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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfereinheit eines semiaktiven Dämpfungsmittels eines Federungssystems eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In Fahrzeugen eingesetzte Federungssysteme dienen primär der Entkopplung des Fahrzeugaufbaus von dem zu befahrenden Untergrund. Typischerweise werden hierzu Dämpfungsmittel in Form von Stoßdämpfern verwendet. Diese weisen gewöhnlich ein mit einem Medium wie Öl und/oder Gas gefülltes Zylinderrohr auf, wobei das Medium mit Druck beaufschlagt sein kann. Weiterhin ist eine Kolbenstange vorgesehen, welche begrenzt linear verschieblich in dem Zylinderrohr gelagert ist. Neben herkömmlich verbauten passiven Dämpfungsmitteln haben sich bereits aktive Dämpfungsmittel etabliert. Aktive Dämpfungsmittel bieten den Vorteil, dass deren Charakteristik und somit die Abstimmung des Dämpfverhaltens auch noch während des Betriebes veränderbar ist. Dagegen erfordern rein passive Dämpfungsmittel bereits beim Einbau eine Festlegung auf deren jeweilige Abstimmung, welche einen Kompromiss zwischen den typischerweise an sie gerichteten Anforderungen hinsichtlich Fahrzeugstabilität, -sicherheit und -komfort verlangt.
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Aktive Dämpfungsmittel können im Wesentlichen in semiaktive und vollaktive Ausgestaltungen unterschieden werden. Während semiaktive Dämpfungsmittel gewöhnlich mit einem Federwegbegrenzer zu einer Dämpfereinheit komplettiert und beispielsweise mit einer Fahrzeugfeder kombiniert werden, stellen vollaktive Dämpfungsmittel lediglich einen Aktor zur Verfügung. Dieser Aktor allein ist in der Lage, die zum Tragen und Dämpfen der in Bewegung befindlichen Masse des Fahrzeugaufbaus erforderlichen Stellkräfte zu liefern. Hierzu ist eine mitunter aufwendige stabilitätssichernde Regelung der einzelnen Aktoren erforderlich. Im Vergleich zu semiaktiven Dämpfungsmitteln benötigen die für eine vollaktive Ausgestaltung erforderlichen Aktoren allerdings eine hohe Stellenergie, um die notwendigen Stellkräfte zwischen Fahrzeugaufbau oder Rahmen und beispielsweise einem Rad des Fahrzeuges in beiden Richtungen (Ein-/Ausfedern) zu erzeugen.
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Demgegenüber sind mit Fahrwerksfedern kombinierte semiaktive Dämpfungsmittel in der Lage, den Fahrzeugaufbau aufgrund der Federbelastung ohne Energieverbrauch zu tragen. Dabei können die Fahrwerksfedern beispielsweise als Blattfedern oder als Schraubenfedern ausgebildet sein. Letztere können zudem parallel versetzt oder zumindest teilweise um das Dämpfungsmittel herum angeordnet sein. In dieser Anordnung ermöglichen ein semiaktives Dämpfungsmittel und eine Fahrwerksfeder umfassende Dämpfereinheiten allein bauartbedingt den Aufbau eines bereits in sich stabilen Federungssystems, welches eine der jeweiligen Bewegungsrichtung stets entgegengesetzte stabilisierende Kraftentfaltung beinhaltet.
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Auch wenn es sich bei Federungssystemen mit aktiven Dämpfungsmitteln um eine durchaus ausgereifte und populäre Technologie handelt, gehen die Bestrebungen weiterer Entwicklungen der Absicht nach, variable Federungssysteme insgesamt effizienter und bezahlbarer zu gestalten. Hierfür eignen sich insbesondere semiaktive Dämpfungsmittel zum Aufbau von semiaktiven Federungssystemen, mit welchen sich gegenüber vollaktiven Ausgestaltungen entsprechende Kostenvorteile erzielen lassen. Insofern bilden mit semiaktiven Dämpfungsmitteln aufgebaute variable Federungssysteme eine der günstigen Schlüsseltechnologien, um den Fahrkomfort sowie die -sicherheit insbesondere von Personenfahrzeugen zu verbessern.
