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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für eine Fahrdynamiksteuerung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff gemäß Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensorvorrichtung. Mittels der Sensorvorrichtung können sowohl ein Beschleunigungssignal als auch ein Stellungssignals zum Ermitteln eines Einfederwegs eines Rads des Kraftfahrzeugs erzeugt werden.
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Eine solche Sensorvorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 2 036 746 A2 bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannte Sensorvorrichtung ist in einen Schwingungsdämpfer, d.h. ein Federbein oder Dämpferbein, integriert. Ein Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors wird als pulsweitenmoduliert Signal übertragen. Die Integration in den Schwingungsdämpfer macht es erforderlich, ein Kraftfahrzeug mit einem bestimmten Typ von Schwingungsdämpfer auszustatten, damit die beschriebenen Sensoreinheiten überhaupt vorhanden sind.
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Aus der
EP 1 886 849 A1 ist eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug bekannt, in welche ein Dehnungssensor und ein Beschleunigungssensor integriert sind.
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Um in einem Kraftfahrzeug eine Fahrdynamik von der Fahrsituation abhängig einzustellen, kann in einem Schwingungsdämpfer dessen Dämpferhärte einstellbar oder geregelt sein. Um hierzu die Fahrsituation erfassen zu können, sind eine aktuelle Beschleunigung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs, also beispielsweise von dessen Rahmen, sowie der aktuelle Einfederweg des Schwingungsdämpfers als eine jeweilige Eingangsgröße nötig.
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Aus der
DE 20 2004 014 323 U1 ist eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Beschleunigungssensor zum Detektieren der Beschleunigung an der Radaufhängung.
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Die gattungsgemäße
DE 103 33 997 A1 offenbart eine Sensorvorrichtung mit einem Halteelement an dem sowohl ein Beschleunigungssensor zum Messen der translatorischen Beschleunigung als auch einen Niveausensor zum Ermitteln der Relativlage von Rad und Karosserie. Beide Sensoren sind in einem Gehäuse vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug zuverlässig ein Beschleunigungssignal betreffend eine Beschleunigung eines Aufbaus oder Rahmens des Kraftfahrzeugs und einen Einfederweg eines Schwingungsdämpfers zu erfassen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
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Durch die Erfindung ist eine Sensorvorrichtung für eine Fahrdynamiksteuerung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Sensorvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie in einem Arbeitsschritt im Kraftfahrzeug montiert werden kann, und stellt hierbei sicher, dass die Sensoreinheiten zum Erfassen der benötigten Sensorsignale korrekt im Kraftfahrzeug ausgerichtet oder angeordnet sind.
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Die Sensorvorrichtung weist ein eigensteifes Halteelement auf, um zumindest einen Teils der Sensorvorrichtung in einer vorbestimmten Messstellung an einem Rahmenelement des Kraftfahrzeugs zu befestigen. Das eigensteife Halteelement kann beispielsweise aus Metall gefertigt sein, um hierdurch die ausreichende Eigensteifigkeit zu erhalten, damit sich das Halteelement während einer Fahrt synchron mit dem Rahmenelement mitbewegt. Eine an dem Halteelement angeordnete erste Sensoreinheit ist dazu ausgestaltet, ein Beschleunigungssignal in Abhängigkeit von einer Beschleunigung des Halteelements entlang einer vorbestimmten Raumachse zu erzeugen. Mit anderen Worten ist durch die erste Sensoreinheit zumindest ein Beschleunigungssensor bereitgestellt. Durch das eigensteife Halteelement wird hierbei eine Bewegung des Rahmenelements zu der ersten Sensoreinheit hin übertragen, sodass mittels der ersten Sensoreinheit ein Beschleunigungssignal erzeugt werden kann, welches eine Beschleunigung des Rahmenelements entlang der Raumachse beschreibt. In der besagten Messstellung kann die Raumachse beispielsweise eine vertikale Achse oder Hochachse des Kraftfahrzeugs darstellen.
