DE102022121677A1

DE102022121677A1 - Dämpfersteuerungsanordnung

Info

Publication number: DE102022121677A1
Application number: DE102022121677.2A
Authority: DE
Inventors: Pierre-Geoffroy Plantet
Original assignee: Sr Suntour Europe GmbH; SR Suntour Inc
Current assignee: Sr Suntour Europe GmbH; SR Suntour Inc
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-26
Publication date: 2023-03-02
Also published as: JP2024534262A; EP4396070A1; CN117836201A; WO2023031044A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Dämpfersteuerungsanordnung (24) für einen Dämpfer (2) in einer elektronischen Federungsbaugruppe (4) eines zweirädrigen Fahrzeugs (3), wobei die Dämpfersteuerungsanordnung (24) umfasst eine Sensoranordnung mit einer Anzahl von Sensoren (240AS, 240P, 240M), die angeordnet sind, um bewegungsbezogene Parameter des zweirädrigen Fahrzeugs (3) zu messen; eine Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie aus den Sensorausgangssignalen (240x, 240y, 240z, 240p, 240m) eine Anhebungsaktion (Zlift) der gefederten Masse erkennt; und ein Entscheidungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es in Reaktion auf die erfasste Anhebungsaktion (Zlift) ein Steuerungssignal (24out) zum Öffnen des Dämpfers (2) erzeugt. Die Erfindung beschreibt weiter eine elektronische Federungsbaugruppe (4) und ein Verfahren zur Steuerung einer elektronischen Federungsbaugruppe (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfersteuerungsanordnung und eine elektronische Federungsbaugruppe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein zweirädriges Fahrzeug, wie z. B. ein Mountainbike ist im Allgemeinen mit zumindest einem vorderen Stoßdämpfer ausgestattet. Der gängigste Typ davon ist eine Teleskoprohrgabel bzw. Teleskopgabel, welche zwischen dem Steuerrohr des Fahrrads und der Vorderradachse angeordnet ist. Eine Teleskoprohrgabel bzw. Gabel hat im Allgemeinen ein Paar Standrohre. Jedes der Standrohre kann in eine Gabelkrone, genauer gesagt in jeweils ein Tauchrohr der Gabelkrone hinein- sowie auch wieder hinausgleiten. In einem Standrohr ist eine Feder, wie z. B. eine Luftfeder, untergebracht und im Inneren des anderen Standrohrs ist zur Unterstützung der Feder ein Dämpfer angeordnet. Die Dämpferseite der Gabel umfasst einen Kolben, eine Kolbenstange und einen Stoßdämpfer. Hierzu sind verschiedene mögliche Konstruktionen bekannt. Die gängigste Konstruktion dämpft durch Regulierung eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit zwischen einem Druckrohr („Arbeitsrohr“) und einem Reserverohr.
In älteren Fahrradfederungen kann der Fahrer den vorderen Stoßdämpfer mittels eines Dämpfungskontrollknopfes am oberen Ende des dämpferseitigen Standrohres manuell öffnen oder schließen, oder mittels eines Kontrollhebels am Lenker. In einer elektronischen Federung („E-Federung“) wird ein Stellglied, wie z. B. ein kleiner Motor dazu benutzt, das Dämpfungsventil zu öffnen oder zu schließen und Sensoren werden benutzt, um einen Stoß am Stoßdämpfer zu detektieren.
Solch eine Federung aus dem Stand der Technik reagiert im Allgemeinen nur auf einen Stoß, d. h. auf einen Stoß, der am Vorderrad eines Fahrrads erfasst wird, das mit einem Stoßdämpfer, wie z. B. einer Teleskopgabel, ausgestattet ist. Wenn das Vorderrad auf ein Hindernis trifft, wird die ungefederte Masse (das Vorderrad und die Tauchrohre) nach oben ausgelenkt. Die Auslenkung nach oben kann durch einen Sensor, wie z. B. einen Beschleunigungsmesser registriert werden. Die Federung kann schnell reagieren, indem sie den Dämpfer der Vorderradgabel öffnet.
Eine Einschränkung der bisherigen Dämpfersteuerungen besteht darin, dass sie nicht in der Lage sind, andere Situationen zu erkennen, die von einer Dämpfung profitieren würden. Dies liegt daran, dass sich die Entwicklungen im Bereich elektronischer Federsteuerungen hauptsächlich auf ein angemessenes Ansprechen der Dämpfer in verschiedenen Bergabfahrtsituationen konzentriert haben, beispielsweise bei einer raschen Abfolge von Stößen, freiem Fall usw. Dementsprechend sind die bisherigen Federsteuerungen nicht im Stande, andere möglicherweise kritische Situationen zu erkennen, mit dem Ergebnis, dass ein Federungsdämpfer möglicherweise geschlossen bleibt, obwohl der Fahrer von einem geöffneten Dämpfer profitieren würde. Eine unangemessene Dämpferreaktion kann zu einem Geschwindigkeitsverlust führen, so dass der Fahrer mehr Aufwand betreiben muss. Ebenso kann ein unangemessenes Ansprechen des Dämpfers die Sicherheit des Fahrers gefährden.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Dämpfersteuerungsanordnung bereitzustellen, die die oben geschilderten Probleme überwindet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die beanspruchte Dämpfersteuerungsanordnung, die beanspruchte elektronische Federungsbaugruppe sowie durch das beanspruchte Verfahren zur Steuerung einer solchen elektronischen Federungsbaugruppe gelöst.
Die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung ist geeignet für einen Dämpfer in einer elektronischen Federungsbaugruppe eines durch Muskelkraft betriebenen zweirädrigen Fahrzeugs, welches zumindest mit einer Vorderradfederung für das Vorderrad ausgestattet ist. Das zweirädrige Fahrzeug kann ein Fahrrad, ein Mountainbike, ein Motorrad, etc. sein. Im Folgenden wird, ohne die Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, davon ausgegangen, dass es sich bei dem zweirädrigen Fahrzeug um ein Mountainbike handelt. Das zweirädrige Fahrzeug kann ganz oder zumindest teilweise durch Muskelkraft angetrieben sein, z. B. kann das Mountainbike mit einem Motor ausgestattet sein.
Die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung umfasst eine Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung bzw. ein Mittel zur Erfassung einer Anhebungsaktion der gefederten Masse; sowie ein Entscheidungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es in Reaktion auf eine erfasste Anhebungsaktion ein Steuerungssignal zum Öffnen des Dämpfers erzeugt. Die Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung soll so verstanden werden, dass sie alle Einheiten oder Module umfasst, die im Kollektiv die verfügbaren Informationen auswerten, um zu bestimmen, ob eine aufwärts ziehende Kraft am Dämpfer angreift.
Die Erfindung unterscheidet sich von einer Federsteuerung nach dem Stand der Technik dadurch, dass sie explizit darauf abzielt, eine Situation zu erkennen, in welcher eine Anhebungsaktion der gefederten Masse durchgeführt wird. Die Ausdrücke „ungefederte Masse“ und „gefederte Masse“ werden im üblichen Sinne verwendet: die „ungefederte Masse“ eines vorderen Stoßdämpfers eines Mountainbikes umfasst im Wesentlichen das Vorderrad und die Tauchrohre; die „gefederte Masse“ umfasst im Wesentlichen alles andere.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist durch eine geeignete Anordnung von Sensoren zu erkennen, ob die gefederte Masse bewusst von der ungefederten Masse der Federung weggezogen wird. Der erfindungsgemäße Ansatz besteht darin zu reagieren, wenn der Fahrer den Lenker in einer plötzlichen Bewegung nach oben zieht, da diese Aktion für die Überwindung eines Hindernisses charakteristisch ist. Mit anderen Worten erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren der E-Federung zu reagieren, sobald das Vorderrad angehoben wird. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung liegt darin, dass der Dämpfer der Vorderradgabel auf „geöffnet“ gestellt wird, noch bevor das Vorderrad wieder auf dem Boden aufsetzt.
Insbesondere bei einem großen Hindernis und/oder einer steilen Steigung ermöglicht der geöffnete Dämpfer dem Fahrer eine gefährlichere Position weiter vorne einzunehmen, d. h. hin zum Lenker. Infolgedessen wird der Fahrer nicht plötzlich durch einen ungedämpften Aufprall auf das Vorderrad Geschwindigkeit verlieren und kann sich bergauf effizienter bewegen. Die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung trägt in dieser Hinsicht zu einem sicheren weniger anstrengenden Bergauffahren bei.
Die erfindungsgemäße elektronische Federungsbaugruppe umfasst zumindest ein Stoßdämpfer, welcher so angeordnet ist, dass er für eine Federung des Vorderrads eines zweirädrigen Fahrzeugs sorgt und welcher einen elektronisch steuerbaren Dämpfer einsetzt. Die elektronische Federungsbaugruppe umfasst weiter ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämpfersteuerungsanordnung zur Steuerung des Dämpfers.
Als Stoßdämpfer kann eine Teleskopfedergabel oder ein gleichwertiges Bauteil angenommen werden, welche in der üblichen Weise zwischen der Vorderradachse und dem Steuerrohr montiert ist. Die Teleskopfedergabel umfasst ein Paar Standrohre und einen Dämpfer, welcher im Inneren eines der Standrohre angeordnet ist. Im anderen Standrohr der teleskopischen Gabel ist eine geeignete Feder, wie z. B. eine Luftfeder, untergebracht. Es kann angenommen werden, dass der Dämpfer ein Druckrohr und ein Reserverohr in einer dem Fachmann bekannten Konfiguration umfasst und ein elektronisch steuerbares Kompressionsventil, das so angeordnet ist, dass es den Flüssigkeitsfluss zwischen Druckrohr und Reserverohr reguliert. Im Folgenden soll angenommen werden, dass der Dämpfer eine im Wesentlichen vertikale Linearanordnung aus Reserverohr und Druckrohr aufweist und, dass das Kompressionsventil an einem Übergang zwischen Reserverohr und Druckrohr angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Federungsbaugruppe kann auch einen hinteren Stoßdämpfer mit einem elektronisch steuerbaren Dämpfer umfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Erfassens einer Anhebungsaktion der gefederten Masse und das Öffnen des Dämpfers der elektronischen Federungsbaugruppe als Reaktion auf die erfasste Verschiebung nach oben.
Die Erfindung beschreibt auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung der erfindungsgemäßen Dämpfersteuerungsanordnung der erfindungsgemäßen elektronischen Federung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm von einem Prozessor der Dämpfersteuerungsanordnung ausgeführt wird.