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Um die Charakteristik des semiaktiven Dämpfungsmittels im eingebauten Zustand an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen, sind bereits diverse Vorschläge aus dem Stand der Technik bekannt:
So offenbaren beispielsweise die
US 5,088,760 A und die
DE 40 21 909 A1 jeweils eine Regelung für ein variables Federungssystem eines Fahrzeugs. Ziel ist die Einstellung einer jeweils passenden Dämpfungscharakteristik der semiaktiven Dämpfungsmittel von "weich" auf "hart". Hierzu wird die Anordnung eines ersten Messmittels zur Erfassung der relativen Geschwindigkeit zwischen dem ein- und ausfedernden Fahrzeugrad als ungefederte Masse und der entsprechend gefederten Masse in Form des Fahrzeugaufbaus vorgeschlagen. Ein weiteres zweites Messmittel dient der Erfassung der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus, wobei ein drittes Mittel die von den Messmitteln erzeugten Signale verarbeitet. Im Ergebnis wird ein ansteuerndes Signal erzeugt, mit welchem ein die Dämpfungscharakteristik des semiaktiven Dämpfungsmittels veränderndes Stellmittel angesteuert wird. Die das Dämpfungsmittel und eine Fahrwerksfeder umfassende Dämpfereinheit weist einen oberen Federteller auf, gegen welchen die Fahrwerksfeder verspannt ist. Oberhalb des Federtellers ist ein weiterer Sensor innerhalb eines Elastikkörpers angeordnet, welcher der Messung der Gewichtsbelastung des Fahrzeugs dient. Über besagten Elastikkörper ist die Dämpfereinheit gegen den Fahrzeugaufbau abgestützt.
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Ein ähnlicher Aufbau ist aus der
US 5,390,121 A bekannt, welche ebenfalls auf ein variables Federungssystem für ein Fahrzeug mit semiaktiven Dämpfungsmitteln gerichtet ist. Das jeweilige Dämpfungsmittel umfasst ein verstellbares Ventil, um die Dämpfungscharakteristik zwischen einer "An-" und einer "Aus-"Position umzustellen. Auch hier wird die Anordnung mehrerer Sensoren vorgeschlagen, welche beispielsweise die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus und die relative Geschwindigkeit zwischen dem ein- und ausfedernden Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau erfassen.
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Aus der
US 2004/0254701 A geht eine Regelung für ein variables Federungssystem für ein Fahrzeug mit semiaktiven Dämpfungsmitteln hervor. Auch dieser liegt die Erfassung und Auswertung mehrerer Signale wie etwa der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus sowie die relative Geschwindigkeit zwischen dem ein- und ausfedernden Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau zugrunde.
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Die
US 7,672,766 B2 schlägt für eine Vorrichtung zur Regelung eines variablen Federungssystems mit semiaktiven Dämpfungsmitteln ebenfalls mehrere Messmittel vor. Neben der Anordnung von Messmitteln für die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus sowie die relative Geschwindigkeit zwischen dem ein- und ausfedernden Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau sieht diese ein weiteres Messmittel vor, um die Belastung auf dem Fahrzeug zu erfassen.
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Der
US 6,847,874 B2 ist ein Verfahren zur Regelung und Steuerung semiaktiver Dämpfungsmittel eines Dämpfersystems für Fahrzeuge zu entnehmen. Dieses sieht die Regelung der Dämpfungscharakteristik in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit des Dämpfungsmittels über Abstandssensoren vor. Hierzu erfolgt eine Differenzbildung der so erfassten Signale über eine festgelegte Zeitdifferenz.
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Weiterhin zeigt die
US 5,467,280 A eine variabel einstellbare Dämpfereinheit, welche zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Fahrzeugrad anordenbar ist. Die Dämpfereinheit umfasst ein semiaktives Dämpfungsmittel sowie wenigstens einen Sensor zur Ermittlung einer absoluten Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus als gefederte Masse. In Abhängigkeit der so erfassten Vertikalgeschwindigkeit kann dann die Dämpfungscharakteristik des Dämpfungsmittels über eine Steuereinheit verändert werden.
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Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Ausgestaltungen variabel veränderbarer semiaktiver Dämpfungsmittel beinhalten eine mitunter aufwendige Regelung, welche entsprechend viele und aufwendige Messmittel sowie zur Verarbeitung der durch die Messmittel erzeugten Signale geeigneter Verarbeitungsmittel bedürfen. Insgesamt verlangen die bislang bekannten Lösungen zur variablen Einstellung derartiger Dämpfungsmittel daher eine Vielzahl zusätzlicher Bauteile sowie einer mitunter aufwendigen Steuerung. Vor diesem Hintergrund bieten semiaktive Dämpfungsmittel hinsichtlich des mitunter komplexen Aufbaus der benötigten Peripherie daher durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ein semiaktives Dämpfungsmittel mit einem Federwegbegrenzer umfassende Dämpfereinheit dahingehend weiterzuentwickeln, dass die der Ansteuerung des semiaktiven Dämpfungsmittels zugrundeliegenden Ereignisse auf einfache und kostengünstige Weise erfassbar und/oder messbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Dämpfereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Hiernach wird eine Dämpfereinheit aufgezeigt, welche sich zur Verwendung für ein variables Federungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eignet. Die erfindungsgemäße Dämpfereinheit für ein Federungssystem eines Fahrzeugs weist ein semiaktives Dämpfungsmittel sowie einen Federwegbegrenzer mit einem zumindest teilweise elastisch ausgebildeten Basiskörper auf, wobei das Dämpfungsmittel ein Zylinderrohr und eine in dem Zylinderrohr linear verschieblich gelagerte Kolbenstange besitzt, welche zumindest bereichsweise von dem Federwegbegrenzer umgriffen ist. Die Dämpfereinheit gemäß der Erfindung umfasst also ein semiaktives Dämpfungsmittel, welches in vorteilhafter Weise als typischer Stoßdämpfer ausgebildet sein kann. Hierzu kann das Dämpfungsmittel bevorzugt ein beispielsweise mit einem Medium gefülltes Zylinderrohr besitzen, in welchem eine Kolbenstange linear verschieblich gelagert ist. Gemäß der Erfindung weist der Basiskörper wenigstens eine Sensoreinheit auf, wobei die Sensoreinheit dazu ausgebildet ist, eine Stauchung des Basiskörpers in seine Längsrichtung zu überwachen.
