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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Halteelement, welches höhenfest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, einer Winkelmessvorrichtung, welche am Halteelement befestigt ist, und einem Verbindungselement, welches zwischen der Winkelmessvorrichtung und einem Radträger angeordnet ist, wobei das Verbindungselement drehbeweglich an der Winkelmessvorrichtung aufgenommen ist, und wobei mittels der Winkelmessvorrichtung zumindest ein Winkel zwischen dem Verbindungselement und dem Haltelement messbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges.
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STAND DER TECHNIK
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Die Fahrwerkshöhe kann sich im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeuges verändern, sei es durch unterschiedliches Beladen des Kraftfahrzeuges, Straßenunebenheiten oder dergleichen. Die Änderung der Fahrwerkshöhe beeinflusst unterschiedliche Einstellungen im Kraftfahrzeug, wie beispielsweise die Einstellung der Scheinwerfer, der Höhenregelung, der Stoßdämpfer und so weiter. Folglich ist es wichtig, die genaue Fahrwerkshöhe des Kraftfahrzeuges zu ermitteln, um diese Einstellungen richtig vorzunehmen. Vorrichtungen zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges sind grundsätzlich bekannt.
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Herkömmliche Vorrichtungen zur Messung von Fahrwerkshöhe, wie z. B. aus der
DE 10 2005 041 045 A1 oder
DE 39 19 040 A1 bekannt, umfassen grundsätzlich ein Hebelsystem, welches zwischen Fahrzeugaufbau und Radaufhängung eingeordnet wird. Dabei wird ein Halteelement für einen Winkelsensor höhenfest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Ein Sensorhebel wird drehbar am Winkelsensor befestigt, wobei der Sensorhebel über eine Reihe von Hebeln und Kugelgelenken mit der Radaufhängung verbunden wird. Der Winkelsensor kann dabei den Winkel zwischen dem Halteelement und dem Sensorhebel messen, dem ein Höhenwert zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrbahn über eine Reihe von Erfahrungswerten zugeordnet wird. Hierzu wird der Winkelsensor kalibriert und eine Reihe der Werte fest hinterlegt, die eine Zuordnung zwischen dem Winkel und der Fahrwerkshöhe erlauben. Dabei hat sich als Nachteil herausgestellt, dass das Hebelsystem und die Kugelgelenke Materialalterung unterliegen, wodurch die Zuordnung zwischen dem Winkel und der Fahrwerkshöhe mit der Zeit verfälscht wird. Der Winkelsensor muss daraufhin neu kalibriert werden oder das Hebelsystem muss erneuert werden. Außerdem besteht der Nachteil derartiger Vorrichtungen darin, dass das Hebelsystem und der Winkelsensor eine Messung in nur einer Ebene ermöglichen, jedoch keine räumliche Bewegung berücksichtigen, die ebenfalls zur Änderung der Messergebnisse führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, wobei die Vorrichtung einfach und robust ausgestaltet ist, kostengünstig herstellbar ist, und welche eine räumliche Bewegung des Fahrzeugaufbaus berücksichtigt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zwischen dem Fahrzeugaufbau, der ebenfalls als Fahrzeugkarosserie bezeichnet werden kann, und der Radaufhängung angeordnet. Hierzu wird die Vorrichtung von der Karosserieseite höhenfest mit dem Fahrzeug verbunden, wobei ein Halteelement für eine Winkelmessvorrichtung an einem Achsträger oder einem Hilfsrahmen eines Fahrgestells befestigt werden kann. Von der Radseite wird die Vorrichtung an einem höhenbeweglichen Achsteil, wie beispielsweise an einem Querlenker für das Rad oder an einem Radträger, befestigt. Dazwischen weist die Vorrichtung erfindungsgemäß, insbesondere ausschließlich, ein einziges Verbindungselement auf, das derart flexibel ausgestaltet ist, dass es trotz Änderung der Höhe des Kraftfahrzeuges die sichere Befestigung der Vorrichtung sowohl an der Karosserieseite als auch an der Radseite ermöglicht. Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das Verbindungselement aus einem elastischen Material ausgebildet ist, und dass mittels der Winkelmessvorrichtung eine Drehfrequenz des Verbindungselementes messbar ist, um anhand der Messung der Drehfrequenz des Verbindungselementes die Fahrwerkshöhe zu berechnen. Unter dem elastischen Material wird dabei ein Material verstanden, welches eine Verbiegung des Verbindungselementes zulassen kann, wobei danach das Verbindungselement wieder in seine ursprüngliche Gestalt zurückfinden kann. Vorteilhafterweise wird das elastische Verbindungselement im Fahrbetrieb zu Schwingungen angeregt, die von seiner momentanen Position und somit von der Fahrwerkshöhe abhängen. Die Winkelmessvorrichtung kann dann vorteilhafterweise diese Schwingungen erfassen und in Verbindung mit der Fahrwerkshöhe bringen. Die Winkelmessvorrichtung kann dabei zumindest einen Winkel zwischen dem Verbindungselement und dem Haltelement, insbesondere dynamisch, messen und anhand der Messung einen Wert der Fahrwerkshöhe zuordnen. Die Winkelmessvorrichtung kann dabei als ein Winkelsensor ausgeführt sein, der mit Schleifkontakten, photoelektrisch, magnetisch arbeiten kann oder Torsionskräfte messen kann.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement bringt dabei den Vorteil mit sich, dass auf ein kompliziertes, starres Hebelsystem mit mehreren Kugelgelenken verzichtet werden kann, das nicht nur kompliziert und teuer in der Herstellung ist, sondern auch aufwendig im Aufbau ist, und außerdem einer starken Materialalterung unterliegt. Im Gegensatz dazu ist das erfindungsgemäße Verbindungselement einfach und günstig herzustellen, es ist leicht im Aufbau, wobei durch das Verwenden eines elastischen Materials der Materialalterung der starren Hebel und der Kugelgelenke herkömmlicher Vorrichtungen entgegengewirkt werden kann. Das herkömmliche Hebelsystem musste außerdem in bekannten Vorrichtungen oft an die vorhandenen Bauelemente und den Raummangel, insbesondere bei tiefergelegten Kraftfahrzeugen, angepasst und extra ausgestaltet werden, wobei zum einen mehrere Hebel benötigt werden und zum anderen die Hebel gewunden ausgeführt werden mussten, um an anderen Bauteilen, wie Steuergetriebe und Fahrgestell, vorbeizuführen. Das erfindungsgemäße Verbindungselement aus einem elastischen Material ist dagegen einfach an bestehende Geometrien des Fahrzeugsaufbaus, des Fahrzeuggestells, des Steuergetriebes und der Radaufhängung ohne besondere zusätzliche Ausgestaltung des Verbindungselementes anpassbar. Das erfindungsgemäße Verbindungselement kann folglich in unterschiedlichen Fahrzeugen mit verschiedenen Geometrien flexibel Platz finden.
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Gemäß einem besonderen Vorteil der Erfindung kann das Verbindungselement in Form eines Flachkabels, Kabels, Drahtes oder Schlauches ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kann ein derartiges elastisches Verbindungselement im Fahrbetrieb zu Schwingungen angeregt werden, ähnlich wie beispielsweise ein Sprungseil. Gemäß der Erfindung ist es außerdem denkbar, dass das Verbindungselement im Querschnitt unterschiedliche Geometrien aufweisen kann, rund, flach, hohl und so weiter, und/oder im Aufbau mehrere Stränge umfassen kann oder als ein Geflecht ausgebildet sein kann, um besseren Schutz gegenüber mechanischen Beanspruchungen und Umwelteinflüssen zu erhalten. Durch die derartige erfindungsgemäße Ausbildung des Verbindungselementes können mehrere Vorteile erreicht werden, wie kostengünstige Herstellung, flexible Anpassung der Charakteristika, wie z. B. Zugfestigkeit, Biegeradius usw. an die Aufbaubedingungen sowie individuelle Anpassung der Charakteristika, wie z. B. Korrosion, Temperatur, Verkehrslasten usw. an die Umwelt- und Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges. Diese Vorteile lassen sich erfindungsgemäß durch einfache Maßnahmen wie Vergrößerung, Verkleinerung bzw. Ausgestaltung des Querschnittes des Verbindungselementes oder die geeignete Materialwahl verwirklichen.