In den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind besonders vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung offenbart. Die Merkmale in den Ausführungsformen können gegebenenfalls kombiniert werden. Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Anspruchskategorie beschrieben werden, können gleichermaßen für eine andere Anspruchskategorie gelten.
Die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung kann einen Prozessor umfassen, der so konfiguriert ist, dass er eine Signalverarbeitung der Signale des Sensors unter Verwendung geeigneter Algorithmen durchführt und Schritte eines in einem Speicher gespeicherten Steuerungsprogramms ausführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind verschiedene Hardwarekomponenten einer Steuerungsanordnung (z. B. integrierte Schaltkreise, ein Flash-Speicher, ein oder mehrere Sensoren, ein oder mehrere in CSP-Sensoren usw.) auf einer Leiterplatte (PCB) montiert, die in die Dämpferkartusche passt, z. B. in eine obere Kappe, welche auf das dämpferseitige Standrohr geschraubt ist. Über einen Stromanschluss kann eine Stromversorgung (z. B. eine im Unterrohr des Fahrrads untergebrachte Batterie) angeschlossen werden, um die Komponenten der elektronischen Federung mit einer geeigneten Spannung zu versorgen.
Eine elektronische Federung eines Mountainbikes sammelt in der Regel verschiedene Eingangssignale und verarbeitet diese, um ein entsprechendes Steuersignal für ein Dämfperventil zu erzeugen. Die Eingangssignale können von geeigneten Sensoren kontinuierlich geliefert werden, zum Beispiel kann ein Beschleunigungsmesser seine Ausgangssignale mit einer Frequenz von 1 kHz bereitstellen.
Grundsätzlich zielt eine E-Federung für Mountainbikes darauf ab, ein Dämpfungsventil in Abhängigkeit sämtlicher erfasster Stöße sowie auch der Bewegungsrichtung zu steuern. Durch die Auswertung der Signale des Beschleunigungsmessers in der X- und Y-Achse, kann eine elektronische Federung zum Beispiel feststellen, ob der Fahrer bergab fährt. Auf einer holprigen Bergabstrecke öffnet die E-Federung für Mountainbikes dann das Kompressionsventil des vorderen Gabelstoßdämpfers, wenn das Vorderrad auf ein Hindernis trifft. Eine große Aufprallkraft kann zu einer längeren „vollständig geöffneten“ Ventilstellung führen. Das Ventil kann schnell geschlossen werden, wenn die Kraft des Aufpralls nur gering war. Auf diese Weise kann eine sanfte Downhill-Fahrt erlebt werden, auch wenn der Boden sehr holprig ist.
Bei einem Aufprall bzw. Stoß auf die vordere Gabel der Federung bewegt sich die gefederte Masse in Richtung der ungefederten Masse. Die Kraft des Aufpralls hängt in hohem Maße von der Neigung des Fahrrads ab. Beim Bergabfahren wird das Gewicht des Fahrers zu einem großen Teil über den Lenker auf den vorderen Stoßdämpfer übertragen und trägt so zur Aufprallkraft bzw. Stoßkraft bei. Beim Bergauffahren über unebenes Gelände müssen unter Umständen Hindernisse wie große Steine oder Felsen, Baumwurzeln usw. überwunden werden, um nicht absteigen zu müssen. Der Fahrer kann den Lenker in einer schnellen Bewegung nach oben ziehen bzw. reißen, um das Vorderrad über das Hindernis zu heben. Um die Geschwindigkeit beizubehalten, sollte der Dämpfer gemäß dem folgenden Aufprall gesteuert werden, wenn das Vorderrad wieder auf den Boden trifft. Beim Bergauffahren wird das Gewicht des Fahrers jedoch hauptsächlich über die Sattelstütze auf das Hinterrad übertragen. Aus den oben genannten Gründen ist die Aufprallkraft auf das Vorderrad dann geringer. Daher kann es vorkommen, dass eine herkömmliche E-Federung einen Aufprall auf das Vorderrad möglicherweise nicht zuverlässig erkennt, wenn dieses wieder auf dem Boden landet, nachdem es wie oben beschrieben schnell über ein Hindernis angehoben worden ist. Das Ergebnis einer konventionellen E-Federung kann sein, dass das Fahrrad Geschwindigkeit einbüßt, so dass eine hindernisreiche Bergauffahrt für den Fahrer sehr anstrengend sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Federungsbaugruppe eine Sensoranordnung, welche so konfiguriert ist, dass sie ein Ausgangssignal in Reaktion auf eine Verschiebung der gefederten Masse erzeugt. Mit anderen Worten wird jede Bewegung der gefederten Masse relativ zum Dämpfer durch die Sensoranordnung erfasst. Ein plötzlicher Stoß auf das Vorderrad führt zum Beispiel zu einer Aufwärtsbewegung der Tauchrohre mitsamt der Kolbenstange in der Dämpferseite der Gabel und - abhängig von der Einstellung des Dämpfers - zu einer relativen Verschiebung der Gabelstandrohre nach unten. Eine Sensoranordnung befindet sich daher vorzugsweise in der Nähe des oberen Endes eines Standrohrs. Natürlich kann sich ein Sensor an jeder geeigneten Position befinden, z. B. auf bzw. nahe dem Lenker, dem Steuerrohr, in der Dämpferseite der Gabel, etc.
Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere Sensoren, die dazu konfiguriert sind, Bewegungen der gefederten Masse in drei orthogonalen Achsen zu erfassen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoranordnung einen Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser, in Form eines chip scale package („CSP“), der Bewegungen entlang von drei orthogonalen Achsen erfasst und der ein erstes digitales Signal, das die Verschiebung entlang der X-Achse kodiert, ein zweites digitales Signal, das die Verschiebung entlang der Y-Achse kodiert und ein drittes digitales Signal, das die Verschiebung entlang der Z-Achse kodiert, ausgeben kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anhebungsaktion zumindest teilweise auf Grundlage bzw. Basis des Beschleunigungsmessersignals abgeleitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoranordnung einen Drucksensor, welcher so konfiguriert ist, dass er den Druck in der Dämpferfeder misst. Zum Beispiel kann ein Drucksensor in der Federseite des Dämpfers eingesetzt werden und eine Anhebungsaktion des Lenkers zumindest teilweise aus einem plötzlich abfallen Druck abgeleitet werden. Solch ein Drucksensor kann auch für andere Zwecke genutzt werden, beispielsweise kann ein Drucksensorwert verwendet werden, um die Kraft des Aufpralls auf den Stoßdämpfer zu bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoranordnung einen Bewegungssensor, der so konfiguriert ist, dass er die Bewegung eines Standrohrs des Dämpfers in Richtung seiner Längsachse misst. Zum Beispiel kann ein Potentiometer oder ein ähnliches Gerät verwendet werden, um die Geschwindigkeit der axialen Verschiebung des Standrohrs zu messen. Aus dem Bewegungssensorsignal kann zumindest in gewissem Umfang auf die Anhebungsaktion des Lenkers geschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Steuerungsanordnung umfasst verschiedene Berechnungsmodule, welche Techniken der digitalen Signalverarbeitung (DSP) auf die Ausgangssignale der Sensoranordnung anwenden. Ein solches Berechnungsmodul ist so konfiguriert, dass es die Neigung des Fahrrads bestimmt, welche im Allgemeinen der Geländeneigung entspricht, zum Beispiel unter Verwendung der Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers.
Ein anderes Berechnungsmodul kann so konfiguriert sein, dass es die Magnitude eines Aufpralls auf das Vorderrad errechnet, beispielweise aus einem Wert des Drucksensors und/oder aus einem Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers. Die Kraft des Aufpralls kann als Gravitationskraftäquivalent („g-Kraft“) ausgedrückt werden. So kann beispielsweise ein Aufprall in der Größenordnung von 5 g - 6 g, den der Fahrer beim Bergabfahren verspürt, als „starker Aufprall“ oder „Aufprall mit hoher Kraft“ eingestuft werden, während ein Aufprall in der Größenordnung von 17 g, wenn der Fahrer bergauf fährt, als „leichter Aufprall“ oder „Aufprall mit geringer Kraft“ eingestuft werden kann. Vorzugsweise umfass die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung ein Evaluierungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die Schwere eines Aufpralls bzw. Stoßes auf Grundlage der Stoßmagnitude bzw. Magnitude des Stoßes und Neigung bestimmt.
Auf diese Weise kann die Steuerungsanordnung die oben beschriebene Situation (der Fahrer hat beim Bergauffahren abrupt am Lenker gezogen, um das Vorderrad über ein Hindernis zu heben) korrekt erkennen und reagieren, indem es den Dämpfer der vorderen Gabel in Vorbereitung auf den unmittelbar folgenden Aufprall öffnet. Aus der Sicht des Fahrers folgt auf das Anheben des Vorderrads über ein Hindernis während einer Bergauffahrt ein sanft gedämpfter Aufprall, wenn das Vorderrad wieder auf die Fahrbahn auftrifft. Der Körper des Fahrers kann sich nach vorne bewegen, während die Standrohre in die Tauchrohre sinken, so dass das Gewicht des Fahrers optimaler verteilt wird, um den übrigen Teil des Fahrrads über das Hindernis zu bringen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerungsansatzes liegt darin, dass eine hindernisreiche Bergauffahrt für den Fahrradfahrer weniger anstrengend und energieeffizienter ist.
Die erfindungsgemäße Steuerungsanordnung nutzt die Erkenntnis, dass sich ein Fahrer, der stetig bergauf fährt, im Allgemeinen langsamer bewegt, und Unebenheiten des Geländes im Allgemeinen nicht mit viel Kraft auf das Vorderrad wirken. Wenn der (bergauf fahrende) Fahrer 5 jedoch plötzlich am Lenker zieht, um das Vorderrad des Fahrrads zu heben, wird diese Aktion als hohe g-Kraft wahrgenommen, beispielsweise in der Größenordnung von 16 g - 18 g. Durch den nach oben gerichteten Zug Z_lift am Lenker werden die Standrohre schnell aus den Tauchrohren gezogen, z. B. mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 1800 mms-1. Nachdem aus den Beschleunigungsmesserdaten X und Y die Neigung des Fahrrads abgeleitet wurde, kann diese Kombination von Variablen (hohe g-Kraft und hohe Standrohrgeschwindigkeit) verwendet werden, auf das Auftreten eines nach oben gerichteten Zugs Z_lift am Lenker geschlossen und ein Befehl zum Öffnen des Dämpfungsventils gegeben werden.