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Des Weiteren ist eine an dem Halteelement angeordnete zweite Sensoreinheit zum Erzeugen eines Stellungssignals bereitgestellt. Das Stellungssignals ist dabei abhängig von einer entlang der Raumachse ausgerichteten Auslenkung eines Erfassungselements der Sensoreinheit. Das Erfassungselement kann beispielsweise ein Drehhebel sein. Die Auslenkung wird hierbei relativ bezüglich des Halteelements erfasst. Mit anderen Worten beschreibt das Stellungssignal eine relative Position oder Lage des Erfassungselements bezüglich des Halteelements. Ein an dem Erfassungselement angeordnetes Stangenelement dient zum Befestigen an einem Querlenker des Kraftfahrzeugs und zum Übertragen einer Bewegung des Querlenkers auf das Erfassungselement. Da der Querlenker beweglich zu dem Rahmenelement des Kraftfahrzeugs gelagert ist, wird eine Bewegung des Querlenkers über das Stangenelement auf die zweite Sensoreinheit übertragen, wo das Erfassungselement durch das Stangenelement bewegt wird. Damit kann also eine Stellung des Querlenkers bezüglich des Rahmenelements mittels der zweiten Sensoreinheit erfasst und durch das Stellungssignals beschrieben werden.
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Eine elektrische Anschlusseinrichtung ist dazu eingerichtet, dass Beschleunigungssignal und das Stellungssignals auszugeben. An die Anschlusseinrichtung kann beispielsweise eine Steuereinrichtung angeschlossen werden, mittels welcher die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs gesteuert wird, indem beispielsweise eine Dämpferhärte eines Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit von den Sensorsignalen (Beschleunigungssignal und Stellungssignal) eingestellt wird.
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Durch die Sensorvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass sie in einem Arbeitsschritt im Kraftfahrzeug montiert oder eingebaut werden kann, indem das Halteelement an dem Rahmenelement und das Stangenelement an den Querlenker befestigt wird. Dann stehen an der Anschlusseinrichtung die beschriebenen Sensorsignale bereit.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In Bezug auf die zweite Sensoreinheit ist bevorzugt vorgesehen, dass das besagte Erfassungselement als ein Hebelarm ausgestaltet ist, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Hierdurch wird also eine Bewegung des Querlenkers über das Stangenelement in eine Drehbewegung des Hebelarms umgesetzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, die zweite Sensoreinheit als kompakt gebauter Radwegsensor ausgestaltet ist.
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Optional ist vorgesehen, dass die zweite Sensoreinheit einen Drehwinkelsensor zum Erfassen der Drehlage des Hebelarms aufweist. Hierdurch kann der Radwegsensor auf der Grundlage eines Drehwinkelsensors realisiert werden, beispielsweise eines Hall-Sensors. Durch die Länge des Hebelarms kann hierbei eine Messungenauigkeit beim Messen des Einfederwegs mit geringem Aufwand unter einen vorbestimmten Schwellenwert eingestellt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit dazu eingerichtet sind, ihr jeweiliges Sensorsignal oder kurz Signal (d.h. das Beschleunigungssignal und das Stellungssignal) digital auszugeben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die beiden Signale über eine gemeinsame Kommunikationsleitung übertragen werden können.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Anschlusseinrichtung zum Ausgeben des Beschleunigungssignals und des Stellungssignals insgesamt nur eine zweiadrige Kommunikationsleitung umfasst. Die Anschlusseinrichtung weist eine Multiplexereinheit zum Aussenden des Beschleunigungssignals und des Stellungssignals über die Kommunikationsleitung auf. Die Kommunikationsleitung zwischen der Sensorvorrichtung und der beschriebenen Steuereinrichtung ist somit zweiadrig, insbesondere nur zweiadrig, ausgestaltet oder bereitgestellt sein, was die Herstellung eines Kraftfahrzeugs bedeutend vergünstigt. Die Multiplexereinheit stellt sicher, dass die digitalen Signale der beiden Sensoreinheiten zeitlich nacheinander über die Kommunikationsleitung übertragen werden können. Eine solche Multiplexereinheit wird auch als Splice oder Weiche bezeichnet.