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Das semiaktive Dämpfungsmittel wird also dadurch charakterisiert, dass es eine Veränderung, insbesondere eine Umschaltung in seiner Abstimmung ermöglicht. So kann das semiaktive Dämpfungsmittel besonders bevorzugt wenigstens zwischen einer "weichen" und einer demgegenüber "harten" Abstimmung umschaltbar sein. Eine weiche Abstimmung meint hierbei, dass die beim Eintauchen der Kolbenstange in das Zylinderrohr erfolgende Dämpfung (Druckstufe) eher komfortabel ausgelegt sein kann und/oder einen entsprechend langen Federweg ermöglicht. Demgegenüber meint eine harte Abstimmung, dass die beim Eintauchen der Kolbenstange in das Zylinderrohr erfolgende Dämpfung (Druckstufe) eher sportlich ausgelegt sein kann und/oder einen entsprechend kurzen Federweg ermöglicht.
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Eine harte Abstimmung ist beispielsweise in solchen Fahrsituationen von Vorteil, in denen der mögliche Federweg beispielsweise durch starke Seitenneigung (Kurvenfahrt) und/oder beim Befahren eines unebenen Untergrundes zu einem Großteil in Anspruch genommen wird. Aufgrund einer dann möglichen Umschaltung hin zu einer eher harten Abstimmung wird einem möglichen Durchschlagen des Dämpfungsmittels wirksam entgegengewirkt. Zudem kann auf diese Weise einer zu starken Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus beispielsweise in Kurven begegnet werden. Selbstverständlich kann auch die Charakteristik des semiaktiven Dämpfungsmittels bei dessen Ausfedern (Zugstufe) durch die Umschaltung der Abstimmung entsprechend verändert sein.
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Die erfindungsgemäße Dämpfereinheit umfasst ferner mindestens einen Federwegbegrenzer, welcher einen zumindest teilweise elastisch ausgebildeten Basiskörper besitzt. Besonders bevorzugt kann der Federwegbegrenzer so angeordnet sein, dass dieser die Kolbenstange des Dämpfungsmittels zumindest bereichsweise umgreift. In dieser Anordnung bildet der Federwegbegrenzer eine Art Puffer zwischen einer das freie Ende der Kolbenstange aufnehmenden Lagerung und beispielsweise einer dieser Lagerung zugewandten Stirnseite des Zylinderrohres. Bei der Lagerung kann es sich beispielsweise um einen Bereich eines Aufbaus und/oder einen Rahmen bzw. Hilfsrahmen des Fahrzeugs handeln.
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Besonders bevorzugt kann die Dämpfereinheit zumindest im an einem Fahrzeug verbauten Zustand auch mit einer Fahrwerksfeder kombiniert sein, welche entweder parallel zu der Dämpfereinheit oder – beispielsweise in Form einer Schraubenfeder – zumindest teilweise um das Dämpfungsmittel der Dämpfereinheit herum angeordnet sein kann.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Basiskörper wenigstens ein Messmittel beispielsweise in Form einer Sensoreinheit aufweist. Die Sensoreinheit kann beispielsweise in oder an dem Basiskörper des Federwegbegrenzers angeordnet sein. In jedem Fall ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, eine insbesondere beim Einfedern des Dämpfungsmittels mögliche Stauchung des Basiskörpers in seine Längsrichtung zu überwachen. Überwachen meint im Sinne der Erfindung, dass die Sensoreinheit eine potentielle Stauchung des Federwegbegrenzers erfassen und ein entsprechendes Signal generieren soll, wobei dieses neben der reinen Meldung einer Stauchung auch einen Wert über die Stärke und/oder Geschwindigkeit der Stauchung beinhalten kann.
