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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppen, und sie betrifft insbesondere ein Höhendetektionssystem, das in eine Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe integriert ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Steuersysteme, die eine Fahrhöhe und eine Aufhängungsdämpfung automatisch regeln, wurden in die Aufhängungen vieler Fahrzeuge integriert. Diese Systeme beruhen auf Höhensensoren, um eine Echtzeit-Rückkopplung für die Distanz zwischen ausgewählten Aufhängungskomponenten oder die relative Höhe einer gefederten und einer ungefederten Fahrzeugmasse zu liefern. Diese Daten können an Controller übertragen werden, die auf Schwankungen der relativen Höhe ansprechen, indem kompensierende Elemente in der Aufhängung eingestellt werden, um für eine größere Chassisstabilität zu sorgen. Genauigkeit bei der Messung der relativen Höhe ermöglicht ein präziseres Systemansprechen und verbessert dadurch die Fahrzeug-Leistungseigenschaften, einschließlich des Fahrkomforts und der Bedienung, insbesondere während des Kurvenfahrens, des Beschleunigens und des Bremsens.
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Typische Sensoren für die relative Höhe verwenden mechanische Verbindungen, die zwischen Überwachungspunkten in der Aufhängung verbunden sind, die eine lineare Verschiebung in eine Drehbewegung umwandeln. Ein kontaktierender oder nicht kontaktierender elektromechanischer Sensor wandelt diese Winkelverschiebung in ein elektrisches Signal um, das die Höhendifferenz angibt. Derartige Systeme weisen jedoch oft Befestigungsarme, Sensorverbindungen und -klammern sowie eine Unzahl von zugeordneten Befestigungselementen zur Verbindung auf, und dadurch wird die Anzahl der Teile erhöht sowie die Montage und Wartung erschwert. Dass diese Systeme dem Fahrgestell eines Fahrzeugs ausgesetzt sind, erhöht ferner ihre Verletzbarkeit durch Verunreinigung und Straßenschmutz, die eine Beschädigung verursachen und/oder eine langfristige Leistung und Zuverlässigkeit herabsetzen können. Zusätzlich ermitteln gegenwärtige Systeme nicht die absolute Höhe eines Fahrzeugs, das heißt, die Distanz zwischen ausgewählten Chassiskomponenten und dem Boden.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Höhendetektionssystem zur Verwendung in Verbindung mit einer Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe zu schaffen, das die Distanz zwischen ausgewählten Aufhängungs-Überwachungspunkten und dem Boden ermittelt. Ferner ist es auch wünschenswert, wenn ein derartiges System einfacher zu montieren ist, bequemer bei der Wartung ist und eine verringerte Anzahl von Teilen aufweist. Ferner werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Ansprüche offenbar werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den vorstehenden Abschnitten Technisches Gebiet und Hintergrund gesetzt werden.
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Aus der
DE 33 15 594 A1 ist ein System zur Ermittlung einer Distanz zwischen einer Aufhängungsbaugruppe eines Fahrzeugs und dem Boden bekannt, das eine erste und eine zweite, jeweils mit einem ersten bzw. einem zweiten Element am Fahrzeug gekoppelte Sende- und Empfangseinrichtung zum Emittieren eines ersten bzw. eines zweiten Abfragesignals in Richtung des Bodens und zum Empfangen einer Reflexion der Abfragesignale vom Boden sowie einen Prozessor umfasst, der anhand des ersten bzw. des zweiten Abfragesignals und anhand deren Reflexionen vom Boden jeweils die Distanz zwischen der ersten bzw. zweiten Sende- und Empfangseinrichtung und dem Boden ermittelt.
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Die
US 4 827 416 A beschreibt die Verwendung eines Straßensensors, der die Rauigkeit einer Straßenoberfläche überwacht.
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In der
US 2005/0270221 A1 ist eine Sende- und Empfangseinrichtung beschrieben, die Ultrabreitbandsignale (UWB-Signale) sendet und empfängt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System für eine Aufhängungsbaugruppe eines Fahrzeugs zu schaffen, welches die relative Höhe zwischen zwei Elementen der Aufhängungsbaugruppe ermittelt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß einer Ausführungsform und lediglich beispielhaft wird ein System geschaffen, um eine Distanz zwischen einer Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe und dem Boden zu ermitteln, wobei die Aufhängungsbaugruppe ein erstes Element aufweist. Das System umfasst eine erste Sende- und Empfangseinrichtung, die mit dem ersten Element gekoppelt ist, um ein erstes Abfragesignal in Richtung des Bodens zu emittieren und um eine erste Reflexion des ersten Abfragesignals von dem Boden zu empfangen, und einen Prozessor, der mit der ersten Sende- und Empfangseinrichtung gekoppelt ist, um die Distanz der ersten Sende- und Empfangseinrichtung von dem Boden zu ermitteln.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und
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1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs ist, welche die Weise darstellt, auf die eine Ausführungsform in verschiedenen Unterkomponenten des Fahrzeugs integriert ist;
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2 eine isometrische Ansicht einer Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe zur Verwendung mit dem in 1 dargestellten Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
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3 ein Blockdiagramm des beispielhaften Höhensensorsystems ist, das in 2 dargestellt ist;
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4 eine isometrische Ansicht einer Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe zur Verwendung mit dem Fahrzeug ist, das in 1 dargestellt ist und ein Höhendetektionssystem gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform aufweist;
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5 ein Blockdiagramm des in 4 dargestellten beispielhaften Höhensensorsystems ist; und
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6 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Aufhängungsaktuators zur Verwendung mit dem Fahrzeug ist, das in 1 dargestellt ist und ein Höhendetektionssystem gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform aufweist.