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Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die beiden Sensoreinheiten dazu eingerichtet sind, ihre Signale über die Anschlusseinrichtung mittels einer synchronen Datenübertragungsmethode getaktet zu übertragen, d.h. auf der Grundlage eines vorgegebenen Taktes. Mit anderen Worten sind beide Sensoreinheiten digital synchron. Es ist nur eine gemeinsame Kommunikationsleitung nötig und das Auszusenden der digitalen Sensorsignale ist zu jedem Zeitpunkt koordiniert über die synchronen Datenübertragungsmethode. Es findet also bevorzugt keine Kollisionsdetektion statt (CD - Collision Detection), was die Übertragung eines digitalen Sensorsignale verzögern kann. Besonders bevorzugt ist, dass durch die Anschlusseinrichtung eine PSI5-Schnittstelle realisiert ist (PSI - Peripheral Sensor Interface).
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Um die erste Sensoreinheit mit dem zumindest einen Beschleunigungssensor starr an das Rahmenelement anzubinden oder anzukoppeln, um hierdurch die Beschleunigung des Rahmenelements mittels der ersten Sensoreinheit zu erfassen, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Halteelement einteilig ausgestaltet ist. Beispielsweise kann das Halteelement als eine Platte ausgestaltet sein. Bevorzugt weist diese Platte zumindest einen gewickelten Bereich auf, wodurch die Biegesteifheit weiter erhöht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Ebene der Platte derart ausgerichtet ist, dass die besagte Raumachse in der Plattenebene oder parallel zur Plattenebene verläuft. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bezüglich einer Beschleunigung oder Ruckbewegung des Rahmenelements des Kraftfahrzeugs entlang der Raumachse die Biegesteifheit des Halteelements am größten ist.
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Das Halteelement kann zum Befestigen an dem Rahmenelement ein Langloch aufweisen, wobei die Längserstreckungsrichtung des Landlochs senkrecht zur Raumachse ausgerichtet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einem Loslösen beispielsweise einer Schraube in dem Langloch eine Relativbewegung zwischen dem Halteelement und dem Rahmenelement das Beschleunigungssignals der ersten Sensoreinheit nicht oder zumindest nur geringfügig beeinträchtigt.
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Es kann vorgesehen sein, dass anstelle eines zweiten Durchgangslochs zum Befestigen einer zweiten Schraube stattdessen das Halteelement ein Nockenelement zum Justieren des Halteelements an dem Rahmenelement aufweist. Das Nockenelement ist bevorzugt eine Ausbuchtung, die z.B. durch Biegen oder Stanzen oder Tiefziehen erzeugt sein kann. Das Halteelement kann also durch sein Nockenelement beispielsweise in einer Vertiefung oder einer Aussparung des Rahmenelements eingerastet oder formschlüssig gehalten und beispielsweise mittels einer Schraube über das Langloch festgeschraubt sein.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, in welchem die Sensorvorrichtung bereitgestellt ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ein Rad und eine Radaufhängung für das Rad und eine Steuereinrichtung zum Einstellen einer Dämpferhärte eines Schwingungsdämpfers oder Dämpferbeins der Radaufhängung auf. Die Dämpferhärte wird durch die Steuereinrichtung dabei in Abhängigkeit von einer Beschleunigung eines Rahmens oder Aufbaus des Kraftfahrzeugs und in Abhängigkeit von einem Einfederweg des Schwingungsdämpfers eingestellt. Zum Erfassen der Beschleunigung und des Einfederwegs ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung bereitgestellt und an einem Rahmenelement eines Aufbaus und einem Querlenker der Radaufhängung befestigt, wobei die besagte vorbestimmte Raumachse der Sensorvorrichtung vertikal ausgerichtet ist. Dadurch kann mittels der Sensorvorrichtung eine Beschleunigung des Aufbaus entlang einer vertikalen Raumrichtung erfasst werden und über den Querlenker der Einfederweg des Schwingungsdämpfers erfasst werden. Die Steuereinrichtung kann durch Einstellen der Dämpferhärte ein aktives Fahrwerk des Kraftfahrzeugs realisieren. Die Dämpferhärte kann beispielsweise mittels eines verstellbaren Ventils in an sich bekannter Weise eingestellt werden.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Sensorvorrichtung 1, die in einem Kraftfahrzeug 2, beispielsweise einem Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, eingebaut sein kann. Zur Veranschaulichung der Umgebung der Steuervorrichtung 1 sind ein Rahmenelement 3 und ein Querlenker 4 angedeutet. Das Rahmenelement 3 kann Bestandteil eines Aufbaus oder Chassis des Kraftfahrzeugs 1 sein. Der Querlenker 4 kann über eine Gelenkseinrichtung 5 entlang einer Raumachse 6 verschwenkbar gegenüber dem Rahmenelement 3 gelagert sein. Die Raumachse 6 ist insbesondere eine vertikale Achse. Der Querlenker 4 kann mit einer Achse 7 eines (nicht dargestellten) Rades des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise eines Vorderrades, verbunden sein.