Bevorzugt ist die Öffnungsdauer des Dämpfers proportional zur Kraft des Aufpralls. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Zählermodul so konfiguriert, dass es die Dauer der geöffneten Dämpferstellung auf Grundlage bzw. Basis der Stoß- bzw. Aufprallschwere und Fahrzeugneigung bestimmt. Zum Beispiel wird das Ventil nach einem großen Aufprall für eine längere Dauer und nach einem kleinen Aufprall für eine kurze Dauer in seiner „geöffneten“ Stellung gehalten.
Die erfindungsgemäße Federungsanordnung kann auch auf andere Situationen günstig reagieren, die von konventionellen E-Federungen nicht erkannt werden. Beispielsweise kann das Mountainbike über Gelände gefahren werden, das nicht eben, aber auch nicht blockig ist, z. B. ein welliges bzw. zerfurchtes Gelände. Die Bewegung in einem solchen Gelände kann sich - bei fehlender Dämpfung - in Form einer ungünstigen Schwingung oder Vibration am Vorderrad und Lenker äußern, und diese Vibration überträgt sich auf den Fahrer, dem es schwerfallen kann, sich noch auf den vorausliegenden Weg zu konzentrieren. In solchem Gelände kann eine herkömmliche elektronische Federung ungünstig reagieren: Der Dämpfer der vorderen Gabel kann „geschlossen“ bleiben, da die Stärke der Stöße als nicht ausreichend bewertet wird, um den vorderen Stoßdämpfer zu öffnen; oder der vordere Stoßdämpfer wird abwechselnd und scheinbar willkürlich geöffnet und geschlossen. Der erfindungsgemäße Ansatz besteht darin, eine Situation zu erkennen, in welcher Stöße mit geringer bis mittlerer Stärke in rascher Abfolge aufeinanderfolgen, und den Dämpfer der vorderen Gabel während der Fahrt über solches Gelände in einer geeigneten „geöffneten“ Stellung zu halten. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Dämpfersteuerungsanordnung so konfiguriert, dass sie eine Vibration der gefederten Masse erkennt und den Dämpfer als Reaktion auf die erfasste Vibration öffnet.
In einer weiteren Situation, welche von einer konventionellen E-Federung nicht erkannt wird, kann die erfindungsgemäße Federungsbaugruppe so gesteuert werden, dass sie auf eine plötzliche Abwärtsverschiebung des Vorderrads reagiert. Beispielsweise kann der Boden bei einer Bergabfahrt abrupt abfallen. Aufgrund der abrupten Änderung des Geländes sinkt das Vorderrad abrupt relativ zum Lenker ab, während der Kontakt zum Boden erhalten bleibt. In dieser Situation reagiert der Dämpfer der erfindungsgemäßen Federungsbaugruppe, indem er sich in Erwartung des nachfolgenden „Aufpralls“ vollständig öffnet, wenn die ungefederte Masse (das Vorderrad) die Tauchrohre wieder nach oben drücken würde. Diese Reaktion basiert auf der Erkenntnis, dass sich der Fahrer in einer sicheren Abfahrtsposition befindet, weit hinten sitzend und mit zum Lenker ausgestreckten Armen, d. h. der Fahrer zieht weder am Lenker noch übt er einen nennenswerten Druck auf den Lenker aus, wenn das Gelände bergab plötzlich steiler wird. In Kombination mit der aus den Daten des Beschleunigungsmessers verringerten Bergabneigung des Fahrrads und der plötzlichen Abwärtsbewegung der Gabel (beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1800 mm/s) kann die Steuerung ableiten, dass das Gelände gerade steil abfällt und einen Befehl zum Öffnen des Dämpfungsventils in Erwartung des nachfolgenden Aufpralls ausgeben.
Ein Kompressionsventil reguliert den Fluss der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Druck- und Reserverohr des Dämpfers und kann üblicherweise zwischen einer „geöffneten“ und einer „geschlossenen“ Stellung verstellt werden. Wenn der dämpferseitige Kolben beim Abrollen des Vorderrads über unebenes Gelände nach oben bzw. unten gedrückt wird, bestimmt die Stellung des Kompressionsventils die Menge und Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms zwischen dem Druckrohr und dem Reserverohr. Wie oben erläutert, kann davon ausgegangen werden, dass der Dämpfer in der Teleskopfedergabel eines Mountainbikes mit elektronischer Federungsbaugruppe ein elektronisch steuerbares Kompressionsventil umfasst.
Ein üblicherweise verwendetes Kompressionsventil ist als ein Nadelventil mit einem hohlen zylindrischen Körper realisiert, der an einem oberen Ende des Druckrohrs befestigt ist, und mit einer Nadel, die in den bzw. aus dem zylindrischen Körper hinaus zwischen einer „geschlossenen“ und einer „geöffneten“ Stellung des Ventils bewegt werden kann. Im Falle einer E-Federung kann jedoch eine Nadelventil-Konstruktion problematisch sein. Denn eine aufwärts gerichtete axiale Kraft, die einem Stoß am Stoßdämpfer folgt, kann in erheblichen Kräften resultieren, die dann axial auf den Ventilantrieb übertragen werden, welcher möglicherweise ein mit kleinen Batterien betriebener Gleichstrommotor ist. Die aufwärts gerichtete axiale Kraft sorgt dafür, dass der Motor härter arbeiten muss, um die Nadel in ihrer unteren „geschlossenen“ Stellung zu halten, und daraus kann eine Abnutzung des Motors resultieren, was wiederum seine Laufzeit signifikant reduziert. Die Batterieleistung kann sich schneller erschöpfen. Ein weiterer Nachteil dieses Nadelventils aus dem Stand der Technik liegt in der Schwierigkeit eine wirklich „geschlossene“ Einstellung zu erreichen, da der axiale Aufwärtsdruck des Kolbens nach einem Stoß auf das Vorderrad etwas Flüssigkeit in das Reservoir bzw. den Behälter drücken kann, mit dem Ergebnis, dass sich die Kartusche etwas - für den Fahrer dennoch spürbar - nach unten bewegt. Im Folgenden kann die „geschlossene“ Stellung des Dämpferventils auch als „geschlossen“ bzw. „verriegelt“ bezeichnet werden.
Ein vorteilhafteres Kompressionsventil wird im Folgenden beschrieben:

Das Kompressionsventil umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Hauptkörper, welcher eine innere Kavität bzw. einen Hohlraum in der Form eines axialen Blind- bzw. Sacklochs aufweist. Dieser Hauptkörper ist so ausgebildet, dass er im Dämpfer an einem Übergang zwischen Druckrohr und Reserverohr befestigt werden kann. Die longitudinale Achse des Hauptkörpers stimmt vorzugsweise mit der longitudinalen Achse des Dämpfers überein. Das Kompressionsventil umfasst weiter einen im Wesentlichen radialen Durchgang, welcher einen Fluidweg zwischen Druckrohr und Reserverohr des Dämpfers bereitstellt, d. h. einen Fluidweg durch das Kompressionsventil hindurch. Das Kompressionsventil umfasst ferner einen drehbaren Körper, welcher so geformt ist, dass er zum Hauptkörper passt, und der zwischen einer ersten Stellung, in welcher der drehbare Körper einen Fluidweg öffnet bzw. freigibt, und einer zweiten Stellung, in welcher der drehbare Körper sämtliche Fluidwege verschließt bzw. verstopft, drehbar ist. Der drehbare Körper kann so ausgebildet sein, dass er ins Innere des axialen Sacklochs oder alternativ um ein Ende des Hauptkörpers passt.

Das axiale Sackloch verschließt in axialer Richtung das Innere des Hauptkörpers gegenüber dem Druckrohr, d. h. die Basis des Hauptkörpers ist abgesperrt vom Druckrohr. Dies hat den Effekt, dass die Flüssigkeit vom Druckrohr in axialer Richtung nicht in den Hauptkörper gelangen kann. Stattdessen wird eine Anzahl von Flüssigkeitsöffnungen in der Wand des Hauptkörpers vorgesehen.
Ein Vorteil dieses Kompressionsventils besteht darin, dass bei einem Stoß die beweglichen Teile des Dämpfers - der Zylinder des Kompressionsventils und eine Kupplung zwischen dem Kompressionsventil und einem Stellglied - keiner axialen Kraft nach oben bzw. aufwärts gerichteten axialen Kraft ausgesetzt sind.
Das hierin beschriebene Kompressionsventil kann vorteilhafterweise eine Hochgeschwindigkeits-Reaktion auf einen plötzlichen Stoß bzw. Aufprall ermöglichen. Der gewünschte Grad der Dämpfung wird bestimmt durch die Dämpfungseinstellungen, beispielsweise „vollständig geöffnet“ oder „vollständig geschlossen“ und durch die entsprechende Stellung des drehbaren Körpers des Kompressionsventils: Der drehbare Körper wird gedreht, um die Öffnung des Durchgangs freizulegen, wenn eine Dämpfung gewünscht ist (das Ventil befindet sich in einer „geöffneten“ Einstellung) oder die Öffnungen sämtlicher Durchgänge zu versperren, wenn keine Dämpfung gewünscht ist (das Ventil befindet sich dann in seiner „geschlossenen“ Einstellung).
Ein Durchgang hat eine Öffnung, die sich in das axiale Sackloch öffnet, und eine Öffnung, die so angeordnet ist, dass sie sich in das Reserverohr öffnet, wenn der drehbare Körper gedreht wird, um einen Fluidweg freizugeben bzw. freizulegen. Auf diese Weise stellt der Durchgang bzw. die Durchgangspassage einen Fluidwegzwischen Druckrohr und Reserverohr zur Verfügung. Ein Durchgang ist im Wesentlichen radial, d. h. ein Durchgang erstreckt sich zumindest teilweise in einer radialen Richtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kompressionsventils. Daher können im Folgenden die Begriffe „Ölkanal“, „Durchgang“ und „radiales Durchgangsloch“ Synonym verwendet werden.
Ein Durchgang kann auf jede geeignete Weise eingeformt oder maschinell eingearbeitet werden, zum Beispiel durch Bohren. Vorzugsweise umfasst ein Durchgang über seine gesamte Länge bzw. in Längserstreckung einen gleichmäßigen Querschnitt. Ein Durchgang umfasst vorzugsweise einen runden Querschnitt über seine Länge.