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BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die hierin beschrieben werden, schaffen ein elektronisches Höhendetektionssystem für eine Fahrzeugaufhängung. Das System umfasst eine oder mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen, die jeweils mit einer Komponente einer Fahrzeug-Aufhängungsbaugruppe gekoppelt sind, um deren Höhe zu überwachen. Jede Sende- und Empfangseinrichtung ist ausgebildet, um die ”absolute” Höhe oder die vertikale Distanz zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung und dem Boden zu detektieren. Wenn das System mit zwei oder mehr Sende- und Empfangseinrichtungen ausgebildet ist, kann auch die ”relative” Höhe oder die Differenz der vertikalen Distanz zwischen zwei beliebigen Sende- und Empfangseinrichtungen ermittelt werden. Wie hierin verwendet, wird die absolute Höhe einer Sende- und Empfangseinrichtung oder die relative Höhe zwischen Sende- und Empfangseinrichtungen nicht von der absoluten bzw. relativen Höhe der Aufhängungskomponente unterschieden, mit der derartige Sende- und Empfangseinrichtungen gekoppelt sind.
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Die relative Höhe kann dann, wenn sie sich auf die Distanz zwischen der gefederten und der ungefederten Fahrzeugmasse bezieht, aufgrund der wichtigen Rolle besonders nützlich sein, die diese Größe für die Steuerung der Fahrhöhe und des Chassis spielt. Die Sende- und Empfangseinrichtungen, die mit den Aufhängungskomponenten gekoppelt sind, senden elektronische Signale beispielsweise in der Form von Taktpulsen oder digitalisierten Daten, welche die absolute Höhe angeben, an einen gekoppelten Prozessor, der ausgebildet ist, um diese Signale zum Ermitteln der tatsächlichen Höhe der Komponente zu verwenden. Derartige Höhendaten können dann zur Verwendung bei einem Einstellen gesteuerter Aufhängungselemente an einen Controller übertragen werden, um die Stabilität eines Fahrzeugchassis und einer Fahrzeugkarosserie für eine Vielzahl von Straßenoberflächenbedingungen aufrecht zu erhalten. Zusätzlich können die Höhendaten verwendet werden, um die vertikale Komponente der absoluten und/oder relativen Geschwindigkeit und Beschleunigung von und/oder zwischen Aufhängungskomponenten zu ermitteln. Diese Information kann auch von einem Chassiscontroller verwendet werden, um das Verhalten während des Lenkens, Kurvenfahrens, Beschleunigens und Bremsens weiter zu verfeinern.
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1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 10 (z. B. eines Automobils) zur Verwendung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 10 weist ein Chassis 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16, eine Aufhängungsbaugruppe 22 und ein Chassissteuermodul (oder CCM) 33 auf. Die Karosserie 14 ist auf dem Chassis 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind jeweils in der Nähe einer entsprechenden Ecke der Karosserie 14 mit dem Chassis 12 rotierbar gekoppelt. Die Aufhängungsbaugruppe 22 ist ausgebildet, um für eine gedämpfte und stabilisierte Kopplung zwischen einer gefederten Fahrzeugmasse, welche die Karosserie 14 umfasst, und einer ungefederten Masse zu sorgen, welche die Räder 16 und einen Teil des Chassis 12 umfasst. Die Aufhängungsbaugruppe 22 kann Federn, lineare Aktuatoren, Querlenker oder Steuerverbindungen sowie andere verbindende und stützende Elemente aufweisen, und sie weist ferner mindestens eine Dämpferbaugruppe 64 auf, wie beispielsweise einen Stoßdämpfer oder ein Federbein oder dergleichen, um für eine gedämpfte Bewegung zwischen der gefederten und der ungefederten Fahrzeugmasse zu sorgen. Die Dämpferbaugruppen 64 können ausgebildet sein, um passiv auf die Fahrzeugbewegung anzusprechen, oder sie können, wie in 1 gezeigt, mit dem CCM 33 gekoppelt und ausgebildet sein, um für gesteuerte Aufhängungseinstellungen zu sorgen, wie sie durch dieses angewiesen werden. Wie gezeigt, weist das Fahrzeug 10 vier derartige Dämpferbaugruppen 64 auf, die mit der Aufhängungsbaugruppe 22 in der Nähe der Räder 16 mechanisch gekoppelt sind und die mit dem CCM 33 nachrichtentechnisch gekoppelt sind.