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Während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs ein ergibt sich aufgrund einer Federung eines (nicht dargestellten) Schwingungsdämpfers oder Dämpferbeins einer Radaufhängung des Rades eine Bewegung 8 des Querlenkers 4 bezüglich des Rahmenelements 3 bzw. bezüglich des gesamten Aufbaus oder Rahmens des Kraftfahrzeugs 1. Das Rahmenelement 3 kann ebenfalls aufgrund einer Nickbewegung und/oder Wankbewegung entlang der Raumachse 6 eine Bewegung 9 ausführen.
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Zum Erfassen der Bewegung 9 des Rahmenelements und eines mit der Bewegung 8 einhergehenden Einfederwegs 10 des Schwingungsdämpfers ist die Sensorvorrichtung 1 bereitgestellt. Die Sensorvorrichtung 1 kann hierbei ein Halteelement 11 aufweisen, über welches sie an dem Rahmenelement 3 befestigt sein. Zum Fixieren oder Befestigen des Halteelements 11 kann dieses ein Langloch 12 und eine Ausbuchtung oder ein Nockenelement 13 aufweisen. Eine Längserstreckungsrichtung 14 des Langlochs 12 ist senkrecht zur Raumachse 6 ausgerichtet. Das Nockenelement 13 kann in einer Vertiefung oder Aussparung des Rahmenelements 3 angeordnet sein. Insgesamt kann so mittels einer einzelnen Schraube im Langloch 12 das Halteelement 11 fest an dem Rahmenelement 3 gehalten werden.
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Das Halteelement 11 ist eigensteif, d.h. bei der Bewegung 9 des Rahmenelement 3 wird das Halteelement 11 mit bewegt. An dem Halteelement 11 sind eine Sensoreinheit 15 und eine Sensoreinheit 16 angeordnet. Die Sensoreinheit 15 erfasst den Einfederweg 10 und erzeugt in Abhängigkeit von einer Länge oder eines Betrags des Einfederwegs 10 ein Stellungssignal 17. Hierzu weist das Sensorelement 5 ein Erfassungselement 18 auf, welches über ein Stangenelement 19 mechanisch mit dem Querlenker 4 verbunden sein kann. Bei der Bewegung 8 wird das Erfassungselement 18 mit bewegt. Das Erfassungselement 18 ist insbesondere als Hebelarm ausgestaltet, der um eine Drehachse 20 der Sensoreinheit 5 drehbar gelagert ist. In Abhängigkeit von dem Einfederweg 10 ergibt sich somit eine Drehlage 21 des Erfassungselements 18. Die Drehlage 21 kann mittels eines Hall-Sensors 22 der Sensoreinheit 15 in das Stellungssignals 17 gewandelt werden.
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Die Sensoreinheit 16 kann einen Beschleunigungssensor 23 aufweisen, welcher eine Beschleunigung entlang der Raumachse 6 erfasst. Der Beschleunigungssensor 23 erzeugt somit in Abhängigkeit von einem Beschleunigungswert der Bewegung 9 ein Beschleunigungssignal 24.
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Die Sensoreinheit 16 stellt eine erste Sensoreinheit, die Sensoreinheit 15 stellt eine zweite Sensoreinheit dar.
