleitet wird über den Zustand des Stoßdämpfers.
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Die
US 3,833,094 zeigt ein Alarmsystem zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit einem Schalter, der so angeordnet ist, dass er dann, wenn der teleskopartig aufgebaute Stoßdämpfer Bewegungen ausführt, die üblicherweise nicht zulässig sind, schließt und das Alarmsignal auslöst.
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Die
US 5,487,006 widmet sich der Messung der Querbeschleunigung eines Kraftfahrzeuges und zählt das Auftreten von solchen Querbeschleunigungen, um daraus Informationen für die Radaufhängung und andere beeinflussbare Steuerparameter des Fahrzeuges abzuleiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die in einfacher Weise eine sichere Funktionsüberprüfung der Stoßdämpfer ermöglicht. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung in einfacher Weise auch nachträglich bei einem Fahrzeug ohne Funktionsüberprüfung der Stoßdämpfer nachrüstbar sein.
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Hierfür lehrt die Erfindung eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
- – einem Stoßdämpfer,
- – einem bei Belastung des Stoßdämpfers bewegten Bauteil, an dem ein Hubdetektor angebracht ist, der Bewegungshübe des bewegten Bauteils detektiert und Bewegungshübe repräsentierende Signale erzeugt,
- – einer Zähleinrichtung, welche die genannten Signale zählt, und mit
- – einer Vergleichseinrichtung, welche die Zählergebnisse der Zähleinrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht, um in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Anzeigesignal zu erzeugen.
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Bevorzugt handelt es sich bei den genannten Signalen um elektrische Signale und die Zähleinrichtung zählt elektronisch.
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Mit dieser Lösung des Problems kann die Erfindung für den Hubmesser auf weit entwickelten Stand der Technik der sogenannten Pedometer zurückgreifen, also Messgeräte, die üblicherweise bei menschlichen Wanderern eingesetzt werden, um deren Schritte zu zählen. Solche Hubmesser (Pedometer) messen also vertikale Bewegungen (gegen die Gravitation) und zählen die Anzahl auftretender hubartiger Bewegungen. Die Erfindung verwendet bevorzugt solche bekannten Pedometer für den hier genanten neuen Zweck zur Überwachung von Stoßdämpfern, indem das Zählergebnis des Pedometers ein Maß angibt, wie oft der Stoßdämpfer bereits belastet worden ist. Typischerweise behält ein Stoßdämpfer seine Funktionstüchtigkeit über einige hundert Millionen Hübe (d. h. Belastungen). Je nach Typ und Qualität des Stoßdämpfers können dann die genannte Zähleinrichtung und die Vergleichseinrichtung so eingestellt werden, dass dann, wenn der Hub-Zählwert einen vorgegebenen Schwellenwert von zum Beispiel 400 Millionen übertrifft, eine Anzeige erfolgt, die dem Fahrer des Fahrzeuges mitteilt, dass die Stoßdämpfer ausgetauscht oder zumindest überprüft werden müssen. Üblicherweise werden die Stoßdämpfer einer Fahrzeugachse immer gemeinsam ausgetauscht, da sie in aller Regel auch im Wesentlichen gleichen Belastungen ausgesetzt werden. Es genügt deshalb in einer einfachen Ausführungsform die Anbringung von Hubmesser, Zähleinrichtung und Vergleichseinrichtung an nur einem der Stoßdämpfer einer Achse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Hubmesser, die Zähleinrichtung und die Vergleichseinrichtung in einer einzigen Einheit integriert, die kompakt am Stoßdämpfer montierbar ist. Bei dieser Variante der Erfindung ist die Nachrüstung in einem Fahrzeug besonders einfach. Die Befestigung am Stoßdämpfer kann zum Beispiel mit einer metallischen Manschette oder dergleichen erfolgen. Es ist auch möglich, die Einheit am Stoßdämpfer anzukleben oder mit einem sogenannten Kabelbinder zu befestigen. Zur weiteren Sicherung der Befestigung des Detektors am Stoßdämpfer können am Stoßdämpfer auch Vertiefungen oder Vorsprünge vorgesehen sein, in welche oder auf welche das Detektor-Gehäuse passgenau einsetzbar ist, um den Sitz des Detektors am Stoßdämpfer zu sichern. Die kompakte Einheit aus Hubmesser, Zähl- und Vergleichseinrichtung bildet sozusagen ein kleines „Kästchen”, das in einfacher Weise nachrüstbar ist. Diese Einheit kann zum Beispiel dann, wenn in der oben beschriebenen Weise auf Grund des Überschreitens des Zähl-Schwellenwertes Funktionsuntüchtigkeit des Stoßdämpfers zu befürchten ist, ein akustisches Signal abgeben, um den Fahrer zu warnen. Die Einrichtung kann auch einen Sender enthalten, der ein elektromagnetisches Signal abgibt, das von einem Empfänger am oder im Fahrzeuges aufgefangen wird, z. B. am Armaturenbrett, sodass dort eine optische oder akustische Anzeige dem Fahrer eine Warnung hinsichtlich des Zustandes des Stoßdämpfers gibt. Wird die erfindungsgemäße Warneinrichtung für den Zustand von Stoßdämpfern von Anfang an in das Fahrzeug integriert, dann kann die elektronische Signalübermittlung auch in üblicher Weise über elektrische Leiter erfolgen.