Wie oben erwähnt, besteht ein signifikanter Vorteil des Kompressionsventils darin, dass der drehbare Körper des Kompressionsventils keinen axialen Aufwärtskräften ausgesetzt ist, wenn die Flüssigkeit nach einem Stoß auf das Vorderrad nach oben gedrückt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Dämpfer, der ein Kompressionsventil umfasst, in der üblichen Weise funktioniert, d. h. ein Stoß versetzt das Vorderrad nach oben; dies wiederum verursacht eine Aufwärtsbewegung der Kolbenstange, welche wiederum dafür sorgt, dass Hydraulikflüssigkeit nach oben ins Innere des Ventils gedrückt wird. Abhängig von den Ventileinstellungen wird so verhindert oder ermöglicht, dass die Hydraulikflüssigkeit in das Reserverohr gelangt. Jedoch stellt dabei die vorteilhafte Konstruktion des Kompressionsventils sicher, dass der Ventilantrieb mit weniger Aufwand arbeiten kann. Insbesondere bei einem elektronisch betriebenen Ventilantrieb führt die Entkopplung des drehbaren Körpers von den axialen Aufwärtskräften dazu, dass der Ventilantrieb weniger Energie benötigt. Dies führt zu einer längeren Batterielebensdauer und/oder einer kleineren Batterie im Falle eines batteriebetriebenen Dämpfers.
Der drehbare Körper kann so geformt sein, dass er in den Hauptkörper hineinpasst, d. h. in den inneren Hohlraum des Hauptkörpers. In solch einer Ausführungsform kann der drehbare Körper die Form eines Zylinders bzw. eines Stabs haben, und ein oder mehrere Durchgänge können in dem ansonsten aus Vollmaterial bestehenden Körper ausgebildet sein. In diesem Fall kann ein Durchgang einen oberen radialen Abschnitt mit einer Blende, welche sich ins Innere des Reserverohrs öffnet, einen unteren radialen Abschnitt mit einer Öffnung, welche so angeordnet ist, dass sie mit einer Flüssigkeitsöffnung in der Wand des Hauptkörpers fluchtet, sowie einen axialen Abschnitt umfassen, welcher den oberen und den unteren radialen Abschnitt verbindet.
Alternativ kann der drehbare Körper so geformt sein, dass er sich um das obere Ende des Hauptkörpers legt, d. h. er hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und kann im Folgenden als Zylinderkörper bezeichnet werden. In solch einer Ausführungsform erstrecken sich ein oder mehrere Durchgänge radial durch das obere Ende des Hauptkörpers. Somit hat ein Durchgang eine Innenöffnung, die in das axiale Sackloch mündet und eine Außenöffnung, die in das Reserverohr mündet. Der Zylinderkörper hat eine oder mehrere Öffnungen, die so angeordnet ist (sind), dass sie mit einer äußeren Öffnung eines Durchgangs fluchtet(n). Die folgende Beschreibung kann sich hauptsächlich auf Merkmale dieser Ausführungsform beziehen.
Der drehbare Körper ist relativ zum Hauptkörper frei drehbar, aber vorzugsweise so geformt, dass er mit nur geringem Spiel eng anliegt, d. h. Hauptkörper und drehbarer Körper sind mit einer sehr präzisen Toleranz gefertigt bzw. bearbeitet.
Bevorzugt verläuft der radiale Abschnitt eines Durchgangs im Wesentlichen senkrecht zum axialen Sackloch. In einer solchen Ausführungsform wird die durch die Kolbenstange axial nach oben gedrückte Hydraulikflüssigkeit, dazu gezwungen, ihre Richtung im Wesentlichen um 90° zu ändern, um während der Hochgeschwindigkeitskompression auf ihrem Weg vom Druckrohr zum Reserverohr aus dem oberen Ende des Hauptkörpers des Kompressionsventils auszutreten.
Das Kompressionsventil kann ein oder mehrere radiale Durchgangslöcher umfassen, welche dazu dienen, eine Hochgeschwindigkeits-Reaktion auf einen plötzlichen Stoß bzw. Aufprall zu ermöglichen. Beispielsweise können zwei diametral gegenüberliegende primäre radiale Durchgangslöcher bzw. Ölkanäle im oberen Bereich des Hauptkörpers des Kompressionsventils ausgebildet sein. Das primäre radiale Durchgangsloch kann eine Querschnittsfläche in der Größenordnung von 5 mm² bis 15 mm² aufweisen, abhängig von den Spezifikationen des Dämpfers (so können beispielsweise die Ölkanäle in einem Kompressionsventil für den Dämpfer eines „Downhill-Bikes“ bzw. Downhill-Fahrrads größer sein als die Ölkanäle in einem Kompressionsventil eines Dämpfers für ein „All-Mountain-Bike“). Die Querschnittsfläche des axialen Sacklochs im Inneren des Ventils wird vorzugsweise auf Grundlage der gesamten Querschnittsfläche der primären Ölkanäle gewählt, wie dem Fachmann bekannt sein dürfte.
Der Dämpfer kann mehr als eine „offene“ Einstellung umfassen, zum Beispiel eine „vollständig geöffnete“ Einstellung und eine „mitteloffene“ bzw. „teilweise geöffnete“ Einstellung bzw. Stellung. Zu diesem Zweck kann das Kompressionsventil einen sekundären radialen Durchgang umfassen, welcher dazu dient, eine Hochgeschwindigkeits-Reaktion auf einen weniger starken Stoß bzw. Aufprall zu ermöglichen. In der „mitteloffenen“ Einstellung ist der Hub geringer als in der „offenen“ Einstellung. Dies wird durch geeignete Abmessungen der radialen Durchgänge erreicht. Die Querschnittsfläche des kleineren, sekundären Ölkanals kann in der Größenordnung von 0,2 mm² bis 5 mm² liegen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Querschnittsfläche des sekundären Ölkanals vorzugsweise zumindest 10-mal kleiner als die Querschnittsfläche des primären Ölkanals, und kann sogar noch kleiner sein, z. B. kann sie eine Querschnittsfläche aufweisen, die 30-mal kleiner ist als die Querschnittsfläche des primären Ölkanals. Natürlich können die Querschnittsflächen der Ölkanäle unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren gewählt werden, wie dem Fachmann bekannt sein wird.
Die oben beschriebenen primären und sekundären Durchgänge sind für Hochgeschwindigkeits-Reaktionen auf Stöße auf das Vorderrad relevant. Wie der Fachmann weiß, kann ein Dämpfer der hier beschriebenen Art so konstruiert werden, dass er eine Hochgeschwindigkeits-Kompression und eine Niedergeschwindigkeits-Kompression ermöglicht, um beispielsweise dem „pedal bob“ beim Treten der Pedale entgegenzuwirken. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Dämpfer verschiedene Scheibenstapel („shim-stacks“) umfasst, die so angeordnet sind, dass das gewünschte Maß an Kompression erreicht wird, wie dem Fachmann bekannt sein wird.
Das Kompressionsventil kann auf jede geeignete Weise mit einem Ventilantrieb gekoppelt werden. Zu diesem Zweck wird der drehbare Körper des Kompressionsventils vorzugsweise so geformt, dass er mit einem Kopplungsmittel oder Übertragungsglied, welches zwischen dem Kompressionsventil und dem Ventilantrieb angeordnet ist, in Eingriff kommt.
Weitere Gegenstände und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden detaillierten Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Zeichnungen nur zum Zwecke der Veranschaulichung dienen und nicht als Definition der Grenzen der Erfindung.
Figurenliste

1 zeigt ein Mountainbike, das mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federungsanordnung ausgestattet ist;
2 zeigt einen Dämpfer und eine Vorderradgabel der Federungsanordnung aus 1;
3 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften E-Federungssteuerungsanordnung;
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung;
Die 5 bis 8 zeigen beispielhafte Berechnungsblöcke der Steuerungsanordnung aus 11;
9 und 10 veranschaulichen eine Reaktion der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung in einer beispielhaften Situation;
11 veranschaulicht eine Reaktion der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung in einer weiteren beispielhaften Situation;
12 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressionsventils;
13 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfers;
Die 14 bis 16 zeigen verschiedene Stellungen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressionsventils, wie es in 13 dargestellt ist;
17 zeigt eine Explosionsdarstellung des Kompressionsventils der 14 - 16;
18 zeigt ein Kompressionsventil nach dem Stand der Technik;
19 veranschaulicht eine weitere von der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung erkannte beispielhafte Situation.

In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Nummern durchweg auf gleiche Objekte. Die Objekte in den Diagrammen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein beispielhaftes Mountainbike 3, das mit einer Federungsanordnung 4 ausgestattet sein kann, bei der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfers 2 zum Einsatz kommt. Dieses beispielhafte Mountainbike 3 ist ausgestattet mit einer Vollfederung, d. h. es hat einen vorderen Stoßdämpfer 41 und auch einen hinteren Stoßdämpfer 42. Ein solches Mountainbike wird gemeinhin als ein „Fully“ bezeichnet.
In den hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen ist der vordere Stoßdämpfer 41 Teil einer elektronischen Federung, und der hintere Stoßdämpfer 42 kann auch in dieser elektronischen Federung integriert sein. Im Unterrohr 31 des Mountainbikes 3 kann ein Batteriepack zur Stromversorgung der Komponenten der Federungsanordnung 4 angeordnet sein.
Der vordere Stoßdämpfer 41 ist als Teleskopgabel ausgeführt, die zwischen der Vorderradachse und dem Steuerrohr 30 des Fahrrads 3 angeordnet ist. In dieser Konfiguration, die dem Fachmann vertraut ist, hat der vordere Stoßdämpfer 41 eine Federseite (die normalerweise eine Luftfeder enthält) und eine Dämpferseite (hier auf der rechten Seite des Fahrrads 3), die einen Dämpfer zur Unterstützung der Feder enthält. Diese Art von vorderem Stoßdämpfer 41 hat eine obere Baugruppe, die aus zwei Standrohren 410 besteht, die durch Gabelkrone 411 zur Montage der Gabel 41 am Steuerrohr 30 des Fahrrads verbunden sind, und eine untere Baugruppe, die aus einem Paar von Tauchrohren 412 besteht, die durch einen Bogen 413 verbunden sind, sowie Schaltaugen zur Verbindung mit der Vorderradachse. Die Standrohre 410 können beim Ein- und Ausfedern je nach Einstellung des Dämpfers und der Geländebeschaffenheit in die Tauchrohre 412 hinein- und hinausgleiten.