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Das Stellungssignal 17 und das Beschleunigungssignal 24 können durch eine Anschlusseinrichtung 25 ausgegeben oder bereitgestellt werden. Die Anschlusseinrichtung 25 kann über eine Kommunikationsleitung 26 mit einer Steuereinrichtung 27 verbunden sein. Die Steuereinrichtung 27 kann als Steuergerät ausgestaltet sein. Die Kommunikationsleitung 26 muss lediglich 2 Drähte oder Adern 28 für die Übertragung der Sensorsignale 17, 24 aufweisen.
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Durch die Steuereinrichtung 27 kann eine Dämpferhärte des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit von dem Stellungssignals 17 und dem Beschleunigungssignal 24 eingestellt werden.
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Die zweiadrige Kommunikationsleitung 26 reicht aus, da durch die Anschlusseinrichtung 25 die beiden Sensorsignale 17, 24 als digitale Signale bereitgestellt werden, die mittels eines synchronen Datenübertragungsverfahrens über die Kommunikationsleitung 26 zur Steuereinrichtung 27 übertragen werden. Die Anschlusseinrichtung 25 kann hierzu dazu eingerichtet sein, ein Zeitmultiplexverfahren zum Abwechselnden übertragen der digitalen Werte des Stellungssignals 17 und des Beschleunigungssignals 24 bereitzustellen. Die Sensoreinheiten 15, 16 können hierbei dazu eingerichtet sein, ihr jeweiliges Sensorsignal 17, 24 digital bereitzustellen. Insbesondere können die Sensoreinheiten 15, 16 dazu eingerichtet sein, ihre Sensorsignale 16, 17 digital an einer PSI5-Schnittstelle bereitzustellen.
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2 veranschaulicht, wie in vorteilhafter Weise die Steuereinrichtung 27 in einem Heck des Kraftfahrzeugs 2 und die Sensorvorrichtung 1 an einem Vorderrad 29 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet sein kann. Da die Kommunikationsleitung 26 lediglich zweiadrig ausgelegt sein muss, entstehen trotz der großen Leitungslänge keine signifikanten zusätzlichen Herstellungskosten durch Bereitstellen der Kommunikationsleitung 26.
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Bei dem Kraftfahrzeug 2 sind somit beide Sensoreinheiten 15, 16 auf digitale, synchrone Datenübermittlung z.B. mittels PSI5-Schnittstelle ausgelegt und von der Steuereinrichtung 27 her auf einer zweiadrigen Kommunikationsleitung 26 bis zur Anschlusseinrichtung 25 versorgt und erst dann als Splice aufgeteilt und als integrierter Radwegsensor inklusive Beschleunigungssensor der Sensorvorrichtung 1 ausgeführt.
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Somit ist eine einheitliche digital-synchrone PSI5-Übertragung möglich. An der Steuereinrichtung 27 ist nur ein Pin zum Empfangen der Sensorsignale 17, 24 aus einer Ader 28 nötig. Die zweite Ader 28 stellt ein Massepotential oder Bezugspotential bereit.
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Eine Sensorvorrichtung 1 der beschriebenen Art kann jeweils an beiden Vorderrädern und optional auch an einem oder beiden Hinterrädern vorgesehen sein.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein integrierter Sensorhalter für zwei Sensoriken für semi-aktive Fahrwerke bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensorvorrichtung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Rahmenelement
- 4
- Querlenker
- 5
- Gelenkeinrichtung
- 6
- Raumachse
- 7
- Achse
- 8
- Bewegung
- 9
- Bewegung
- 10
- Einfederweg
- 11
- Halteelement
- 12
- Langloch
- 13
- Nockenelement
- 14
- Längserstreckungsrichtung
- 15
- Sensoreinheit
- 16
- Sensoreinheit
- 17
- Stellungssignal
- 18
- Erfassungselement
- 19
- Stangenelement
- 20
- Drehachse
- 21
- Drehlage
- 22
- Hall-Sensors
- 23
- Beschleunigungssensor
- 24
- Beschleunigungssignal
- 25
- Anschlusseinrichtung
- 26
- Kommunikationsleitung
- 27
- Steuereinrichtung
- 28
- Ader
- 29
- Vorderrad