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Das Fahrzeug 10 kann ein beliebiges von einer Vielzahl von Fahrzeugtypen sein, wie beispielsweise eine Limousine, ein Kombi, ein Lastkraftwagen oder ein Sportgeländewagen (SUV), und es kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h. einen Hinterradantrieb oder einen Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD) oder einen Allradantrieb (AWD) aufweisen. Das Fahrzeug 10 kann auch einen beliebigen von einer Anzahl von unterschiedlichen Motorentypen oder eine Kombination von diesen umfassen, wie beispielsweise einen mit Benzin- oder Dieselkraftstoff versorgten Verbrennungsmotor, einen Motor für ein ”Fahrzeug mit flexiblem Kraftstoff” (FFV-Motor) (d. h. unter Verwendung eines Gemischs aus Benzin und Alkohol), einen mit einer Gasverbindung (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) beschickten Motor oder eine Brennstoffzelle, einen Hybridmotor mit einem Verbrennungs-/Elektromotor und einen Elektromotor.
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Weiterhin auf 1 Bezug nehmend, ist das Chassissteuermodul 33 nachrichtentechnisch mit verschiedenen Automobil-Untersystemsensoren gekoppelt, einschließlich eines Lenksensors 30, um eine Lenkrichtung zu ermitteln, mindestens eines Sensors 34 für ein Anheben/Eintauchen, der verwendet wird, um das Ansprechen des Chassis auf ein Bremsen und ein Beschleunigen zu überwachen, und eines Geschwindigkeitssensors 38, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu messen. Das CCM 33 weist auch eine Benutzerschnittstelle 40 auf, über die ein Fahrer verschiedene Systembefehle eingeben und von der er andere relevante Systeminformation empfangen kann. Das CCM 33 ist auch mit verschiedenen Sende- und Empfangseinrichtungen nachrichtentechnisch gekoppelt, die als Fahrzeug-Höhensensoren verwendet werden, die mit der Karosserie 14, dem Chassis 12 und/oder der Aufhängungsbaugruppe 22 mechanisch gekoppelt sind, um die Fahrzeughöhe zu überwachen, und die mindestens eine erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 umfassen. Das CCM 33 weist auch mindestens einen Prozessor 37, um die von den Fahrzeughöhensensoren empfangene Fahrzeughöheninformation zu verarbeiten, und einen Controller 35 auf, der mit dem Prozessor 37 gekoppelt ist, um in Ansprechen auf Prozessoraufforderungen elektronische Befehle an gesteuerte Aufhängungskomponenten zu übertragen, die beispielsweise die Dämpferbaugruppen 64 umfassen. Während des Betriebs überwachen die Fahrzeughöhensensoren die Distanz zwischen dem Boden und ausgewählten Aufhängungs-, Karosserie- und/oder Chassiskomponenten, und sie übertragen Signale an den Prozessor 37, die diese Distanz angeben. Der Prozessor 37 wandelt dann diese Signale in Daten um, die von den Controller 35 verwendet werden können, um geeignete kompensierende Chassiseinstellungen auszuführen.
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2 stellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 dar, der in die Aufhängungsbaugruppe 22 des Fahrzeugs 10 (1) integriert ist. Die Aufhängungsbaugruppe 22 umfasst die Dämpferbaugruppe 64, die zwischen einer gefederten Fahrzeugmasse 50 und einer ungefederten Fahrzeugmasse 70 gekoppelt und ausgebildet ist, um eine vertikale Bewegung zwischen diesen auf eine wohlbekannte Weise zu dämpfen. Die Dämpferbaugruppe 64 weist ein erstes Ende, das mit einem unteren Querlenker 68 der ungefederten Masse 70 durch eine untere Befestigung 58 gekoppelt ist, und ein zweites Ende auf, das mit einem Rahmen-Strukturelement 48 der gefederten Masse 50 durch eine obere Befestigung 54 gekoppelt ist. Das Befestigen der Dämpferbaugruppe 64 an den Strukturelementen und Querlenkern kann auf eine beliebige herkömmliche Weise unter Verwendung von Befestigungsklammern und Befestigungselementen ausgeführt werden. Die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 ist ein Element des CCM 33, und sie ist nachrichtentechnisch mit dem Prozessor 37 (1) gekoppelt. Die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 kann mechanisch mit einer beliebigen geeigneten Komponente der Aufhängungsbaugruppe 22 gekoppelt sein, wie beispielsweise dem Strukturelement 48, wobei es wünschenswert ist, die Höhe der Komponente bezüglich des Bodens zu überwachen. Während des Betriebs emittiert die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 Abfragesignale in Richtung des Bodens 55, wenn sie von dem Prozessor 37 dazu aufgefordert wird, und sie detektiert die Reflexion dieser Abfragesignale, die von dem Boden 55 zurückgesendet werden. Der Prozessor 37 zeichnet die Zeit der Aufforderung auf, und die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 sendet ein elektronisches Zeitpunktsignal an den Prozessor 37, wenn die Abfragesignale detektiert werden.