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Dabei weist das semiaktive Dämpfungsmittel der erfindungsgemäßen Dämpfereinheit eine zumindest zweistufige Abstimmbarkeit auf. Mit anderen Worten kann das Dämpfungsmittel dann zwischen wenigstens zwei Zuständen hinsichtlich seiner Abstimmung umgeschaltet werden. In der Praxis kann dies beispielsweise durch die Manipulation wenigstens eines die Durchflussmenge eines in dem Dämpfungsmittel angeordneten Mediums wie etwa Öl und/oder Gas regelnden Ventils erfolgen. Besonders bevorzugt kann das semiaktive Dämpfungsmittel zwischen einer weichen Abstimmung und einer demgegenüber harten Abstimmung reversibel umgeschaltet werden. Hierdurch kann in Abhängigkeit der überwachten Stauchung des Federwegbegrenzers – und aufgrund der daraus gezogenen Rückschlüsse in Bezug auf eine hierzu angepasste Einstellung – zwischen einer komfortablen oder demgegenüber sportlichen Abstimmung des Dämpfungsmittels umgeschaltet werden. Auf diese Weise kann eine Begrenzung des möglichen Federwegs erfolgen, indem das semiaktive Dämpfungsmittel beispielsweise in die harte (sportliche) Abstimmung umgeschaltet wird.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass die Grundeinstellung des semiaktiven Dämpfungsmittels dessen weiche (komfortable) Abstimmung beinhaltet. Hierdurch wird ein hoher Fahrkomfort für den oder die jeweiligen Insassen des Fahrzeugs erreicht. Damit erfolgt eine Umschaltung in die harte (sportliche) Abstimmung nur in entsprechenden Fahrsituationen, welche in dieser Einstellung beispielsweise ein einfacheres und/oder sichereres Handling des Fahrzeugs zulässt. Anschließend kann das semiaktive Dämpfungsmittel nach einer bestimmten Zeit und/oder einer bestimmten Wegstrecke und/oder einer Veränderung der erfassten Amplituden wieder in seine Grundeinstellung und damit zurück in seine demgegenüber weiche Abstimmung umgeschaltet werden.
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Weiterhin umfasst die Sensoreinheit nicht nur einen einzelnen, sondern wenigstens zwei oder gar mehrere einzelne Sensoren. In vorteilhafter Weise sind die einzelnen Sensoren dabei so in oder an dem Basiskörper des Federwegbegrenzers angeordnet, dass diese eine Art Stapel bilden. Mit anderen Worten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die einzelnen Sensoren in Bezug auf die Längsrichtung des Basiskörpers jeweils hintereinander angeordnet sind. Selbstverständlich können die dabei hintereinanderliegenden Sensoren auch einer gegenüber der Längsrichtung geneigten Strecke folgen. Hier kommt es vielmehr darauf an, dass die einzelnen Sensoren nicht gemeinsam in einer einzelnen quer zur Längsrichtung verlaufenden Ebene angeordnet sind, sondern in voneinander unterschiedlichen Ebenen.
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Auf diese Weise macht die Erfindung sich die bereits zuvor näher erläuterten Erkenntnisse zunutze, dass so die einzelnen Sensoren quasi nacheinander eine zunehmende Stauchung des Basiskörpers erfassen. Da die Stauchung für gewöhnlich am freien Ende des Federwegbegrenzers beginnt, werden erst mit deren Zunahme die vom freien Ende weiter weg gelegenen Sensoren angesprochen. Hiernach würde lediglich ein Erkennen einer Stauchung durch die einzelnen Sensoren benötigt, da die Stärke der Stauchung sich durch die Anzahl der die Stauchung erkannten Sensoren abgeleitet werden kann. Auch kann so die Geschwindigkeit der Stauchung ermittelt werden, indem die Zeit zwischen dem Erkennen der hintereinander angeordneten Sensoren erfasst wird. Denn je schneller die aufeinanderfolgenden Sensoren eine Stauchung melden, umso höher muss die Geschwindigkeit der zugrundeliegenden Stauchung sein und umgekehrt.
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Auf diese Weise ist ein überaus einfacher Aufbau mit entsprechend kostengünstigen Sensoren möglich, welcher lediglich der Erkennung einer Stauchung aber nicht zwingend selbst der Erfassung der Stärke und/oder der Geschwindigkeit der Stauchung dienen muss. Es liegt aber auch im Sinne der Erfindung, wenn lediglich ein einzelner Sensor im Vorfeld an einer bestimmten Position in Längsrichtung gesehen angeordnet ist, wobei die gewählte Position der gewünschten Einstellstrategie entspricht.