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Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung kann das Verbindungselement einteilig und/oder monolithisch und/oder materialeinheitlich ausgebildet sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Herstellung des Verbindungselementes noch weiter vereinfacht und die Kosten minimiert werden können. Außerdem entfallen dadurch die sonst notwendigen komplizierten Schritte der Verbindung einzelner Hebel, wie in herkömmlichen Hebelsystemen, sowie die komplizierte Ausformung von gebogenen Hebeln, die an das Fahrzeuggetriebe und den Platzmangel unter dem Fahrzeugaufbau angepasst werden mussten. Die Anpassung an die Geometrie des Fahrwerks erfolgt erfindungsgemäß quasi von alleine, da das flexible, elastische Verbindungselement herum um das Fahrzeuggetriebe, Fahrgestell usw. leicht geführt werden kann, ohne das Verbindungselement extra aufteilen oder knicken zu müssen. Auch das Problem des Platzmangels wird somit vorteilhafterweise, ohne zusätzliche aufwendige Maßnahmen, alleine durch das vorgeschlagene Verbindungselement beseitigt.
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Erfindungsgemäß kann mittels der Winkelmessvorrichtung eine Drehfrequenz des Verbindungselementes gemessen werden. Somit kann die Winkelmessvorrichtung die Schwingungen des Verbindungselementes detektieren. Hierzu kann die Winkelmessvorrichtung eine Steuereinheit aufweisen. Der Vorteil der Drehfrequenz-Messung liegt dabei darin, dass die Winkelmessung somit dynamisch erfolgen kann. Über die Drehfrequenz-Messung werden vorteilhafterweise außerdem die Seiteneinwirkungen auf das Fahrzeuggestell berücksichtigt, da die Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen die Schwingungen des Verbindungselementes und somit die Drehfrequenz beeinflussen können. Somit kann eine genauere Abhängigkeitsstatistik zwischen der Bewegung des Verbindungselementes und der Fahrwerkshöhe bzw. -position hergeleitet werden, und die Einstellungen im Kraftfahrzeug, die von der Fahrwerkshöhe abhängen, können erheblich verbessert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Winkelmessvorrichtung eine Auswerteinheit aufweisen, die anhand der Messung der Drehfrequenz des Verbindungselementes die Fahrwerkshöhe berechnen kann. Die Auswerteinheit kann hierzu eine Abhängigkeitsstatistik zwischen der Bewegung des Verbindungselementes und der Fahrwerkshöhe aufnehmen und speichern. Anschließend kann die Auswerteinheit eine Kennlinie berechnen, die einer bestimmten Drehfrequenz des Verbindungselementes eine gewisse Fahrwerkshöhe zuordnet. Die Auswertung oder in anderen Worten - die Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung - kann dabei vorteilhafterweise dynamisch erfolgen.
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Gemäß der Erfindung kann das elastische Material ein Kunststoff, ein faserverstärkter Kunststoff, insbesondere ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, oder Metall, insbesondere Stahl, sein. Die Auswahl des geeigneten Materials ist dabei vorteilhafterweise flexibel und kann derart gewählt werden, um die Herstellungskosten zu minimieren, den Aufbaubedingungen und den Einsatzbedingungen zu entsprechen.
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Vorteilhafterweise kann das Verbindungselement verdreht zwischen der Winkelmessvorrichtung und einem Radträger angeordnet sein. Dies kann ermöglichen, die Zugfestigkeit, den Biegeradius und dergleichen an die Umgebungsgeometrien des Fahrgestells anzupassen.
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Des Weiteren kann das Verbindungselement der Länge nach unterschiedliche Dicken und/oder Breiten und/oder Durchmesser aufweisen. Mithin können ebenfalls unterschiedliche Charakteristika des Verbindungselementes, die aktuell erfordert werden, angepasst werden, wie die Zugfestigkeit und den Biegeradius ebenfalls wie die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und Temperaturschwankungen, um den Aufbaubedingungen und den besonderen Betriebsbedingungen zu entsprechen.
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Vorteilhafterweise kann das Verbindungselement in einer einfachen Weise, mittels eines Klemm-, Klips-, Rast- oder Schraubenelementes oder mittels Umschlingen, insbesondere lösbar an einer Achse der Winkelmessvorrichtung befestigt werden. Das Verbindungselement kann dabei in einem Schlitz an der Achse eingeklemmt werden, in einer Bohrung bzw. in einer Öffnung in der Achse durch einen Clip gesichert werden oder an der Achse der Winkelmessvorrichtung angeschraubt werden sowie ähnlich lösbar befestigt werden. Mithin kann ein lösbarer Anschluss bzw. eine lösbare Verbindung zwischen dem Verbindungselement in Form eines Flachkabels, Kabels, Drahtes oder Schlauches mit der Achse auf eine besonders einfache und günstige Weise geschaffen werden. Dadurch kann eine rein mechanische, insbesondere form- und/oder kraftschlüssige Fixierung des Verbindungselementes an der Achse der Winkelmessvorrichtung erfolgen, wobei im angeklemmten, angeklipsten oder verrasteten Zustand ein dauerhafter und dennoch sicherer Kontakt gewährleistet werden kann.