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Die Abfragesignale, die von der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 emittiert werden, können elektromagnetischer Natur sein, und sie können ein Ultrabreitbandradar (UWB-Radar), Infrarot-(IR) oder Laserlichtstrahlung oder alternativ eine Ultraschallwelle umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Prozessor 37 kombiniert die aufgezeichnete Zeit, zu der die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 aufgefordert wurde, mit einem Zeitpunktsignal, das von der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 zurückgegeben wird und das den Zeitpunkt der Detektion des Abfragesignals angibt, um die gesamte verstrichene Zeit zwischen der Emission und der Detektion zu ermitteln. Der Prozessor 37 wandelt die verstrichenen Zeiten in eine absolute Distanz D1 von der Komponente bis zu dem Boden um, beispielsweise unter Verwendung eines Algorithmus, der die nachstehende Gleichung (1) umfassen kann: D1 = 0,5c × [Δt1] (1) wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der gesendeten und reflektierten Abfragesignale ist und Δt1 die Zeitverschiebung zwischen der Emission des Abfragesignals und der Detektion der Reflexion des Abfragesignals durch die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 repräsentiert. Das endgültige Ergebnis kann modifiziert werden, um Systemfehler zu berücksichtigen, wie beispielsweise Zeitverzögerungen bei der Übertragung von Zeitpunktsignalen und dergleichen.
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Die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 ist ausgebildet, um Abfragesignale eines speziellen Typs oder spezieller Typen zu emittieren und zu detektieren, und sie umfasst eines von einer Vielzahl von Sende/Detektionssystemen, die entweder auf elektromagnetischer Strahlung oder auf Schallwellen basieren. Bei einer Ausführungsform umfasst die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 eine Senderkomponente, die ausgebildet ist, um UWB- oder Radarpulse von kurzer Dauer zu emittieren, die Wellenlängen in dem Radio- und/oder Mikrowellenfrequenzbereich umfassen können. Ein Beispiel einer solchen kommerziell verfügbaren UWB-Sende- und Empfangseinrichtung wird von Freescale Semiconductor hergestellt und trägt die Artikelnummer XS 100. Die Detektionskomponente der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 kann bei dieser Ausführungsform basierend auf einer RFCMOS-Technologie (Radiofrequenz-Komplementärmetalloxid-Halbleitertechnologie) für eine Kompatibilität mit dem Sender abgestimmt sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 mit halbleiterbasierten Laserdioden ausgebildet, die Licht über einen sehr kleinen Bereich von Wellenlängen emittieren/detektieren. Die Detektionskomponente für diese Sende- und Empfangseinrichtung kann auch eine Halbleiterdiode sein, die ausgebildet ist, um Licht bei der bzw. den gesendeten Wellenlängen) zu detektieren. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 ausgebildet, um IR-Strahlung zu emittieren, und sie umfasst vorzugsweise eine lichtemittierende Halbleiterdiode (LED). Dieser Typ von Sende- und Empfangseinrichtung kann auch einen Fotodiodendetektor umfassen, wie beispielsweise eine Fotodiode vom PIN-Typ, die abgestimmt ist, um Licht der emittierten Wellenlängen zu detektieren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 einen Ultraschall-Signalwandler, der ausgebildet ist, um Ultraschall-Druckwellen zu emittieren. Eine Sende- und Empfangseinrichtung dieses Typs umfasst auch einen zweiten Druck-Signalwandler, der abgestimmt ist, um diese Schallwellen zu detektieren.
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Um die Erkennung der Quelle zu unterstützen und die Effekte von Streustrahlung abzuschwächen, emittiert jede der Ausführungsformen der Sende- und Empfangseinrichtung, die oben beschrieben sind, vorzugsweise ein gepulstes Abfragesignal, das elektromagnetische oder Schallemissionen von kurzer Dauer umfasst. Die Pulsdauer und/oder der Takt des Abfragesignals können optimiert werden, um mit einer Bereichseigenschaft für die absolute Höhe eines Fahrzeug-Aufhängungssystems kompatibel zu sein. Ferner können die Abfragesignale, wenn mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen in einer Aufhängungsbaugruppe verwendet werden, wie bei den nachfolgenden Ausführungsformen weiter beschrieben wird, zwischen jeder Sende- und Empfangseinrichtung variiert werden, um das Signal zu verschlüsseln und eine Verwechslung bezüglich der korrekten Quelle zu vermeiden sowie die Effekte von Streulicht oder anderen Typen von Fehlsignalen abzuschwächen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 mit einem Duplexer ausgestattet sein, um das Umschalten zwischen dem Senden und der Detektion mit einer geeigneten vorbestimmten Rate zu unterstützen.