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Dank der zuvor vorgestellten erfindungsgemäßen Dämpfereinheit ist es nun möglich, die Vorteile eines variablen Federungssystems mit Hilfe wenigstens eines semiaktiven Dämpfungsmittels kostengünstig und mit einem hohen Maß an Flexibilität zu realisieren.
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Hiernach ist es nun möglich, die in verschiedenen Fahrsituationen eintretende zumindest teilweise Stauchung des Federwegbegrenzers heranzuziehen, um auf dieser Basis eine mögliche Umschaltung des semiaktiven Dämpfungsmittels in seiner Abstimmung vorzunehmen. Je nach Länge des Federwegbegrenzers in Bezug auf den zur Verfügung stehenden Federweg kann gewählt werden, ob ein bereits bei kleinen Amplituden des Dämpfungsmittels eintretender Kontakt des Federwegbegrenzers mit ihn stauchenden Bereichen ein entsprechendes Signal auslösen soll.
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So führt beispielsweise ein gegenüber dem möglichen Federweg kurzer Federwegbegrenzer dazu, dass dessen Stauchung lediglich in Extremsituationen erfolgt, bei denen die Kolbenstange beispielsweise aufgrund einer ausgeprägten Bodenwelle und/oder einer starken Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus tief in das zugehörige Zylinderrohr des Dämpfungsmittels eintaucht. Eine entsprechend lange Ausgestaltung des Federwegbegrenzers führt naturgemäß dazu, dass bereits kleine Bewegungen in Richtung Einfedern des Dämpfungsmittels zu einem den Basiskörper des Federwegbegrenzers zumindest teilweise stauchenden Ereignis führen. Auf diese Weise kann eine Umschaltung in der Abstimmung des semiaktiven Dämpfungsmittels bereits bei kleinen Amplituden erzwungen werden.
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Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in einem überaus kompakten sowie einfachen und damit kostengünstigen Aufbau für eine derartige Dämpfereinheit, welche mit einem Minimum an Bauteilen insbesondere für die notwendige Ansteuerung des semiaktiven Dämpfungsmittels auskommt. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich der Abstimmung bzw. der Regelstrategie des damit aufbaubaren Federungssystems. So kann unter Beibehaltung des semiaktiven Dämpfungsmittels eine entsprechende Änderung vorgenommen werden, indem lediglich der die Sensoreinheit aufweisende Federwegbegrenzer ausgetauscht wird.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Federwegbegrenzer, welcher sich zur Kombination mit einem semiaktiven Dämpfungsmittel zu einer Dämpfereinheit eignet. Besonders bevorzugt kann es sich bei der so geschaffenen Dämpfereinheit um die zuvor aufgezeigte erfindungsgemäße Dämpfereinheit für ein variables Federungssystem eines Fahrzeugs handeln.
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Zielführend ist, dass die Sensoreinheit bevorzugt in oder an einem freien Endabschnitt des Basiskörpers angeordnet sein kann. Bei dem Endabschnitt sollte es sich dabei um jenen Endabschnitt des Basiskörpers handeln, welcher beim Einfedern des Dämpfungsmittels und damit ab einer vorbestimmten Eintauchtiefe der Kolbenstange in das Zylinderrohr mit dem Zylinderrohr in Kontakt treten kann. Dabei kann der Kontakt beispielsweise zwischen einer dem Federwegbegrenzer zugewandten Stirnseite des Zylinderrohrs und dem Endabschnitt des Basiskörpers erfolgen.
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Dank dieser Ausführung kann eine potentielle Stauchung des Federwegbegrenzers bereits zu Beginn erkannt und ein entsprechendes Signal ausgelöst werden. Denn je weiter sich die Lage der Sensoreinheit von dem Endabschnitt des Basiskörpers weg befindet, umso später kann die Sensoreinheit auf eine Stauchung des Federwegbegrenzers reagieren. Dies liegt im Wesentlichen in der elastischen Ausgestaltung des Basiskörpers begründet. So kann der zwischen der Sensoreinheit und dem freien Ende des Endabschnitts liegende Teil des Basiskörpers bereits einer Stauchung unterliegen, ohne dass diese sich bis zu der Sensoreinheit hin quasi fortgepflanzt hat.
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Selbstverständlich kann diese Erkenntnis auch dazu genutzt werden, die Ansprechgeschwindigkeit der Sensoreinheit auf diese Weise festzulegen. Mit anderen Worten kann eine weit von dem freien Ende des Endabschnitts liegende Anordnung der Sensoreinheit genutzt werden, um lediglich starke Stauchungen des Federwegbegrenzers zu erfassen, welche sich bereits in einen Großteil seines Basiskörpers hinein erstrecken.