In 2 sind die Dämpferseite der Gabel 41 und ein Dämpfer 2 dargestellt. Der Dämpfer 2 verfügt über eine Kolbenstange 21, die im Tauchrohr 412 angeordnet ist, ein Druckrohr 20P, und eine Kartusche 20C. Die Kartusche 20C ist innerhalb eines Standrohrs 410 angeordnet. Wenn das Vorderrad 33 gegen ein Hindernis stößt, wird die Kolbenstange 21 durch die dabei entstehende Aufwärtskraft um einen durch die Dämpfereinstellung bestimmten Einfederweg („Hub“) in das Druckrohr 20P bzw. „Arbeitsrohr“ gedrückt. Das Standrohr 410 scheint entsprechend um diesen Einfederweg einzusinken. Eine „geöffnete“ Dämpfereinstellung dämpft den Aufprall, den der Fahrer spürt, ab. Der Aufbau und die Konstruktion des Dämpfers 2 bestimmen das Maß, zu welchem der vordere Stoßdämpfer einfedert und nach der Kompression durch einen kontrollierten Austausch hydraulischer Flüssigkeit (in der Regel Öl) zwischen Druckrohr und Reserverohr des Dämpfers wieder ausfedert (zurückschnellt).
Wie der Fachmann weiß, kann ein solcher Dämpfer 2 zwischen seiner geöffneten und geschlossenen Stellung geschaltet werden, um den Hub zu steuern, d. h. den Einfederweg, um den sich die Kolbenstange 21 relativ zum Druckrohr 20P bewegen kann, wenn das Vorderrad auf ein Hindernis trifft. Der Dämpfer 2 in der vorderen Gabel des Mountainbikes 3 ist Teil einer elektronischen Federung. Wie in 13 gezeigt, können die Komponenten einer Steuerungsanordnung 24 des Dämpfers 2 auf einer kleinen Leiterplatte angeordnet und im dämpferseitigen Schenkel der Gabel 41 untergebracht sein. 3 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer vorderen Stoßsteuerungsanordnung 24 dar und zeigt einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser 240AS, welcher die Auslenkung 240x, 240y, 240z entlang von drei orthogonalen Achsen ausgibt. Nach gängiger Auffassung kann die X-Achse der Vorwärtsrichtung der Bewegung des Fahrrads entsprechen, die Y-Achse kann senkrecht zur X-Achse in einer horizontalen Ebene verlaufen und die Z-Achse kann der Vertikalen entsprechen. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Messwerte des Beschleunigungsmessers so interpretiert werden, dass die Orientierung des Sensors berücksichtigt wird, beispielsweise der Messwert der Z-Achse so interpretiert, das der Neigungswinkel der vorderen Gabel relativ zur echten Vertikalen berücksichtigt wird.
Die Dämpfersteuerungsanordnung 24 kann auch einen Drucksensor 240PS zur Messung des Drucks 240p in der Dämpfer-Feder-Seite und/oder einen Bewegungssensor 240MS zur Messung der Bewegung 240m eines Standrohres aufweisen.
Im Folgenden sind unter der Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung alle Einheiten und Module zu verstehen, die gemeinsam den (die) Sensorausgangswert(e) auswerten, um festzustellen, ob eine Aufwärtszugbewegung am Dämpfer 2 wirkt.
Die Sensorausgangssignale 240x, 240y, 240z, 240p, 240m werden an ein Signalverarbeitungsmodul 241 weitergeleitet, welches verschiedene DSP-Algorithmen anwenden kann und welches die Ergebnisse an ein Entscheidungsmodul 242 sendet. Damit das Entscheidungsmodul 242 entsprechende Steuerungssignale 24out für den Ventilantrieb 22 erzeugen kann, sind weitere Informationen notwendig, so wird zum Beispiel auch die aktuelle Stellung des Zylinders 11 des Dämpfungsventils 1 überwacht, beispielsweise durch einen Inkrementalgeber 243, und die Zylinder Stellung („offen“, „halboffen“ oder „zu“) an das Entscheidungsmodul 242 übermittelt. Die Eingangssignale an das Entscheidungsmodul 242 werden kontinuierlich empfangen und ausgewertet, und das Entscheidungsmodul 242 erzeugt ein entsprechendes Steuersignal 24out für den Gleichstrommotor 22, welcher dann dementsprechend das Übertragungsgelenk 23 antreibt.
Um den Dämpfer z. B. bei Stößen gegen das Vorderrad in einer Bergabwärtsfahrt zu steuern, verarbeitet beispielsweise die Steuerungsanordnung 24 die Sensorsignale zur Bestimmung der Steigung und zur Ableitung der Aufprallkraft. Auf einer holprigen Bergabstrecke öffnet die E-Federung des Mountainbikes dann das Kompressionsventil des Vorderradstoßdämpfers, wann immer das Vorderrad auf ein Hindernis trifft, wobei die Dämpfungsdauer proportional zur Aufprallstärke bzw. -kraft ist. Bei einem starken Aufprall bleibt das Ventil länger „offen“, bei einem leichten Aufprall bleibt das Ventil kurz „offen“. Ein vereinfachtes Diagramm eines solchen Entscheidungsbaums ist in 4 dargestellt, das die Funktionalität des digitalen Signalprozessors 241 und des Entscheidungsmoduls 242 der Steuerungsanordnung 24 aus 3 wiedergibt. Das Diagramm zeigt eine Anzahl von Berechnungsblöcken B1, ..., Bn. Jeder Berechnungsblock B1, ..., Bn empfängt ein oder mehrere Sensorsignale und liefert ein Berechnungsergebnis B1_out, ..., Bn_out. Ein Neigungs- bzw. Steigungsberechnungsblock 245 leitet aus den Beschleunigungsmessersignalen 240x, 240y, 240z die Neigung bzw. Steigung des Geländes ab. Der Neigungswert des Neigungsberechnungsblocks 245 wird dann von einem Erholungszeitberechnungsblock 246 verwendet, der die Erholungszeit des Dämpfers berechnet und auch von einem Aufprallschwellenwertberechnungsblock 247, der über die aktuelle Dämpfungseinstellung (z. B. „offen“, „halboffen“, „zu“) informiert wird.
Die Ausgangswerte des Berechnungsblocks B1_out, ..., Bn_out und der berechnete Aufprallschwellenwert werden an ein Vergleichsmodul 248 weitergeleitet, das seine Eingangsdaten mit verschiedenen vordefinierten Schwellenwerten vergleicht, um die Stärke des Aufpralls (starker Aufprall oder leichter Aufprall) zu ermitteln. Das Ergebnis eines negativen Vergleichs (d. h. die Kraft des Aufpralls übersteigt keinen der Schwellenwerte) hat keinen Effekt, so dass die Federung „geschlossen“ bleibt. Als Ergebnis eines positiven Vergleichs (d. h. die Kraft des Aufpralls übersteigt einen Schwellenwert) wird im Zeitzurücksetzungsblock 249 ein Zeitgeber zurückgesetzt, der dann mit dem Zählen beginnt. Bei einem starken Aufprall wird der Zeitgeber für den starken Aufprall auf null zurückgesetzt, bei einem leichten Aufprall wird der Zeitgeber für den leichten Aufprall auf null zurückgesetzt. Ein Zeitgeber wird mit einer geeigneten Frequenz, z. B. 1 kHz, erhöht. In einem ersten Entscheidungsblock D1 wird der Zeitgeber für den starken Aufprall mit der Erholungszeit verglichen, die im Block 246 ermittelt wurde. Die Federung bleibt „offen“, solange der Zählerstand des Zeitgebers für den starken Aufprall geringer ist als die Erholungszeit, andernfalls wird zum zweiten Entscheidungsblock D2 übergegangen. Im zweiten Entscheidungsblock D2 wird der Zeitgeber für den leichten Aufprall mit der Erholungszeit verglichen, welche im Block 246 ermittelt wurde. Die Federung bleibt in einer „halboffenen“ Einstellung, solange der Zählerstand des Zeitgebers für den leichten Aufprall geringer ist als die Erholungszeit, andernfalls wird die Federung „geschlossen“ (die Zeitgeber dürfen bis zum nächsten Zurücksetzen weiterlaufen).
Die Ausgabewerte der Entscheidungsblöcke D1, D2 können so verstanden werden, dass sie dem Ventilsteuerungssignal 24out von 10 entsprechen. Diese Diagramme sind nur beispielhaft, und der Fachmann wird wissen, dass es viele Möglichkeiten gibt, Beschleunigungsmessersignale zu verarbeiten, um geeignete Dämpfungseinstellungen zu erhalten.
Das Kompressionsventil des Vorderraddämpfers kann im Allgemeinen geschlossen gehalten werden, wenn die Beschleunigungsmessersignale 240x, 240y, 240z anzeigen, dass der Fahrer bergauf oder auf einer ebenen Strecke unterwegs ist. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren kann auf eine Aufwärtszugbewegung des Lenkers reagieren, wenn der Fahrer das Vorderrad anhebt, um ein Hindernis zu überwinden, wie oben erläutert. Zu diesem Zweck extrahiert das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren relevante Informationen aus den Sensorsignalen, wie im Folgenden erläutert wird.
5 zeigt einen ersten Berechnungsblock B1. Dieser Block B1 beinhaltet zwei Stufen: eine erste Stufe wendet einen Hochpassfilter auf das Ausgangssignal des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers an; eine zweite Stufe berechnet den absoluten Wert seines Eingangswerts. Der Ausgangswert B1_out dieses Blocks B1 ist demnach der Absolutwert des hochpassgefilterten Signals des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers, d. h. die Magnitude eines Aufpralls.
6 zeigt einen weiteren Berechnungsblock B2. Dieser Block B2 beinhaltet drei Stufen: eine erste Stufe wendet einen Tiefpassfilter auf jeden der Beschleunigungsmesserwerte an; eine zweite Stufe berechnet die Norm ihrer Eingangswerte (das tiefpassgefilterte x-Achsen-Signal und das tiefpassgefilterte Y-Achsen-Signal). Der Ausgangswert der zweiten Stufe und das tiefpassgefilterte Z-Achsen-Signal werden an eine dritte Stufe übergeben, welche auf ihre Eingangswerte eine Arctan-Funktion anwendet. Der Ausgangswert B2_out dieses Blocks B2 ist die Neigung bzw. Steigung des Geländes.
7 zeigt einen weiteren Berechnungsblock B3. Dieser Block B3 beinhaltet drei Stufen: eine erste Stufe wendet einen Hochpassfilter auf seine Eingangswerte an, zum Beispiel auf den Ausgangswert des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers, wie hier gezeigt; eine zweite Stufe berechnet das Integral seines Eingangswerts: die dritte Stufe wendet einen Hochpassfilter auf seine Eingangswerte an. Der Ausgangswert B3_out dieses Blocks B3 zeigt eine Bewegung in der Z-Richtung an und wird im erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem dazu verwendet, eine Anhebungsaktion bzw. ein Hochziehen der gefederten Masse zu erkennen. Das „Hochziehen“ kann aus dem Ausgangswert 240z des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers, wie hier gezeigt, und/oder einem Ausgangswert eines Drucksensors 240p und/oder einem Ausgangswert des Bewegungssensors 240m, wie oben erklärt, abgeleitet werden. Eine Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung kann beliebige Einheiten oder Module umfassen, die gemeinsam den (die) Sensorausgangswert(e) auswerten, um festzustellen, ob eine Aufwärtszugbewegung am Dämpfer 2 wirkt.