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Alternativ kann das Verbindungselement mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung an einer Achse der Winkelmessvorrichtung befestigt werden. Dadurch kann ebenfalls ein dauerhafter und sicherer Kontakt zu der Achse der Winkelmessvorrichtung hergestellt werden.
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Beiden oben genannten Befestigungsalternativen ist gemein, dass das Verbindungselement die Drehbewegung direkt auf die Achse der Winkelmessvorrichtung übertragen kann, ohne auf ein Hebelsystem ausweichen zu müssen. Damit kann vermieden werden, dass zwischen den unterschiedlichen Hebeln Materialabrieb entsteht und dass das Hebelsystem schnell altert. Dabei kann erfindungsgemäß das Verbindungselement an der Befestigungsstelle quasi die Achse der Winkelmessvorrichtung verlängern. Nachteilhafterweise und im Gegensatz dazu musste bei herkömmlichen Hebelsystemen die Änderung der Fahrwerkshöhe kompliziert über mehrere Verbindungsstellen und mehrere Hebel durch Übertragung des Drehmoments in die Drehbewegung der Achse übersetzt werden. Dagegen kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anbringung des Verbindungselementes direkt an der Achse der Winkelmessvorrichtung, die quasi als Verlängerung der Achse erfolgt, sichergestellt werden, dass das flexible, elastische Verbindungselement frei beweglich in alle Richtungen ist, wobei rotatorische, nicht jedoch translatorische Bewegungen gemeint sind. Das wiederum führt dazu, dass unterschiedliche Krafteinwirkungen auf das Fahrgestell, die die Schwingungen des Verbindungselementes beeinflussen können, durch die Winkelmessvorrichtung berücksichtigt werden, da die Drehung des Verbindungselementes unmittelbar in die Drehbewegung der Achse übergeht. Im Gegensatz dazu konnten die bekannten Winkelmessvorrichtungen in herkömmlichen Hebelsystemen die Drehbewegung nur in einer Ebene erfassen, die der Sensorhebel durch seine Rotation bestimmt hat.
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Erfindungsgemäß kann das Verbindungselement drehbeweglich oder fest am Radträger angeordnet sein. An dieser Stelle wird noch ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber den herkömmlichen Hebelsystemen sichtbar. In bekannten Hebelsystemen waren zwischen dem Fahrgestell und der Radaufhängung mehrere Hebel zwischengeschaltet, die über mehrere Kugelgelenke und andere Verbindungsstellen fix und/oder beweglich miteinander verbunden waren. Dieser komplizierte Aufbau bleibt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erspart, da das Verbindungselement als einziges Element zwischen dem Fahrgestell und der Radaufhängung angeordnet wird, wobei ein Ende des Verbindungselementes direkt an der Achse der Winkelmessvorrichtung und ein anderes Ende des Verbindungselementes direkt am Radträger befestigt werden kann. Die Elastizität des Verbindungselementes sorgt dabei dafür, dass das Verbindungselement flexibel geführt werden kann und somit in vorhandenen Geometrien ohne Probleme Platz finden kann.
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Dabei kann das Verbindungselement mittels eines Klemm-, Klips-, Rast- oder Schraubenelementes oder mittels Umschlingen, insbesondere lösbar am Radträger befestigt sein. Wenn die Drehung des Verbindungselementes durch Änderung der Höhe des Fahrwerkes angeregt wird, kann das eine Ende des Verbindungselementes mit der Achse der Winkelmessvorrichtung rotieren, wobei das andere Ende über die drehbeweglich ausgestaltete Verbindungsstelle zum Radträger die Drehbewegung ausklingen lassen kann.