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Weiterhin wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Basiskörper eine gegenüber seiner Längsrichtung geneigte äußere Mantelfläche aufweist. Hierdurch kann der Basiskörper von außen im Wesentlichen die Form eines Kegels bzw. eines Kegelstumpfes besitzen. Gleichwohl ist diese Ausgestaltung auf eine glatte äußere Oberfläche des Basiskörpers beschränkt. So kann sich die auch als konisch zu bezeichnende äußere Form beispielsweise durch unterschiedliche Strukturen wie etwa vor- und/oder zurückspringende Segmente zusammensetzen, welche also stufenartig in ihrer Gesamtheit die beschriebene äußere Formgestalt bewirken.
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Weiter sieht die Erfindung vor, dass der Basiskörper eine im eingebauten Zustand beispielsweise der Kolbenstange zugewandte innere Mantelfläche aufweist, welche im Gegensatz zur äußeren Mantelfläche zielführend parallel zur Längsrichtung des Basiskörpers verläuft. Dies ist insofern vorteilhaft, da sich hieraus eine überaus präzise Führung des Federwegbegrenzers an der Kolbenstange des Dämpfungsmittels ergibt. Insbesondere bei einer Stauchung des Federwegbegrenzers erfolgt diese dann weitestgehend ohne ein mögliches Ausknicken aus der Längsrichtung des Basiskörpers heraus.
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Aufgrund des wie vor beschriebenen Verlaufs der inneren und äußeren Mantelfläche des Basiskörpers stellt sich naturgemäß eine sich über die Längsrichtung des Basiskörpers hinweg verändernde Dicke seiner Wandung ein. Hieraus ist es nun möglich, ein überaus vorteilhaftes progressives Kompressionsverhalten des Basiskörpers zu erhalten. Mit anderen Worten kann der gegenüber dem Rest des Basiskörpers verjüngte Abschnitt relativ leicht gestaucht werden, wohingegen eine Stauchung der übrigen Teile eine bevorzugt progressiv ansteigende Krafteinwirkung auf den Basiskörper erfordert. Hierdurch können große Amplituden trotz hohem Energiegehalt sicher durch den Federwegbegrenzer abgefangen und/oder abgemildert werden, ohne dass es zu einem unerwünschten Durchschlagen des semiaktiven Dämpfungsmittels kommt.
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In Kombination mit der Lage der Sensoreinheit kann diese progressive Ausgestaltung des Basiskörpers dazu genutzt werden, um das Ansprechverhalten der Sensoreinheit einzustellen. Insbesondere eine durch die Sensoreinheit mögliche Messung der Stärke der Stauchung kann auf diese Weise in Form eines flacheren Anstiegs der hierfür generierten Signale erfolgen, da die mögliche Bandbreite der durch die Sensoreinheit messbaren Stauchung ansonsten bereits bei mittlerer Stauchung überschritten sein kann.
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Weiterhin ist die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer Dämpfereinheit für ein Federungssystem eines Fahrzeugs gerichtet, welche ein semiaktives Dämpfungsmittel nebst Federwegbegrenzer aufweist. Besonders bevorzugt dient das Verfahren zum Betrieb eines aus der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Dämpfereinheit nebst Federwegbegrenzer zusammengesetzten Federungssystems.
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Das Verfahren sieht vor, dass das semiaktive Dämpfungsmittel eine zumindest zweistufige Abstimmbarkeit und dabei wenigstens zwischen einer weichen Abstimmung und einer harten Abstimmung umgeschaltet werden kann.
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Die eigentliche Umschaltung in der Abstimmung des semiaktiven Dämpfungsmittels wird erfindungsgemäß auf Basis einer durch die Sensoreinheit erfassten Stauchung des zumindest teilweise elastisch ausgebildeten Basiskörpers durchgeführt. Hierzu umfasst die Sensoreinheit wenigstens zwei einzelne in Längsrichtung des Basiskörpers hintereinander jeweils in oder an dem Basiskörper angeordnete Sensoren. Alternativ oder in Ergänzung hierzu wird die Umschaltung auf Basis einer gemessenen Stauchung des Basiskörpers durchgeführt. Der Unterschied zwischen Erfassung und Messung der Stauchung wird im Sinne der Erfindung darin gesehen, dass eine reine Erfassung zunächst eine Information über die Tatsache einer Stauchung beinhaltet, wohingegen eine Messung die Stauchung dahingehend quantifiziert, in welcher Stärke und/oder mit welcher Geschwindigkeit diese vorliegt bzw. eingetreten ist. Erfindungsgemäß werden hierzu die hintereinander angeordneten Sensoren der Sensoreinheit genutzt, so dass das Dämpfungsmittel auf Basis einer durch die Sensoren der Sensoreinheit erfassten und/oder gemessenen Stauchung des Basiskörpers zwischen der weichen und harten Abstimmung umgeschaltet wird.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dämpfereinheit und dem erfindungsgemäßen Federwegbegrenzer erläutert und gelten für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgend benannten weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen wird.