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3 ist ein Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten des CCM 33 des Fahrzeugs 10 (1), die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42, den Prozessor 37 und den Controller 35 umfassen. Der Prozessor 37 ist mit dem Controller 35 funktional gekoppelt, und er ist nachrichtentechnisch in zwei Richtungen mit der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 gekoppelt. Die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 ist ausgebildet, um elektromagnetische oder Ultraschall-Abfragesignale in Richtung des Bodens 55 zu emittieren, wenn sie durch ein Signal Sp1 von dem Prozessor 37 dazu aufgefordert wird, und um die Reflexion dieser Abfragesignale zu detektieren, die von dem Boden 55 reflektiert werden. Der Prozessor 37 zeichnet dann die Zeit dieser Aufforderung auf und empfängt ein elektronisches Zeitpunktsignal von der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42, das den Detektionszeitpunkt (td) angibt. Der Prozessor 37 verwendet die Differenz zwischen den Zeiten der Aufforderung und der Detektion in Verbindung mit einer geeigneten Gleichung/einem geeigneten Algorithmus, die zuvor beschrieben wurden, um die Distanz der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 von dem Boden zu ermitteln. Der Controller 35 empfängt die Höhendaten als ein Eingangssignal von dem Prozessor 37, und er kann in Ansprechen auf gegenwärtige Chassiszustände, wie sie durch diese Daten widergespiegelt werden, Echtzeitbefehle an gesteuerte Aufhängungselemente senden.
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4 stellt eine zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46 dar, die gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform in Verbindung mit der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 verwendet werden kann und in die Aufhängungsbaugruppe 22 integriert ist. Die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46 ist auch ein Element des CCM 33, das nachrichtentechnisch in zwei Richtungen mit dem Prozessor 37 (1) gekoppelt ist, und sie ist einer der Typen von Sende- und Empfangseinrichtungen, die zuvor für die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 beschrieben wurden. Die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46 kann mechanisch mit einem beliebigen geeigneten Element der Aufhängungsbaugruppe 22 und vorzugsweise mit einem Element gekoppelt sein, das von demjenigen der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 42 verschieden ist, wobei es wünschenswert ist, die Distanz bis zu dem Boden zu überwachen. Wie in 4 gezeigt, ist die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46 beispielsweise an dem unteren Querlenker 68 der ungefederten Fahrzeugmasse 70 befestigt. Während des Betriebs emittieren die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 jeweils separate Abfragesignale eines oben beschriebenen Typs in Richtung des Bodens 55, wenn sie von dem Prozessor 37 dazu aufgefordert werden. Jede Sende- und Empfangseinrichtung detektiert dann die Reflexion der von der Quellen-Sende- und Empfangseinrichtung emittierten Abfragesignale, die von dem Boden 55 reflektiert werden.
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Die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 können einzeln verwendet werden, um die absolute Höhe der Aufhängungskomponente an dem entsprechenden jeweiligen Ort auf eine zuvor beschriebene Weise zu überwachen, oder sie können in Kombination verwendet werden, um die relative Höhe und zwischen Aufhängungsorten zu ermitteln. Unter Bezugnahme auf 4 kann beispielsweise, wenn jene an der gefederten und der ungefederten Masse 50 und 70 befestigt sind, die relative Höhe zwischen den Massen als gleich der Differenz der absoluten Höhen zwischen der ersten und der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 ermittelt werden. Um eine relative Höhe zu ermitteln, fordert der Prozessor 37 die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 auf, im Wesentlichen gleichzeitig Abfragesignale zu dem Boden zu emittieren. Jede Sende- und Empfangseinrichtung spricht an, indem ein Abfragesignal im Wesentlichen gleichzeitig in Richtung des Bodens emittiert wird und die Reflexion des entsprechenden Abfragesignals, das von diesem reflektiert wird, detektiert wird. Der Prozessor 37 zeichnet dann die Zeit der Aufforderung auf und empfängt von jeder Sende- und Empfangseinrichtung ein Zeitpunktsignal, das die Detektionszeit für diese Sende- und Empfangseinrichtung angibt. Der Prozessor 37 verwendet die Zeit der Aufforderung in Kombination mit diesen Zeitpunktsignalen, um eine tatsächliche verstrichene Zeit für jede Sende- und Empfangseinrichtung zu ermitteln. Der Prozessor 37 ermittelt dann die absolute Distanz Ds (von der gefederten Masse 50) und Du (von der ungefederten Masse 70) bis zu dem Boden für die Sende- und Empfangseinrichtungen 42 bzw. 46, beispielsweise unter Verwendung eines Algorithmus, der die nachstehenden Gleichungen (2) und (3) umfassen kann: Ds = 0,5c × [Δts] (2) Du = 0,5c × [Δtu] (3) wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des gesendeten Abfragesignals ist und Δts und Δtu die verstrichene Zeit zwischen der Emission und der Detektion der Abfragesignale repräsentieren, die von der ersten und der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung 42 bzw. 46 herrühren. Die relative Höhe Hsu zwischen der gefederten und der ungefederten Fahrzeugmasse kann dann unter Verwendung eines Algorithmus ermittelt werden, der die nachstehende Gleichung (4) umfassen kann: Hsu = Ds – Du (4)
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Das endgültige Ergebnis kann aus den zuvor beschriebenen Gründen modifiziert werden.