8 zeigt einen weiteren Berechnungsblock B4. Dieser Block B4 beinhaltet drei Stufen: eine erste Stufe wendet einen Hochpassfilter auf den Ausgangswert des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers an; eine zweite Stufe berechnet den quadratischen Mittelwert (QMW, engl. rms oder „root mean square“) ihres Eingangswerts; eine dritte Stufe wendet einen Tiefpassfilter auf ihre Eingangswerte an; Der Ausgangswert B4_out dieses Blocks B4 kann dazu verwendet werden, „Vibration“ abzuleiten, d. h. eine Situation, in welcher das Fahrrad über zerfurchtes oder längeres holpriges Gelände gefahren wird, so dass der Stoßdämpfer in rascher Abfolge Stöße abbekommt.
Es kann eine beliebige Anzahl weiterer Berechnungsblöcke enthalten sein, beispielsweise ein Berechnungsblock, der feststellt, ob sich das Fahrrad im freiem Fall befindet.
9 veranschaulicht eine beispielhafte Reaktion der erfindungsgemäßen Federsteuerungsanordnung, wenn der Fahrer das Vorderrad anhebt, um ein Hindernis zu überwinden. Das Diagramm zeigt vier Signale. Die oberste Kurve entspricht dem Ausgangssignal 240z des Z-Achsen-Beschleunigungsmessers wie es auftreten könnte, wenn der Fahrer zu einem Zeitpunkt t0 plötzlich das Vorderrad hochreißt. Die nächste Kurve entspricht dem hochpassgefilterten Integral B3_out des Berechnungsblocks B3, d. h. der Geschwindigkeit in der Z-Richtung nach oben. Wenn diese Variable einen vordefinierten Schwellenwert TH1 übersteigt, wird ein Bit F1 (das anzeigt, dass eine Aufwärtsbewegung erkannt wurde) auf „1“ gesetzt und das Steuerungssignal 24out für den Frontdämpfer wird so eingestellt, dass das Ventil „geöffnet“ wird, so dass die Ventilstellung VP zu einem Zeitpunkt t1 von „zu“ auf „offen“ wechselt.
Das Bit F1 bleibt auf „1“ bis die Geschwindigkeit in der Z-Richtung nach oben (B3_out) unter den Schwellenwert t1 abfällt. Von diesem Zeitpunkt t2 stellt das Steuerungssignal 24out des Frontdämpfers sicher, dass die Ventilstellung VP für die Erholungszeit „offen“ bleibt, wonach das Steuerungssignal 24out des Frontdämpfers einen Befehl ausgibt, welcher die Ventilstellung VP zu einem Zeitpunkt t3 auf „zu“ wechselt. Dies kann sich zum Beispiel darin äußern, dass der Zylinder 11 des Kompressionsventils 1 gedreht wird, um sämtliche Durchgangslöcher des Kompressionsventils zu verschließen. Die Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt t0 (der Fahrer zieht am Lenker) und dem Zeitpunkt t1 (der Dämpfer ist „offen“) ist vorteilhaft gering: innerhalb von etwa 100 µs wird ein Aufwärtszug Z_lift am Lenker erkannt und der Befehl zum Öffnen des Ventils gegeben. Innerhalb von rund 3 ms hat der Ventilantrieb 22 den drehbaren Körper des Ventils gedreht, um den Fluidweg zwischen dem Druckrohr und dem Reserverohr zu öffnen, hier angezeigt zum Zeitpunkt t1. Diese vergleichsweise kurze Reaktionszeit kann vom Fahrer als nahezu augenblicklich empfunden werden.
Der Dämpfer kann für eine geeignete Zeitdauer „offen“ bleiben, zum Beispiel 1 s, nach welcher er in die „geschlossene“ Stellung zurückkehrt, wie hier zum Zeitpunkt t3 angegeben. Natürlich wird die Zeitdauer, in der das Dämpfungsventil geöffnet ist, vorzugsweise unter Berücksichtigung der Magnitude des Aufpralls und der Tatsache gewählt, ob der Fahrer bergauf, bergab oder auf flachem Gelände unterwegs ist. Die erfindungsgemäße Federsteuerungsanordnung kann diese Variablen ermitteln und das Dämpfungsventil entsprechend öffnen. Beispielsweise kann auf einen Aufprall mit relativ geringer Kraft eine für 1 Sekunde „geöffnete“ Dämpfereinstellung folgen, wenn der Fahrer bergauf oder auf flachem Gelände fährt; wenn der Fahrer bergab fährt, kann auf einen Aufprall mit ähnlich geringer Kraft eine „geöffnete“ Dämpfereinstellung für bis zu 2 Sekunden folgen; auf einen starken Aufprall, wenn der Fahrer bergauf oder auf flachem Gelände unterwegs ist, kann eine „geöffnete“ Dämpfereinstellung von bis zu 1,2 Sekunden folgen, während auf einen ähnlich starken Aufprall eine „geöffnete“ Dämpfereinstellung für 3,5 Sekunden folgen kann.
Die Kraft des Aufpralls kann als Gravitationskraftäquivalent („g-Kraft“) ausgedrückt werden. So kann beispielsweise ein Aufprall in der Größenordnung von 5 g - 6 g, den der Fahrer beim Bergabfahren verspürt, als „starker Aufprall“ oder „Aufprall mit hoher Kraft“ eingestuft werden, während ein Aufprall in der Größenordnung von 17 g, wenn der Fahrer bergauf fährt, als „leichter Aufprall“ oder „Aufprall mit geringer Kraft“ eingestuft werden kann.
Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren nutzt die Erkenntnis, dass sich ein Fahrer, der stetig bergauf fährt, im Allgemeinen langsamer bewegt, und Unebenheiten des Geländes im Allgemeinen nicht mit viel Kraft auf das Vorderrad wirken. Wenn der (bergauf fahrende) Fahrer 5 jedoch plötzlich am Lenker zieht, beispielsweise um das Vorderrad des Fahrrads über ein großes Hindernis 6 zu heben, wie in 10 gezeigt, wird diese Aktion als hohe g-Kraft wahrgenommen, beispielsweise in der Größenordnung von 16 g - 18 g. Durch den nach oben gerichteten Zug Z_lift am Lenker werden die Standrohre rasch aus den Tauchrohren gezogen, z. B. mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 1800 mm/s. Nachdem aus den Beschleunigungsmesserdaten X und Y die Neigung des Fahrrads abgeleitet wurde, kann diese Kombination von Variablen (hohe g-Kraft und hohe Standrohrgeschwindigkeit) dazu verwendet werden, das Auftreten eines nach oben gerichteten Zugs Z_lift am Lenker zu erkennen und einen Befehl zum Öffnen des Dämpfungsventils abzugeben, wie oben in 9 dargestellt.
11 zeigt die Reaktion der erfindungsgemäßen Federsteuerungsanordnung in einer Situation, in welcher das Fahrrad über zerfurchtes Gelände (ein steiniger Weg, eine Reihe von festgefahrenen Reifenspuren oder andere parallele Erhebungen, etc.) gefahren wird und ein Stoßdämpfer Stöße mit geringer bis moderater Kraft in rascher Abfolge abfängt. Die oberste Kurve zeigt das annähernd sinusförmige Z-Achsen Beschleunigungsmessersignal 240z, wenn das Fahrrad über eine Reihe von Unebenheiten fährt, die vom Fahrer als Vibration Z_vibe wahrgenommen werden. Die nächste Kurve B4_out ist der quadratische Mittelwert des hochpassgefilterten Z-Achsen-Signals. Wenn diese Variable B4_out einen Vibrationsschwellenwert TV1 für „geringe Amplitude“ für eine vorbestimmte Mindestdauer TV1_wait übersteigt, beispielsweise spürt der Fahrer Stöße in der Größenordnung von 2,4 g für mindestens 2 Sekunden, wird ein Bit F2 auf „1“ gesetzt und die Ventilstellung VP des vorderen Stoßdämpfers wechselt von „zu“ auf „halboffen“, wie in der untersten Kurve gezeigt ist. Hier wird der Vibrationsschwellenwert TV1 für „geringe Amplitude“ zum Zeitpunkt t0 überschritten und bleibt dort länger als die Mindestdauer TV1_wait, so dass das Bit F2 zum Zeitpunkt t1 auf „1“ gesetzt wird und der vordere Stoßdämpfer von „zu“ auf „halboffen“ wechselt. Wenn die Variable B4_out einen Vibrationsschwellenwert TV2 für „große Amplitude“ für eine vorbestimmte Mindestdauer TV2_wait übersteigt, beispielsweise spürt der Fahrer Stöße in der Größenordnung von 6 g für mindestens 2 Sekunden, wird ein Bit F3 auf „1“ gesetzt und die Ventilstellung VP des vorderen Stoßdämpfers wechselt auf „offen“. Hier wird der Vibrationsschwellenwert TV2 für „große Amplitude“ zum Zeitpunkt t3 überschritten und bleibt dort länger als die Mindestdauer TV2_wait, so dass das Bit F3 zum Zeitpunkt t4 auf „1“ gesetzt wird und der vordere Stoßdämpfer von „halboffen“ auf „offen“ wechselt. Wenn die Kurve B4_out unter einen Schwellenwert TV2, TV1 fällt, wird das entsprechende Bit F3, F2 (zu den hier entsprechend gezeigten Zeitpunkten t5, t6) zurückgesetzt und die Ventilstellung VP des vorderen Stoßdämpfers wechselt wieder passend je nach Fall von „offen“ auf „halboffen“ oder von „halboffen“ auf „zu“.
19 zeigt eine Situation, in welcher die erfindungsgemäße Federungsbaugruppe auf eine plötzliche Abwärtsverschiebung des Vorderrads 33 reagiert. Hier ist der Fahrer 5 gerade bergab unterwegs und sitzt weit hinten im Sattel in einer Abfahrtsposition. Das Gelände wird an Punkt 70 abrupt steiler, und das Vorderrad 33 sinkt plötzlich relativ zum Lenker ab. Jedoch ist die Änderung der Steigung (im Verhältnis zur projizierten Steigung 71) nicht so groß, dass man von einem „Sturz“ mit anschließenden freien Fall des Fahrrads 3 sprechen kann, sondern die Änderung der Steigung ist so, dass das Vorderrad 33 den Kontakt mit dem Boden 7 beibehält. In dieser Situation reagiert der Dämpfer der erfindungsgemäßen Federungsbaugruppe, in dem er sich in Erwartung des nachfolgenden „Aufpralls“ am Punkt 72 vollständig öffnet, wenn die ungefederte Masse (das Vorderrad 33) die Tauchrohre wieder nach oben drücken würde.