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Alternativ kann aber ebenfalls vorgesehen sein, dass das Verbindungselement fest mit dem Radträger verbunden sein kann. Dann kann die Drehbewegung über die elastische Eigenschaften des Verbindungselementes abgeleitet werden. Hierzu kann das Verbindungselement beispielsweise mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung am Radträger befestigt sein.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges gelöst. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:
- - Messen einer Drehfrequenz eines Verbindungselementes, das zwischen einer Winkelmessvorrichtung und einem Radträger angeordnet ist, wobei das Verbindungselement drehbeweglich an der Winkelmessvorrichtung aufgenommen ist, und wobei die Winkelmessvorrichtung höhenfest über ein Halteelement mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, und
- - Berechnen der Fahrwerkshöhe anhand der Drehfrequenz.
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Der Vorteil der Drehfrequenz-Messung gegenüber der reinen Winkel-Messung in einem Hebelsystem liegt dabei darin, dass die Messung somit dynamisch erfolgen kann. Über die Drehfrequenz werden vorteilhafterweise unterschiedliche Einflüsse in die Messung eingebunden, wie die Seiteneinwirkungen auf das Fahrgestell. Dies war mit den herkömmlichen Hebelsystemen nicht möglich. Erfindungsgemäß wird der Effekt genutzt, dass die Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen, die auf das Fahrgestell wirken können, die Drehfrequenz beeinflussen können. Somit fließen diese Seitenbewegungen unmittelbar in die Messung ein. Als Folge wird eine genauere Abhängigkeitsstatistik zwischen der Bewegung des Verbindungselementes und der Fahrwerkshöhe hergeleitet, wobei die Einstellungen im Kraftfahrzeug, die von der Fahrwerkshöhe abhängen, präziser erfolgen können. Gemäß der Erfindung kann ein Algorithmus bereitgestellt werden, der die Schwingungen des Verbindungselementes in die Höhenwerte der Fahrzeughöhe umrechnet. Sollte das elastische Verbindungselement durch Biegung eine nichtlineare Höhenabhängigkeit verursachen, so kann der Algorithmus dies ebenfalls berücksichtigen. Dabei können die variierenden störenden Schwingungsfrequenzen dynamisch in Abhängigkeit vom gemessenen gemittelten Sensorwert und der bekannten Geometrie des Fahrgestells herausgefiltert werden.
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Erfindungsgemäß kann zum Berechnen der Fahrwerkshöhe eine Kennlinie der Fahrwerkshöhe zur Drehfrequenz des Verbindungselementes verwendet werden, die spezifisch für einen ausgewählten Radträger des Kraftfahrzeuges angelegt sein kann. Vorteilhafterweise kann die Winkelmessvorrichtung eine Auswerteinheit aufweisen, in der der Algorithmus zum Kalibrieren der Messvorrichtung gespeichert sein kann, wobei die Auswerteinheit anhand der Messung der Drehfrequenz des Verbindungselementes die Fahrwerkshöhe berechnen kann. Hierzu kann die Auswerteinheit die Kennlinie erstellen, die einer bestimmten Drehfrequenz des Verbindungselementes eine gewisse Fahrwerkshöhe zuordnet. Die Auswertung oder in anderen Worten - die Kalibrierung der Winkelmessvorrichtung kann dabei vorteilhafterweise dynamisch erfolgen oder aber gezielt durch einen Startbefehl eingeleitet werden.
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Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, wobei die Vorteile und Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden, auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten und jeweils umgekehrt.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen schematisch:
- 1 eine herkömmliche Vorrichtung zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges, und
- 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Fahrwerkshöhe eines Kraftfahrzeuges.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Messen der Fahrwerkshöhe H eines Kraftfahrzeuges, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei ein Hebelsystem, welches zwischen einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnet ist. Das Hebelsystem ist mit einem Halteelement 10 für einen Winkelsensor 20 ausgeführt, wobei das Halteelement 10 höhenfest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist und seine Höheposition zusammen mit dem Fahrwerk 100 ändern kann. Ferner umfasst das Hebelsystem einen Sensorhebel 31, welcher drehbar an dem Winkelsensor 20 befestigt ist. Der Sensorhebel 31 ist über ein erstes Kugelgelenk 34 mit einer Koppelstange 32 verbunden, die extra gebogen ausgebildet ist, um unterhalb des Fahrzeugaufbaus und vorbei am Fahrgetriebe Platz zu finden. Die Koppelstange 32 ist nochmals über ein zweites Kugelgelenk 35 mit einem Querlenker 33 verbunden und der Querlenker 33 über eine Schraube 36 mit dem Radträger. Wenn die Höhe H des Fahrzeuges sich ändert, verändert sich der Abstand zwischen dem Rad und der Karosserie. Dies führt zur Änderung des Abstandes zwischen dem Querlenker 33 und dem Halteelement 10. Die dazwischen liegenden Hebel 31, 32, 33 werden dabei so zueinander verstellt, um die Änderung der Höhe H zu kompensieren. Dabei verdreht sich der Sensorhebel 31 um die Achse 21 des Winkelsensors 20. Es existiert eine gewisse Abhängigkeit zwischen der Höhe H des Kraftfahrzeuges und dem Winkel a, um den der Sensorhebel 31 verdreht wird. Diese Abhängigkeit wird dazu genutzt, um vom Winkel α auf die zu ermittelnde Höhe H zu schließen. Der Winkelsensor 20 kann dabei den Winkel α zwischen dem Halteelement 10 und dem Sensorhebel 31 messen. Dem Winkel α wird anschließend ein Höhenwert zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrbahn über eine Reihe von Erfahrungswerten zugeordnet. Hierzu wird der Winkelsensor einmalig kalibriert, um eine Kennlinie zwischen dem Winkel und der Fahrwerkshöhe H zu erhalten.