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Weise darstellt, auf die ausgewählte Elemente des CCM 33 des Fahrzeugs 10 (1), welche die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42, die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46, den Prozessor 37 und den Controller 35 umfassen, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zusammenwirken. Der Prozessor 37 ist mit dem Controller 35 funktional gekoppelt, und er ist sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 nachrichtentechnisch in zwei Richtungen gekoppelt. Jede Sende- und Empfangseinrichtung ist ausgebildet, um elektromagnetische oder Ultraschall-Abfragesignale in Richtung des Bodens 55 zu emittieren, wenn sie von dem Prozessor 37 dazu aufgefordert wird, und um die Reflexion der Quellen-Abfragesignale zu detektieren, die von dem Boden 55 zurückgesendet werden. Wenn die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 42 und 46 in Verbindung verwendet werden sollen, um eine relativen Höhe zwischen diesen zu ermitteln, fordert der Prozessor 60 diese Sende- und Empfangseinrichtungen auf, im Wesentlichen gleichzeitig Abfragesignale zu emittieren. Jede Sende- und Empfangseinrichtung überträgt dann ein Zeitpunktsignal an den Prozessor 37, das den Detektionszeitpunkt (td) angibt. Beispielsweise sendet der Prozessor 37 ein erstes Aufforderungssignal Sp1 an die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42, um sie aufzufordern, ein Abfragesignal zu dem Boden zu emittieren. Die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42 emittiert ein erstes Abfragesignal und detektiert eine Reflexion des ersten Abfragesignals von dem Boden, und sie überträgt ein elektronisches Zeitpunktsignal td1 an den Prozessor 37, das den Detektionszeitpunkt angibt. Auf ähnliche Weise sendet der Prozessor 37 ein zweites Aufforderungssignal Sp2 an die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46, um sie aufzufordern, ein zweites Abfragesignal in Richtung des Bodens zu emittieren. Die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46 emittiert das zweite Abfragesignal, detektiert dessen Reflexion und überträgt ein anderes elektronisches Zeitpunktsignal td2 an den Prozessor 37. Der Prozessor 37 zeichnet die Zeit der Aufforderung auf und kombiniert diese Zeit mit den Zeitpunktsignalen, um die tatsächliche verstrichene Zeit zwischen der Emission und der Detektion für jede Sende- und Empfangseinrichtung zu ermitteln. Der Prozessor 37 verwendet die verstrichenen Zeiten in Verbindung mit einem zuvor beschriebenen geeigneten Algorithmus, um die Distanz jeder Sende- und Empfangseinrichtung von dem Boden zu ermitteln. Der Prozessor 37 kann auch die relative Höhe Hr zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen ermitteln, indem die Differenz der absoluten Höhen D1 (für die erste Sende- und Empfangseinrichtung 42) und D2 (für die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 46) unter Verwendung eines Algorithmus bestimmt wird, der die nachstehende Gleichung (5) umfassen kann: Hr = D1 – D2 (5)
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Der Controller 35 empfängt die resultierenden Höhendaten als ein Eingangssignal von dem Prozessor 37, und er kann in Ansprechen darauf Echtzeitbefehle an gesteuerte Aufhängungselemente senden.