12 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines bevorzugten Kompressionsventils 1 im Querschnitt. Hier ist der drehbare Körper 11 so geformt, dass er in den inneren Hohlraum im Hauptkörper 10 passt. Der drehbare Körper 11 hat die Form eines Stabs mit Durchgängen 101, die zur Verbindung des Reserverohrs 20R mit dem Druckrohr 20P (hier dargestellt durch die unterschiedlichen Bereiche des Dämpfers) ausgebildet sind. Der Durchgang hat einen oberen radialen Abschnitt mit einer Öffnung, welche in das Reserverohr 20R mündet, einen unteren radialen Abschnitt mit einer Öffnung, die so angeordnet ist, dass sie mit der Flüssigkeitsöffnung 12 in der Wand des Hauptkörpers 10 fluchtet, und einen axialen Abschnitt, der den oberen und den unteren radialen Abschnitt miteinander verbindet. Der Stab 11 kann durch das Übertragungsglied 23 gedreht werden, um den Fluidweg P₁₀₁ (die untere Öffnung fluchtet mit der Flüssigkeitsöffnung 12) freizugeben oder um den Fluidweg zu sperren (die untere Öffnung öffnet sich zur inneren Oberfläche des Hauptkörpers).
13 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines bevorzugten Kompressionsventils 1 im Querschnitt, wie es in der Kartusche 20C eines Dämpfers 2 angeordnet sein könnte. Der Hauptkörper 10 des Ventils 1 ist in einen Anschluss 200 eingeschraubt, der wiederum auf das Druckrohr 20P aufgeschraubt werden kann. Hier ist das Ventil 1 unterhalb eines federbelasteten internen Schwimmkolbens 201 angeordnet. Verschiedene Bauteile wie Dichtungen, Gewinde, Sperrkolben, Abstandshalter, Nieder- und Hochgeschwindigkeits-Passscheiben usw. sind dem Fachmann bekannt und müssen daher hier nicht näher beschrieben werden.
Die Figuren zeigen eine Baugruppe einer gedruckten Leiterplatte (PCB) mit einer Steuerungsanordnung 24, einem Gleichstrommotor 22, einem Übertragungsgelenk 23 und einem Kompressionsventil 1. Diese Module sind in der Kartusche 20C innerhalb eines Standrohrs 410 der vorderen Gabel 41 untergebracht, welches durch eine obere Kappe 415 verschlossen ist. Die Steuerungsanordnung 24 kann verschiedene Module umfassen, wie unten erläutert wird. Das Dämpfungsventil 1 bzw. Kompressionsventil 1 umfasst einen drehbaren Zylinder 11, der durch das Übertragungsgelenk 23 zum Öffnen oder Schließen einer Mündung eines radialen Durchgangslochs gedreht werden kann, d. h. um die Menge an Hydrauliköl zu regulieren, die zwischen dem Druckrohr 20P und dem Reserverohr 20R passieren kann, wie durch den Pfeil angezeigt. Das Kompressionsventil 1 umfasst eine Sechskantmutter 10H, um die Montage des Ventils 1 innerhalb eines Dämpfers 2, der in 2 gezeigten Art, zu ermöglichen sowie ein unteres Gewindeende 202 zum Einschrauben in den Anschluss 200.
Dargestellt werden Fluidöffnungen 12, die in das Druckrohr 20P münden, und ein Abstandshalter, der auf dieser Höhe um den Hauptkörper 10 sitzt. Der innere Hohlraum 100 bzw. das Sackloch 100 wird begrenzt durch die zylindrische Wand des Hauptkörpers 10, das geschlossene obere Ende des Hauptkörpers 10, und eine Ventilendkappe 13, die den Boden des Hauptkörpers 10 verschließt. Die Endkappe 13 kann beispielsweise eine nicht entfernbare Niete oder ein Stopfen sein.
Die 14 bis 16 zeigen das Kompressionsventil 1 in verschiedenen Stellungen. In dieser beispielhaften Ausführungsform verfügt der Hauptkörper 10 des Ventils 1 über diametral gegenüberliegende primäre radiale Durchgänge 101 und einen sekundären radialen Durchgang 102, und der Zylinder 11 verfügt über diametral gegenüberliegende Flüssigkeitsöffnungen 11A, was insgesamt drei mögliche Stellungen des Ventils ermöglicht, wie im Folgenden erläutert wird.
Von links nach rechts zeigt jede Figur eine Draufsicht auf das Ventil 1, einen Querschnitt durch den Zylinder 11 auf Höhe eines seitlichen Schlitzes 11S, einen (zur Verdeutlichung vergrößerten) Querschnitt durch den Zylinder 11 auf Höhe der Flüssigkeitsöffnungen 11A des Zylinders, und einen Längsschnitt entlang der Längsachse 1A des Ventils 1. Der Schlitz 11S nimmt einen Stift 111 auf, der sich vom oberen Ende des Hauptkörpers 10 des Ventils 1 aus radial erstreckt. Die äußeren Grenzen der Drehung des Zylinders 11 werden durch die Länge des Schlitzes 11S definiert, der wie in 15 dargestellt einen Bogen definiert, der einen Winkel β einschließt. Dieser Winkel kann beispielsweise in einer Größenordnung von 90° - 120° liegen.
In den Zeichnungen erscheint der Zylinder 11 statisch und der Ventilhauptkörper 10 und der Stift 111 scheinen sich relativ zum Zylinder 11 zu bewegen. Es ist jedoch so zu verstehen, dass der Ventilhauptkörper 10 unbeweglich am Druckrohr 20P befestigt ist und dass der Zylinder 11 durch eine Drehbewegung des Übertragungsgelenks 23 um den Ventilhauptkörper 10 rotiert, wenn letzteres durch den Ventilantrieb gedreht wird.
In 14 befindet sich das Ventil 1 in seiner „geschlossenen“ Stellung: Der Zylinder 11 ist so gedreht, dass die äußeren Öffnungen der beiden primären und sekundären radialen Durchgangslöcher 101, 102 verschlossen sind. Diese „geschlossene“ Ventileinstellung kann die bevorzugte Wahl sein, wenn man auf relativ glattem Gelände fährt, wenn man bergauf fährt, usw.
In 15 befindet sich das Ventil 1 in seiner „vollständig geöffneten“ Stellung: Hier ist der Zylinder 11 so gedreht, dass die äußere Öffnung der beiden primären Durchgangslöcher 101 freiliegt. Diese Stellung kann gewählt werden, wenn man bergab fährt. Diese Abbildung verdeutlicht einen wesentlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Kompressionsventils 1: Bei einem Stoß gegen das Vorderrad wird die Kolbenstange 21 nach oben gedrückt und Hydraulikflüssigkeit in das axiale Sackloch 100 des Ventils 1 gepresst. Jedoch sorgt die neuartige Anordnung des axialen Sacklochs 100 und der radialen Durchgangslöcher 101, 102 dafür, dass die Flüssigkeit nur in einer „seitlichen“ bzw. radialen Richtung aus dem Ventil 1 austreten kann. Daher kann der Druck der Hydraulikflüssigkeit nicht in einer axialen Richtung nach oben übertragen werden, mit dem Ergebnis, dass die Belastung eines kleinen Gleichstrommotors oder anderen Antriebs über das Übertragungsgelenk vernachlässigbar ist. Damit kann die Lebenszeit des Gleichstrommotors und die Lebenszeit einer Batteriestromversorgung deutlich verlängert werden.
In 16 befindet sich diese beispielhafte Ausführung des Kompressionsventils 1 in seiner „mitteloffenen“ Stellung: Hier ist der Zylinder 11 so gedreht, dass die äußere Öffnung des sekundären, wesentlich kleineren radialen Durchganglochs 102 freiliegt. Diese Stellung kann gewählt werden, wenn man beispielsweise über leicht unwegsames Gelände fährt. Diese Abbildung verdeutlicht einen weiteren Vorteil dieses Kompressionsventils 1: Bei einem moderaten Stoß gegen das Vorderrad, wird die Kolbenstange 21 wie oben beschrieben nach oben gedrückt und Hydraulikflüssigkeit in den hohlen Innenraum 100 des Ventils 1 gepresst. Die neuartige Einfügung des engen sekundären Durchganglochs 102 bedeutet, dass es möglich ist, eine kontrollierte kleine Menge an Hydraulikflüssigkeit aus dem Ventil 1 austreten zu lassen, wiederum in einer „seitlichen“ bzw. radialen Richtung, wie oben erklärt. Dadurch, kann die erfindungsgemäße Federungsbaugruppe ein mittleres Dämpfungsniveau bereitstellen, welches vorteilhaft sein kann, wenn man in einem Gelände fährt, das weder eben noch besonders holprig ist.
Die Explosionsdarstellung in 17 zeigt den drehbaren Zylinder 11, den Ventilhauptkörper 10 und den Begrenzungsstift 111. Die Abbildung zeigt auch das Übertragungsgelenk 23, mit dem der Gleichstrommotor an den Zylinder 11 gekoppelt ist, und einen Gewindeanschluss 200 mit einem Innengewinde 202 zur Aufnahme des Gewindeendes des Ventils 1, der auf das obere Ende des Druckrohrs 20P aufgeschraubt werden kann. Die Figur zeigt eine festinstallierte Kappe 13 am Boden des Hauptkörpers 10. Die Kappe 13 bzw. der Stopfen dient dazu, den inneren Hohlraum 100 zu verschließen, der in den Hauptkörper 10 gebohrt oder anderweitig eingebracht wurde.
Der Stift 111 wird in einem entsprechenden Ventilsitz 112 im oberen Ende des Ventilhauptkörpers 10 gehalten und erstreckt sich radial auswärts durch den Zylinderschlitz 11S. Zusammen definieren der Schlitz 11S und der Stift 111 die Drehgrenzen des Zylinders (und den Hub). In der „vollständig geöffneten“ Ventilstellung kann durch diesen radialen Durchgang 101 eine relativ große Menge Hydraulikfluid bzw. -flüssigkeit schnell vom Druckrohr 20P zum Reserverohr 20R fließen, beispielsweise als Reaktion auf einen signifikanten Aufwärtsstoß gegen das Vorderrad des Fahrrads 3. Hier ist ein sekundärer radialer Durchgang 102 gezeigt, der, wie oben erläutert, einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist. In der „mitteloffenen“ bzw. „teilweise geöffneten“ Ventilstellung lässt die wesentlich kleinere Öffnung dieses Durchgangs 102 nur eine sehr geringe Menge an Hydraulikflüssigkeit vom Druckrohr 20P zum Reserverohr 20R fließen, z. B. in Reaktion auf leichte Stöße gegen das Vorderrad des Fahrrads 3.