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Der Nachteil des gezeigten Hebelsystems mit dem Sensorhebel 31 und der Koppelstange 32 sowie zwei Kugelgelenken 34, 35 liegt dabei darin, dass die Komponenten des Hebelsystems einer schnellen Materialalterung unterliegen, und dass die Kugelgelenke 34, 35 schnell ausschlagen oder verrasten können. Dadurch wird die Zuordnung zwischen dem Winkel α und der Fahrwerkshöhe H über die zuvor hinterlegte Kennlinie mit der Zeit verfälscht. Der Winkelsensor 20 muss als Folge neu kalibriert werden oder das Hebelsystem muss erneuert werden, um die Messergebnisse zu verbessern. Ein weiterer Nachteil der in der 1 gezeigten Vorrichtung 1 liegt darin, dass das Hebelsystem und der Winkelsensor 20 eine Messung in nur einer Ebene ermöglichen, hier in der Ebene, die der Sensorhebel 31 durch seine Drehbewegung abzeichnet. Die Berücksichtigung einer räumlichen Bewegung, die zwangsläufig bei seitlichen Krafteinwirkungen auf das Kraftfahrzeug entsteht, ist durch die bekannte Vorrichtung 1 nicht möglich. Des Weiteren ist es nachteilig, dass die Herstellung solcher Hebelsysteme nicht einfach ist, dass die Komponenten kompliziert sind und deren Aufbau aufwendig ist.
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Der Erfindung strebt deswegen an, mindestens einen Nachteil der Vorrichtung 1, die in der 1 dargestellt ist, zumindest zum Teil zu überwinden. Hierzu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung 1 zum Messen der Fahrwerkshöhe H eines Kraftfahrzeuges vor, die in der 2 dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 gemäß 2 wird dabei zwischen einem Fahrzeugaufbau 110, der ebenfalls als Fahrzeugkarosserie 110 bezeichnet werden kann, und einer Radaufhängung 130, hier in Form eines Querlenkers 130, angeordnet. Das Ziel der Erfindung ist außerdem, die Fahrwerkshöhe H möglichst genau zu ermitteln. Unter dem Fahrwerk 100 wird dabei die Gesamtheit aller Teile eines Kraftfahrzeugs zwischen dem Fahrzeugaufbau 110 und der Fahrbahn 2 verstanden: der Fahrzeugaufbau 110 selbst, ein Fahrgestell 120, wie beispielsweise ein Achsträger 120 oder ein Hilfsrahmen 120, bewegliche Achsteile 130, wie eine Radaufhängung 130 bzw. der Querlenker 130 oder ein Radträger 130, ein Achsschenkel 140 und ein Rad 150. Der Abstand des Fahrzeugaufbaus 110 zur Fahrbahn 2 wird dabei als Fahrwerkhöhe H bezeichnet. Unterhalb des Fahrzeugaufbaus 110 wird gemäß der Erfindung ein Halteelement 10 für eine Winkelmessvorrichtung 20 angeordnet. Das Halteelement 10 wird dabei am Fahrgestell 120 höhenfest befestigt, d. h. so, dass das Halteelement 10 zusammen mit dem Fahrzeugaufbau 110 in der vertikalen Richtung bewegt werden kann. An der Radseite wird die Vorrichtung 1 über ein elastisches Verbindungselement 30 mit der Radaufhängung 130 verbunden.