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So kann eine Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen, dass die Umschaltung des semiaktiven Dämpfungsmittels in seiner Abstimmung auf Basis einer Überschreitung eines zuvor festgelegten Schwellenwertes durchgeführt wird. Mögliche Schwellenwerte können hierbei beispielsweise für die erfasste Weite der Stauchung vorliegen, bei deren Überschreitung eine Umschaltung beispielsweise von weich zu hart vorgenommen werden kann. Ein alternativer oder in Ergänzung anzusehender Schwellenwert kann beispielsweise für die erfasste und/oder ermittelte Geschwindigkeit der eingetretenen Stauchung hinterlegt sein, bei dessen Überschreitung besagte Umschaltung des semiaktiven Dämpfungsmittels durchgeführt werden kann.
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Mit Blick auf den typischen Aufbau eines Federungssystems für ein mehrspuriges Fahrzeug, welcher wenigstens drei oder zumeist vier Dämpfereinheiten umfasst, kann die Überschreitung wenigstens eines Schwellenwertes an mindestens einer Dämpfereinheit grundsätzlich dazu genutzt werden, um nur das semiaktive Dämpfungsmittel der die Überschreitung erfassten zugehörigen Dämpfungseinheit umzustellen. Alternativ hierzu kann die Überschreitung an nur einer der Dämpfungseinheiten genutzt werden, um wenigstens eine weitere oder gar sämtliche Dämpfungseinheiten umzuschalten. Je nach Fahrsituation kann es somit sinnvoll sein, beispielsweise auf einer Fahrzeugseite gelegene Dämpfungseinheiten gleichzeitig umzuschalten. Denkbar ist auch eine Umschaltung über Kreuz, um eine Mischung in der Dämpfungscharakteristik unter Beibehaltung einer hohen Fahrzeugstabilität zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme kann das Verfahren auch vorsehen, die zuvor erläuterten Möglichkeiten zur Umschaltung eines oder mehrerer Dämpfereinheiten nicht nur auf Basis der Überschreitung eines Schwellenwertes vorzunehmen, sondern in einer zusätzlichen Abhängigkeit von einem vorbestimmten Zeitraum für die jeweilige Überschreitung des Schwellenwertes. Alternativ hierzu kann die Umschaltung selbstverständlich auch nur in Abhängigkeit eines vorbestimmten Zeitraums für die Überschreitung eines Schwellenwertes vorgenommen werden.
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Die Sensoreinheit ist zielführend mit einer Steuereinheit verbunden, welche das entsprechende Signal zum Umschalten erzeugt. Die Steuereinheit kann die zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs selbst oder in diese integriert sein.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines schematisch in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Dämpfereinheit in einer Seitenansicht mit zum Teil geschnittener Darstellungsweise sowie
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2 die erfindungsgemäße Dämpfereinheit aus 1.
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In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Dämpfereinheit 1, welche typischerweise zum Aufbau eines nicht näher gezeigten variablen Federungssystems für ein ebenfalls nicht dargestelltes Fahrzeug dient. Hierzu umfasst die Dämpfereinheit 1 ein semiaktives Dämpfungsmittel 2, welches beispielhaft als Stoßdämpfer ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung besitzt das semiaktive Dämpfungsmittel 2 ein Zylinderrohr 3 und eine Kolbenstange 4, wobei die Kolbenstange 4 linear verschieblich in dem Zylinderrohr 3 gelagert ist. Innerhalb des Zylinderrohres 3 kann ein nicht näher verdeutlichtes Medium angeordnet sein, beispielsweise Öl und/oder Gas. Auch kann das Medium bereits druckbelastet sein. Durch diesen Aufbau kann die Kolbenstange 4 bei Bedarf in das Zylinderrohr 3 eintauchen, wodurch das semiaktive Dämpfungsmittel 2 einen Federweg A bereitstellt.
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Wie zu erkennen, ist das semiaktive Dämpfungsmittel 2 über das freie Ende seiner Kolbenstange 4 mit einer Lagerung 5 verbunden. Bei der Lagerung 5 kann es sich in nicht näher gezeigter Weise beispielsweise um einen Bereich eines Aufbaus oder Rahmens bzw. Hilfsrahmens eines Fahrzeugs handeln. Zwischen dem Zylinderrohr 3 und der Lagerung 5 ist ein Federwegbegrenzer 6 angeordnet. Dieser weist einen zumindest teilweise elastisch ausgebildeten Basiskörper 7 auf, welcher die Kolbenstange 4 des semiaktiven Dämpfungsmittels 2 zumindest bereichsweise umgreift. Insgesamt weist das semiaktive Dämpfungsmittel 2 eine wenigstens zweistufige Abstimmbarkeit auf, welche zumindest eine Umschaltung zwischen einer weichen Abstimmung und einer harten Abstimmung erlaubt.