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6 stellt gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform einen Aufhängungsaktuator 100 dar, der eine erste und eine zweite Sende- und Empfangseinrichtung 116 bzw. 120 aufweist, um die vertikale Hubdistanz des Aktuators 100 zu ermitteln. Der Aufhängungsaktuator 100 kann beispielsweise eine passive Aktuatorbaugruppe, wie beispielsweise ein nicht steuerbarer Stoßdämpfer oder ein nicht steuerbares Federbein, oder eine steuerbare Aktuatorbaugruppe sein, wie beispielsweise ein linearer Aktuator oder ein steuerbarer Stoßdämpfer oder ein steuerbares Federbein. Der Aufhängungsaktuator 100 weist einen ersten Abschnitt 128 auf, der ein Staubrohr 126 umfassen kann, das mit der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 116 und einem ersten Aufhängungselement 108 gekoppelt ist, das ein Teil der gefederten Masse sein kann. Der Aktuator 100 weist auch einen zweiten Abschnitt 132 auf, der ein Dämpferrohr 134 umfassen kann, das mit der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung 120 und mit einem zweiten Aufhängungselement 112 gekoppelt ist, das ein Teil der ungefederten Masse sein kann. Der zweite Abschnitt 132 ist relativ zu dem ersten Abschnitt 128 befestigt, der auf eine wohlbekannte Weise in den zweiten Abschnitt 132 und aus diesem heraus bewegbar ist. Fachleute werden einsehen, dass, obwohl der Aktuator 100 derart dargestellt ist, dass er ein Dämpfer- und ein Staubrohr aufweist, viele andere mögliche Ausbildungen möglich sind und dass diese Beschreibung daher als ein Beispiel und ohne Einschränkung ausgeführt wird. Ferner kann der Aktuator 100 ohne Einschränkung zwischen beliebigen geeigneten Aufhängungselementen gekoppelt sein, ganz gleich, ob derartige Elemente Teil der gefederten oder der ungefederten Masse sind.
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Die Hubdistanz des Aktuators 100 ist als der Betrag eines linearen Hubs des ersten Abschnitts 128 bezüglich einer Referenz-/Nullposition definiert, bei der beispielsweise der erste Abschnitt 128 vollständig in den zweiten Abschnitt 132 zurückgezogen ist. Die Vertikalkomponente der Hubdistanz ist folglich die Differenz der relativen Höhe für die erste und zweite Sende- und Empfangseinrichtung 116 und 120, die an der Position von Interesse und an der Referenzposition ermittelt wird.
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Die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 116 und 120 können beliebige von den zuvor beschriebenen Sende- und Empfangseinrichtungstypen sein, und sie sind jeweils nachrichtentechnisch in zwei Richtungen mit dem Prozessor 60 gekoppelt. Während des Betriebs sendet der Prozessor 60 im Wesentlichen gleichzeitige Aufforderungssignale Sp1 und Sp2 an die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 116 bzw. 120, um Abfragesignale zu emittieren, die in Richtung des Bodens 55 ausgerichtet sind, und er zeichnet den Zeitpunkt der Aufforderung auf. Jede Sende- und Empfangseinrichtung emittiert im Wesentlichen gleichzeitig Abfragesignale und empfängt eine Reflexion der Abfragesignale, die von dieser Sende- und Empfangseinrichtung emittiert werden, von dem Boden 55. Die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung 116 und 120 senden jeweils Zeitpunktsignale td1 und td2 an den Prozessor 60, die den Detektionszeitpunkt jeder entsprechenden Sende- und Empfangseinrichtung angeben. Der Prozessor 60 ist mit den oben beschriebenen Algorithmen konfiguriert, um die relative Höhe oder die Vertikalkomponente der Distanz zwischen der ersten und der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung 116 und 120 zu ermitteln. Die Vertikalkomponente der Hubdistanz Dt1 kann zu einer Zeit t1 unter Verwendung von Algorithmen ermittelt werden, welche die nachstehende Gleichung (6) umfassen können: Dt1 = Ht1 – HR (6) wobei HR die relative Höhe ist, die an der Referenzposition ermittelt wird, und Ht1 die relative Höhe ist, die zu der Zeit t1 ermittelt wird. Das endgültige Ergebnis kann modifiziert werden, um das System bezüglich solcher Faktoren zu kalibrieren, die eine Verzögerung des Zeitpunktsignals und/oder eine Aktuatororientierung umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
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Der Prozessor
37 kann auch ausgebildet sein, um eine zusätzlich Information zu ermitteln, die sich auf die Vertikalkomponente der Absolutgeschwindigkeit und -beschleunigung einer einzelnen Aufhängungskomponente bezieht. Beispielsweise können die absoluten Höhen D
1 und D
2 der einzelnen Aufhängungskomponente, die für zwei verschiedene Zeiten t
1 und t
2 ermittelt werden, verwendet werden, um die mittlere Vertikalkomponente der Geschwindigkeit V
a dieser Komponente unter Verwendung eines Algorithmus zu ermitteln, der die nachstehende Gleichung (7) umfassen kann:
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Ferner kann die momentane Geschwindigkeit V
i1 einer einzelnen Komponente ebenso unter Verwendung eines Algorithmus ermittelt werden, der die nachstehende Gleichung (8) umfassen kann:
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Ferner können die momentanen Geschwindigkeiten V
i1 und V
i2, die für zwei verschiedene Zeiten t
1 und t
2 ermittelt werden, verwendet werden, um eine mittlere Vertikalkomponente der Beschleunigung A
a dieser Komponente zwischen t
1 und t
2 unter Verwendung eines Algorithmus zu ermitteln, der die nachstehende Gleichung (9) umfassen kann:
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Die momentane Beschleunigung A
i1 einer einzelnen Komponente zu der Zeit t
1 kann dann unter Verwendung eines Algorithmus ermittelt werden, der die nachstehende Gleichung (10) umfassen kann:
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Der Prozessor 37 ist auch ausgebildet, um die momentane Relativgeschwindigkeit und -beschleunigung zwischen Aufhängungskomponenten C1 und C2 basierend auf den Höhendaten zu ermitteln. Beispielsweise kann die momentane Relativgeschwindigkeit Vir für eine Zeit t1 ermittelt werden, indem die Differenz der momentanen Geschwindigkeiten ViC1 und ViC2 jeder Komponente zu der Zeit t1 unter Verwendung eines Algorithmus bestimmt wird, der die nachstehende Gleichung (11) umfassen kann: Vir = ViC2 – ViC1 (11)
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Die momentante Relativbeschleunigung Ari zwischen den Aufhängungskomponenten C1 und C2 kann ermittelt werden, indem die Differenz der momentanen Beschleunigungen AiC1 und AiC2 jeder Komponente unter Verwendung eines Algorithmus bestimmt wird, der die nachstehende Gleichung (12) umfassen kann: Ari = AiC2 – AiC1 (12)
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen schaffen ein Höhendetektionssystem für eine Fahrzeugaufhängung. Prozessorgesteuerte Sende- und Empfangseinrichtungen, die mit einer Aufhängungskomponente bzw. mit Aufhängungskomponenten gekoppelt sind, die überwacht werden soll bzw. sollen, emittieren elektromagnetische oder Ultraschall-Abfragesignale und empfangen diese Abfragesignale, die von dem Boden reflektiert werden. Ein Prozessor, der mit diesen Sende- und Empfangseinrichtungen gekoppelt ist, wandelt den Zeitpunkt der Emission und der Detektion in eine Zeitdifferenz um und ermittelt aus dieser eine entsprechende absolute Höhe. Dieses System kann auch verwendet werden, um die relative Höhe zwischen zwei Aufhängungskomponenten oder die vertikale Hubdistanz eines Aktuators für einen Zeitpunkt zu ermitteln, indem die Differenz der absoluten Höhen zwischen überwachten Punkten an jedem dieser Elemente ermittelt wird. Höhendaten, die über ein Zeitintervall gesammelt werden, können verwendet werden, um Vertikalkomponenten sowohl der Geschwindigkeit als auch der Beschleunigung für eine einzelne Aufhängungskomponente zu ermitteln, oder sie können mit ähnlichen Daten von einer zweiten Aufhängungskomponente kombiniert werden, um die relative Geschwindigkeit und -beschleunigung zwischen diesen zu ermitteln. Daten, die sich auf die absolute und relative Höhe, Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder auf die vertikale Hubdistanz einer Aufhängungskomponente beziehen, können an einen Controller übertragen werden, um eine Basis für spontane Einstellungen zu liefern, um die Fahrstabilität und das Bedienungsverhalten zu verbessern.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knotenpunkte oder Merkmale, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, und wenn es nicht auf andere Weise ausdrücklich dargelegt ist, bedeutet ”verbunden”, dass ein Element/Knotenpunkt/Merkmal in einem mechanischen, logischen, elektrischen oder anderen geeigneten Sinn mit einem anderen Element, Knotenpunkt oder anderen Merkmal direkt verbunden ist (oder mit diesem direkt kommuniziert). Auf ähnliche Weise, und wenn es nicht ausdrücklich auf andere Weise dargelegt ist, bedeutet ”gekoppelt”, dass ein Element/Knotenpunkt/Merkmal in einem mechanischen, logischen, elektrischen oder anderen geeigneten Sinn mit einem anderen Element/Knotenpunkt/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert). Der Ausdruck ”beispielhaft” wird in dem Sinn von ”Beispiel” anstatt ”Modell” verwendet. Obwohl die Figuren beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen können, können ferner zusätzliche dazwischentretende Elemente, Einrichtungen, Merkmale und Komponenten bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein.
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Während zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, sollte man einsehen, dass eine enorme Anzahl an Abwandlungen existiert. Man sollte auch einsehen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausbildung der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken. Die vorstehende ausführliche Beschreibung wird Fachleuten vielmehr einen bequemen Fahrplan liefern, um die beschriebene Ausführungsform oder die beschriebenen Ausführungsformen zu implementieren. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und der Anordnung von Elementen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung oder deren rechtlichen Äquivalenten abzuweichen.