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Das Verbindungselement 30 ist gemäß der Erfindung als ein einziges Element zwischen der Winkelmessvorrichtung 20 und der Radaufhängung 130 vorgesehen. Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das Verbindungselement 30 derart flexibel ausgestaltet ist, dass das Verbindungselement 30 die Änderung der Fahrwerkshöhe H registrieren kann. Dabei kann das Verbindungselement 30 sich elastisch verformen. Insbesondere kann das Verbindungselement 30 in einem schmaleren Bogen zusammengedrückt werden oder in einem breiteren Bogen auseinander gezogen werden. Je tiefer das Fahrzeug gesenkt wird, desto flacher wird das Verbindungselement 30 zusammengedrückt. Im Fahrbetrieb kann das elastische Verbindungselement 30 anfangen zu schwingen. Dabei hängen die Schwingungen, insbesondere die Frequenz der Schwingungen, davon ab, je flacher das Verbindungselement 30 durch Absenken des Kraftfahrzeuges zusammengedrückt ist oder je straffer das Verbindungselement 30 durch Anheben des Kraftfahrzeuges gezogen wird. Im ersten Falle weisen die Schwingungen einen größeren Radius auf als im letzteren, so dass das zusammengedrückte Verbindungselement 30 langsamer rotieren kann als das straff gezogene Verbindungselement 30. Folglich hängt die Frequenz der Schwingungen des Verbindungselementes 30 unmittelbar von der Höhe des Fahrzeugs H ab. Die Winkelmessvorrichtung 20 kann dabei diese Schwingungen erfassen, die Frequenz messen und je nach der Frequenz der Schwingungen die Fahrwerkshöhe H bestimmen. Dabei kann die Messung dynamisch erfolgen. D. h., dass die Winkelmessvorrichtung 20 einen Winkel α zwischen dem Verbindungselement 30 und dem Haltelement 10 messen und die Messung mit der Zeit wiederholen kann. Der Winkel α in Abhängigkeit von der Zeit kann dann die Frequenz der Schwingungen ergeben. Die Winkelmessvorrichtung 20 kann erfindungsgemäß einen Winkelsensor umfassen, der mit Schleifkontakten, photoelektrisch, oder magnetisch arbeiten kann oder Torsionskräfte messen kann. Zudem kann die Winkelmessvorrichtung 20 eine Steuereinheit umfassen, die die Messung der Frequenz überwacht und die gemessenen Daten zeitlich aufgelöst speichert. Außerdem kann die Winkelmessvorrichtung 20 eine Auswerteinheit aufweisen, die anhand der Messung der Drehfrequenz des Verbindungselementes die Fahrwerkshöhe H, beispielsweise über eine zuvor hinterlegte Kennlinie, ermittelt. Die Auswerteinheit und die Steuereinheit können dazu dienen, die Winkelmessvorrichtung 20 dynamisch im laufenden Betrieb oder auf Befehl zu kalibrieren. In der Steuereinheit kann ein Algorithmus gespeichert sein, der dazu dienen kann nicht lineare Einflüsse auf die Kennlinie herauszufiltern, die beispielsweise durch die Biegung des Verbindungselementes 30 entstehen können.
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Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungselementes ist dabei durch Vergleich der 1 und 2 ersichtlich, der dabei liegt, dass auf ein kompliziertes, starres Hebelsystem, wie es in der 1 gezeigt ist, verzichtet werden kann. Außerdem kann auf die Verwendung von Kugelgelenken 34, 35 verzichtet werden. Das Verbindungselement 30 gemäß der 2 ist im Gegensatz zum Hebelsystem der 1 einfach und günstig in der Herstellung, es ist leicht aufzubauen und es kann flexibel in vorhandenen Kraftfahrzeugen Platz finden.
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Wie in der 2 beispielhaft dargestellt ist, kann das Verbindungselement 30 in Form eines Kabels 30 ausgeführt sein. Alternativ ist es denkbar, dass das Verbindungselement 30 in Form eines Flachkabels, Drahtes oder Schlauches ausgebildet sein kann. Das Kabel 30 kann dabei ähnlich wie ein Sprungseil zu Schwingungen angeregt werden. Gemäß der Erfindung ist es dabei denkbar, dass das Verbindungselement im Querschnitt unterschiedliche Geometrien aufweisen kann, ebenso wie das Verbindungselement 30 aus zusammengeklebten, gewebten und geflochtenen Fasern ausgebildet sein kann. Je nach Ausgestaltung des Verbindungselementes 30 kann ein geeigneterer Schutz gegenüber mechanischen Beanspruchungen und spezifischen Umwelteinflüssen gewährleistet werden. Dadurch können unterschiedliche Charakteristika des Verbindungselementes 30 beeinflusst werden, wie z. B. die Zugfestigkeit, der Biegeradius usw., womit das Verbindungselement 30 an die geforderten Aufbaubedingungen sowie die gegebenen Umwelt- und Betriebsbedingungen angepasst werden kann.