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Eine Variante der Erfindung lehrt eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
- – einem Stoßdämpfer,
- – einer Feder zwischen einem Teil der Radaufhängung und dem Fahrzeugkörper,
- – einem Kraftsensor zwischen dem Stoßdämpfer oder der Feder und dem Fahrzeugkörper oder dem Teil der Fahrzeugaufhängung, wobei der Kraftsensor jedes Mal dann, wenn auf ihn eine Kraft wirkt, die größer ist als ein vorgebbarer Schwellenwert, ein einen Kraftimpuls repräsentierendes Signal erzeugt,
- – einer Zähleinrichtung, welche die genannten elektrischen Signale zählt, und mit
- – einer Vergleichseinrichtung, welche die Zählergebnisse der Zähleinrichtung mit zumindest einem vorgegebenen Zähl-Schwellenwert vergleicht, um in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Anzeigesignal zu erzeugen.
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Bei dieser Variante der Erfindung wird statt des Pedometers ein Kraftsensor eingesetzt und es werden die Betätigungen (Belastungen) des Stoßdämpfers während des Betriebs des Fahrzeuges gezählt, und dann, wenn, wie oben beschrieben, die Anzahl der Belastungen einen vorgegebenen Schwellenwert von zum Beispiel 400 Millionen überschreitet, wird am oder im Fahrzeug eine entsprechende Anzeige und Warnung vorgenommen, zum Beispiel, wie oben auch beschrieben, optisch und/oder akustisch oder dergleichen.
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Die Erfindung betrifft auch eine weitere Variante mit einem Beschleunigungsdetektor zum Zählen der Belastungen des Stoßdämpfers.
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Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen Detektor zur Verwendung mit einer Stoßdämpfungsvorrichtung der hier beschriebenen Art.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
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1 schematisch eine Radaufhängung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Stoßdämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung und
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2 schematisch ein Blockschaltbild für die Signalverarbeitung bei einer Vorrichtung gemäß 1.
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Gemäß 1 läuft ein Rad 10 auf einer Fahrbahn 12.
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Das Rad 10 ist an einer Achse montiert, die am Arm 16 der Aufhängung abgestützt ist. In der Figur ist die abgefederte Masse des Fahrzeuges, also im Wesentlichen die Karosserie und der Motor, schematisch durch das Bezugszeichen 14 angedeutet. Die federnde Masse wird hier als Fahrzeugkörper 14 bezeichnet. Der Aufhängungsarm 16 (und damit das Rad 10) ist über eine Feder 18 und einen Stoßdämpfer 20 mit dem Fahrzeugkörper 14 in an sich bekannter Weise verbunden.
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Feder 18 und Stoßdämpfer 20 können herkömmlicher Art sein, vgl. den eingangs zitierten Stand der Technik.
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Üblicherweise besteht ein Stoßdämpfer 20 aus einem Kolben 24 und einem Zylinder 26.
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Gemäß einem ersten und bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist am Zylinder
26 des Stoßdämpfers
20 ein Hubmesser
22 befestigt, hier in Form eines Pedometers. Für die konkrete Ausgestaltung des Hubmessers (Pedometers) kann auf den insoweit bekannten Stand der Technik zurückgegriffen werden, also zum Beispiel Anordnungen mit einem stationären Magnet und einem beweglichen Magnet, oder auch Pedometer mit einer Wendelfeder und einer Stahlkugel, deren Auf- und Abbewegungen gemessen werden. Pedometer werden zum Beispiel beschrieben in der
US 7,596,467 ;
US 7,526,404 und der
US 2007/0150229 A1 .