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Wenn 1 auch nicht unmittelbar entnehmbar, so handelt es sich bei dem Basiskörper 7 bevorzugt um einen um seine Längsachse x herum rotationssymmetrischen Körper. Damit erstreckt sich der Basiskörper 7 nicht nur in Längsrichtung x und eine mit Bezug auf die Darstellung von 1 in Blattebene verlaufende Querrichtung y, sondern auch in eine in Blattebene gerichtete Tiefenrichtung z.
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Ersichtlich weist der Federwegbegrenzer 6 dabei eine im Wesentlichen konische Form auf, so dass dessen Basiskörper 7 von einem im Wesentlichen zylindrisch ausgeführten Basiselement 7a sich zu einer Stirnseite 8 des Zylinderrohres 3 hin verjüngt. Hierzu ist eine äußere Mantelfläche 9 des Basiskörpers 7 gegenüber seiner Längsrichtung x entsprechend geneigt, während eine der Kolbenstange 4 zugewandte innere Mantelfläche 10 des Basiskörpers 7 im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung x verläuft. Aufgrund der sich hierdurch über die Längsrichtung x hinweg verändernde Dicke b des Basiskörpers 7 wird ein progressives Kompressionsverhalten des Federwegbegrenzers 6 erreicht. Der in 1 dargestellte sich konisch verjüngende Basiskörper 7 weist eine geriffelte, also stufenartige Ausgestaltung auf, so dass sich die einhüllende Mantelfläche 9 ergibt. Möglich ist natürlich auch eine stufenlose Ausführung des konischen Bereiches.
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Vorliegend ist besagter Federwegbegrenzer 6 in einer geschnitten Darstellung gezeigt, um insbesondere einen Blick in dessen Basiskörper 7 hinein und auf die von ihm umgriffene Kolbenstange 4 zu gewähren. Hierdurch ist ersichtlich, dass der Federwegbegrenzer 6 eine im Bereich eines freien Endabschnitts 11 des Basiskörpers 7 in diesem angeordnete Sensoreinheit 12 aufweist. Die hier gezeigte Sensoreinheit 12 kann sich aus einem einzigen oder – wie vorliegend gezeigt – aus zwei in einer gemeinsamen parallel zur Querrichtung y verlaufenden Ebene angeordneten einzelnen Sensoren 13a, 13b zusammensetzen. Die Sensoreinheit 12 ist dazu ausgebildet, um eine etwaige Stauchung des Basiskörpers 7 in seine Längsrichtung x zu überwachen. Eine derartige Stauchung tritt ein, wenn der mögliche Federweg A des semiaktiven Dämpfungsmittels 2 durch Eintauchen der Kolbenstange 3 in das Zylinderrohr 4 so weit ausgenutzt wird, dass der freie Endabschnitt 11 des Federwegbegrenzers 6 mit der Stirnseite 8 des Zylinderrohres 3 in Kontakt tritt.
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Wie in 2 zu erkennen, umfasst die Sensoreinheit 12 hierbei eine Vielzahl an Sensoren 13a, 13b; 14a, 14b; 15a, 15b; 16a, 16b, welche vorliegend jeweils paarweise in unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Basiskörpers 7 hintereinander angeordnet sind.
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Wie bereits angedeutet kann die Sensoreinheit 12 auch grundsätzlich nur einen einzelnen der aufgezeigten Sensoren 13a, 13b; 14a, 14b; 15a, 15b; 16a, 16b umfassen, so dass die in 1 enthaltenen Bezugszeichen 13a, 13b; 14a, 14b; 15a, 15b; 16a, 16b vielmehr auch nur als mögliche Lagepositionen hierfür zu verstehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfereinheit
- 2
- Dämpfungsmittel von 1
- 3
- Zylinderrohr von 2
- 4
- Kolbenstange von 2
- 5
- Lagerung für 4
- 6
- Federwegbegrenzer von 1
- 7
- Basiskörper von 6;
- 7a
- zylindrisches Basiselement von 6
- 8
- Stirnseite von 3
- 9
- äußere Mantelfläche von 7
- 10
- innere Mantelfläche von 7
- 11
- freier Endabschnitt von 7
- 12
- Sensoreinheit von 6
- 13a
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 13b
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 14a
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 14b
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 15a
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 15b
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 16a
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- 16b
- Sensor von 12 bzw. mögliche Lage in 7
- A
- Federweg von 2
- b
- Dicke der Wandung von 7
- x
- Längsrichtung von 7
- y
- Querrichtung von 7
- z
- Tiefenrichtung von 7
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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