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Gemäß der 2 ist das Verbindungselement einteilig aus einem Material ausgebildet. Dadurch können ebenfalls die Herstellungskosten des Verbindungselementes 30 minimiert werden. Das hierzu verwendete Material kann ein Kunststoff, ein faserverstärkter Kunststoff, insbesondere ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, oder Metall, insbesondere Stahl, sein. Denkbar ist außerdem, dass das Verbindungselement 30 verdreht zwischen der Winkelmessvorrichtung 20 und der Radaufhängung 130 angeordnet sein und/oder der Länge nach unterschiedliche Dicken und/oder Breiten und/oder Durchmesser aufweisen kann. Dadurch können die Charakteristika des Verbindungselementes 30, wie die Zugfestigkeit, den Biegeradius oder dergleichen ebenfalls variiert werden.
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Erfindungsgemäß kann das Verbindungselement 30 mittels eines Klemm-, Klips-, Rast- oder Schraubenelementes oder mittels Umschlingen, insbesondere lösbar an einer Achse 21 der Winkelmessvorrichtung 20 befestigt werden. Alternativ kann das Verbindungselement 30 mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung, insbesondere dauerhaft an einer Achse 21 der Winkelmessvorrichtung 20 befestigt werden. Wichtig ist dabei, dass das Verbindungselement 30 als Verlängerung der Achse 21 der Winkelmessvorrichtung 20 angeordnet werden kann, um die Drehbewegung direkt auf die Achse 21 der Winkelmessvorrichtung 20 zu übertragen. Folglich kann sichergestellt werden, dass das Verbindungselement 30 rotatorisch frei beweglich ist, wobei die Drehbewegung des Verbindungselementes 30 durch unterschiedliche Krafteinwirkungen, die auf das Fahrwerk 100 wirken können, beeinflusst werden kann. Dadurch kann die Messung in der Winkelmessvorrichtung 20 quasi drei dimensional erfolgen, was die Messergebnisse genauer darstellen lassen kann. Vom der Fahrbahn 2 zugewandten Ende des Verbindungselementes 30 kann das Verbindungselement 30 ebenfalls drehbeweglich angeordnet werden, beispielhaft mittels eines Klemm-, Klips-, Rast- oder Schraubenelementes oder mittels Umschlingen, wobei insbesondere die Befestigung lösbar erfolgen kann. Dann kann das obere Ende des Verbindungselementes 30 mit der Achse 21 der Winkelmessvorrichtung 20 rotieren, wobei das untere Ende des Verbindungselementes 30 über die drehbeweglich ausgestaltete Verbindungsstelle zur Radaufhängung 130 die Drehbewegung ausklingen lassen kann. Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass das Verbindungselement 30 fest mit der Radaufhängung 130 verbunden sein kann. Dann kann die Drehbewegung über die elastischen Eigenschaften des Verbindungselementes 30 abgeleitet werden. Dabei kann das Verbindungselement beispielsweise mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung an der Radaufhängung 130 befestigt sein.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Fahrbahn
- 10
- Halteelement
- 20
- Winkelmessvorrichtung
- 21
- Achse der Winkelmessvorrichtung
- 30
- Verbindungselement
- 31
- Sensorhebel
- 32
- Koppelstange
- 33
- Querlenker
- 34
- erstes Kugelgelenk
- 35
- zweites Kugelgelenk
- 36
- Schraube
- 100
- Fahrwerk
- 110
- Fahrzeugaufbau
- 120
- Hilfsrahmen
- 130
- Radaufhängung/Querlenker/Radträger
- 140
- Achsschenkel
- 150
- Rad
- 160
- Federbein
- 161
- Stoßdämpfer
- 162
- Feder
- α
- Winkel zwischen dem Verbindungselement 30 und dem Haltelement 10
- H
- Fahrwerkshöhe