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Der Hubmesser 22 in Form eines Pedometers erzeugt jedes Mal dann, wenn der Stoßdämpfer 20 gegen die Schwerkraft einen Stoß oberhalb eines vorgegebenen Stellenwertes hinsichtlich der Hub-Auslenkung erhält, einen elektrischen Impuls. Dieses elektrische Signal gibt der Hubmesser 22 an eine Zähleinrichtung 32 gemäß 2 und die Zähleinrichtung 32 summiert die Anzahl der Signale und somit die Anzahl der Betätigungen des Stoßdämpfers über die gesamte Benutzungsdauer des Kraftfahrzeuges auf. In einem Vergleicher 34 gemäß 2 wird dann das aufsummierte Zählergebnis mit vorgebbaren Schwellenwerten verglichen und dann, wenn der Vergleich ein Überschreiten des Zählwertes über den Schwellenwert ergibt, wird ein Warnsignal 36 erzeugt und in der oben beschriebenen Weise dem Fahrer mitgeteilt, dass ein Austausch oder zumindest eine Überprüfung aller Stoßdämpfer angezeigt ist.
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1 beinhaltet auch eine Variante der Erfindung, bei der anstelle des Hubmessers 22 ein oder mehrere Kraftsensoren 28, 28' oder 30, 30' eingesetzt werden. 1 zeigt also gleichzeitig zwei verschiedene Varianten, die der Einfachkeit halber in einer Figur zusammengefasst sind. Bei der oben besprochenen ersten Variante mit einem Hubmesser 22 sind keine Kraftsensoren erforderlich und die Bezugszeichen 28, 28', 30, 30' können in diesem Falle einfach verstanden werden als funktionslose Platten zwischen dem Aufhängungsarm 16 und dem Fahrzeugkörper 14.
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Statt des genannten Kraftsensors kann auch ein als solches bekannter Beschleunigungsdetektor am Stoßdämpfer befestigt werden und aufgrund detektierter Beschleunigungen eine Belastung des Stoßdämpfers ”erkennen” und einer Zählung zuführen. Beschleunigungssensoren können ebenfalls, wie die oben erläuterten Pedometer, d. h. Hub-Detektierer, von vorneherein oder auch nachträglich eingesetzt werden. Im Falle der Verwendung eines Beschleunigungssensors oder -detektors werden also damit in 1 der Hubmesser, oder bei der zweiten Variante, die Kraftsensoren, ersetzt.
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Bei der oben besprochenen zweiten Variante wird in 1 also der Hubmesser 22 weggelassen und ersetzt durch zumindest einen der genannten Kraftsensoren 28, 28', 30, 30'. Kraftsensoren sind als solche bekannt, zum Beispiel in Form von piezoelektrischen Kristallen, die bei Druckbeanspruchung ein entsprechendes Signal erzeugen. Diese zweite Variante der Erfindung ist insofern etwas aufwendiger, da sie sich weniger für einen nachträglichen Einbau in ein Fahrzeug eignet, das nicht anfänglich mit der Stoßdämpfungsvorrichtung mit Warnanzeige gebaut ist. Hinsichtlich der anderen erfindungsgemäßen Vorteile, nämlich dem einfachen Aufbau, dem extrem einfachen Auswertealgorithmus usw. jedoch hat auch diese zweite Variante mit Kraftsensoren die genannten Vorteile. Die Signalverarbeitung bei Einsatz der Kraftsensoren erfolgt analog der oben beschriebenen Weise drahtlos (Sender/Empfänger) oder verdrahtet oder autark im oben beschriebenen Sinne derart, dass eine Kraftsensoreinheit auch die Zähleinrichtung und die Vergleichseinrichtung vorort integral beinhaltet und das Warnsignal optisch und/oder akustisch analog dem oben beschriebenen abgegeben wird.
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Die elektrische Stromversorgung erfolgt bei beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen bevorzugt ebenfalls autark in dem Sinne, dass der Hubmesser 22 eine Batterie enthält, die für seine gesamte Funktionsdauer den erforderlichen (geringen) Strom liefert. Dabei kann die Batterie 22 sogar so gestaltet werden, dass sie durch die Bewegungen des Stoßdämpferteils, mit dem sie verbunden ist, aufgeladen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7360776 B2 [0005]
- US 7398982 B2 [0005]
- US 4458234 [0008]
- US 4638670 [0009]
- US 3948359 [0010]
- US 3833094 [0011]
- US 5487006 [0012]
- US 7596467 [0029]
- US 7526404 [0029]
- US 2007/0150229 A1 [0029]