Das Kompressionsventil 1, wie oben beschrieben, hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Nadelventil, das üblicherweise verwendet wird in Dämpfern gemäß dem Stand der Technik, und die ähnlich aufgebaut sind wie in 1 dargestellt. 18 zeigt zwei Querschnitte durch ein Nadelventil 9 eines Dämpfers nach dem Stand der Technik, wobei ein stationärer Ventilkörper 90 (gewöhnlich am oberen Ende des Druckrohrs montiert) und eine bewegliche Nadel 92 zu sehen sind, welche entlang einer Translationsachse zwischen den Stellungen „geöffnet“ und „geschlossen“ des Ventils 1 bewegt werden kann. Das obere Ende eines inneren Hohlraums 91 mündet in das Reservoir. Die Nadel 91 wird axial bewegt, d. h. auf und ab, wie durch den Doppelpfeil angedeutet.
In ihrer höchsten Stellung, wie links dargestellt, entsprechend der „geöffneten“ Stellung des Ventils, lässt die Nadel 91 die Hydraulikflüssigkeit ungehindert vom Druckrohr zum Reservoir fließen. Die Nadel 91 ist so geformt, dass sie in das Ventil passt, wenn sie in ihre unterste Stellung gebracht wird, wie rechts dargestellt, entsprechend der „geschlossenen“ Stellung des Ventils. In dieser Stellung verhindert sie weitestgehend, dass Hydraulikflüssigkeit vom Druckrohr in das Reservoir fließt.
Aufwärts gerichtete axiale Kräfte entstehen, wenn die Flüssigkeit durch die Kolbenstange, wie hier gezeigt, nach oben gedrückt wird. Diese aufwärts gerichteten axialen Kräfte werden axial auf den Ventilantrieb übertragen.
Ein Nachteil des Kompressionsventils 9 aus 18 nach dem Stand der Technik, insbesondere im Falle eines elektronisch gesteuerten Dämpfers, besteht darin, dass die auf die Nadel 91 wirkende axiale Aufwärtskraft über das Übertragungsglied nach oben auf den Ventilantrieb, üblicherweise ein Gleichstrommotor, übertragen wird. Der Motor muss härter arbeiten, um das Ventil in seiner geschlossenen Stellung zu halten und Verschleiß kann die Lebenszeit des Motors erheblich reduzieren. Überdies kann sich die Energieversorgung (gewöhnlich eine Batterie) schneller erschöpfen. Ein weiterer Nachteil dieses Nadelventils 9 nach dem Stand der Technik bei Verwendung in einer E-Federung ist die Schwierigkeit, eine wirklich „geschlossene“ Einstellung zu erreichen, da der axial nach oben gerichtete Druck der Kolbenstange nach einem Stoß gegen das Vorderrad etwas Flüssigkeit in das Reservoir drücken kann, was zur Folge hat, dass sich die Kartusche um einen für den Fahrer spürbaren Betrag nach unten bewegt.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Form von bevorzugten Ausführungsformen und Varianten offenbart wurde, können zahlreiche zusätzliche Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann bei einem Mountainbike mit vollelektronischer Federung der hintere Stoßdämpfer mit einem Servomotor und einem Treiber ausgestattet sein, welcher ebenfalls von der oben beschriebenen Steuerungsanordnung gesteuert wird. Eine kabellose Schnittstelle der Steuerungsanordnung kann ein Bluetooth-Modul oder Ähnliches sein, um ein Smartphone-Verbindung mit einer dafür vorgesehenen App zu ermöglichen.
Der Klarheit halber ist zu verstehen, dass die Verwendung von „ein“ bzw. „eine“ in dieser Anmeldung nicht ausschließt, dass die betreffenden Begriffe auch mehrfach vorhanden sein können, und dass „umfassend“ das Vorhandensein anderer Schritte oder Elemente nicht ausschließt. Die Erwähnung einer „Einheit“ oder eines „Moduls“ schließt die Verwendung von mehr als einer Einheit oder einem Modul nicht aus.
Bezugszeichenliste

1: Kompressionsventil
1A: Längsachse
10: Ventilhauptkörper
10D: Trennelement
100: axiales Sackloch
101: primäres Durchgangsloch
102: sekundäres Durchgangsloch
11: Zylinder
11A: Flüssigkeitsöffnung
11S: Schlitz
111: Stift
112: Ventilsitz
11C: Kopplungsschnittstelle
12: Flüssigkeitsöffnung
13: Ventilendkappe
2: Dämpfer
20C: Kartusche
20P: Druckrohr
200: Gewindeanschluss
201: Schwimmkolben
202: Innengewinde
20R: Reserverohr
21: Kolbenstange
22: Gleichstrommotor
23: Übertragungsgelenk
24: Steuerungsanordnung
24out: Ventilsteuersignal
240AS: Beschleunigungsmesser
240x, 240y, 240z: Beschleunigungsmessersignal
240PS: Drucksensor
240p: Druck
240MS: Bewegungssensor
240m: Bewegung
241: Digitaler Signalprozessor
242: Entscheidungsmodul
243: Inkrementalgeber
244: kabellose Schnittstelle
245: Steigungsberechnungsblock
246: Erholungszeitberechnungsblock
247: Aufprallschwellenwertberechnungsblock
248: Vergleichsmodul
249: Zeitzurücksetzungsblock
B1, ..., Bn: Berechnungsblock
D1, D2: Entscheidungsblock
B1_out, ..., Bn_out: Berechnungsergebnis
F1, F2, F3: Bit
TH1, TV1, TV2: Schwellenwert
t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6: Zeitpunkt
VP_open: Ventilstellung
VP_medium: Ventilstellung
VP_shut: Ventilstellung
3: Mountainbike
30: Steuerrohr
31: Unterrohr
32: Sitzrohr
33: Lenker
4: Federungsbaugruppe
41: Teleskopgabel
410: Standrohr
411: Gabelkrone
412: Tauchrohr
413: Bogen
414: Federsteuerungseinheit
415: Obere Kappe
42: hinterer Stoßdämpfer
43: Batteriepack
5: Mountainbiker
6: Hindernis, bergauf
7, 70, 71, 72: Abschüssiges Gelände
Zlift: Zug nach oben
Zvibe: Vibration
9: Nadelventil
90: Hauptkörper
91: Nadel

Claims

Dämpfersteuerungsanordnung (24) für einen Dämpfer (2) in einer elektronischen Federungsbaugruppe (4) eines zweirädrigen Fahrzeugs (3), wobei die Dämpfersteuerungsanordnung (24) umfasst - eine Sensoranordnung mit einer Anzahl von Sensoren (240AS, 240P, 240M), die angeordnet sind, um bewegungsbezogene Parameter des zweirädrigen Fahrzeugs (3) zu messen; - eine Aufwärtszug-Erkennungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie aus den Sensorausgangssignalen (240x, 240y, 240z, 240p, 240m) eine Anhebungsaktion (Z_lift) der gefederten Masse erkennt; und - ein Entscheidungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es in Reaktion auf die erfasste Anhebungsaktion (Z_lift) ein Steuerungssignal (24out) zum Öffnen des Dämpfers (2) erzeugt.
Dämpfersteuerungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnung einen Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser (240AS) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Bewegungen entlang von drei orthogonalen Achsen erfasst und wobei die Anhebungsaktion (Z_lift) auf Basis der Beschleunigungsmesserausgangssignale (240x, 240y, 240z) abgeleitet wird.
Kompressionsventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung einen Drucksensor (240PS) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er den Druck (240p) in der Dämpfungsfeder misst, und wobei die Anhebungsaktion (Z_lift) auf Basis des gemessenen Drucks (240p) abgeleitet wird.
Dämpfersteuerungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung einen Bewegungssensor (240M) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Bewegung (240m) des Dämpferstandrohrs (410) misst, und wobei die Anhebungsaktion (Z_lift) auf Basis der gemessenen Bewegung (240m) abgeleitet wird.
Dämpfersteuerungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Berechnungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die Steigung des zweirädrigen Fahrzeugs (3) aus einem Ausgangssignal der Sensoranordnung (240AS, 240P, 240M) berechnet.
Dämpfersteuerungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Berechnungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es eine Magnitude eines Stoßes gegen das Vorderrad (33) des Fahrzeugs (3) aus einem Ausgangssignal der Sensoranordnung berechnet.
Dämpfersteuerungsanordnung nach Anspruch 6, umfassend ein Evaluierungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die Schwere eines Stoßes auf Basis der Magnitude des Stoßes und Neigung des zweirädrigen Fahrzeugs (3) bestimmt.
Dämpfersteuerungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Zählermodul, das so konfiguriert ist, dass es die Dauer einer geöffneten Dämpferstellung (VP_open) nach einer erfassten Anhebungsaktion (Z_lift) der gefederten Masse bestimmt.
Dämpfersteuerungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Zählermodul so konfiguriert ist, dass es die Dauer der geöffneten Dämpferstellung (VP_open) auf Basis der Aufprallschwere und Fahrzeugneigung bestimmt.
Dämpfersteuerungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche so konfiguriert ist, dass sie die Vibration (Z_vibe) der gefederten Masse erfasst und den Dämpfer (2) in Reaktion auf die erfasste Vibration (Z_vibe) öffnet.
Elektronische Federungsbaugruppe (4) eines zweirädrigen Fahrzeugs (3), umfassend - einen Stoßdämpfer (41), der so angeordnet ist, dass er das Vorderrad (33) dämpft und einen elektronisch steuerbaren Dämpfer (2) umfasst; - eine Dämpfersteuerungsanordnung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Steuerung des Dämpfers (2).
Elektronische Federungsbaugruppe nach Anspruch 11, wobei der Stoßdämpfer eine vordere Teleskopgabel (41) ist und wobei der elektronisch steuerbare Dämpfer (2) in einem Standrohr (410) der Teleskopgabel (41) angeordnet ist.
Fahrrad (3) umfassend eine elektronische Federungsbaugruppe (4) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12.
Verfahren zur Steuerung einer elektronischen Federungsbaugruppe (4) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, umfassend die folgenden Schritte - Erfassen einer Anhebungsaktion (Z_lift) an der gefederten Masse; - Öffnen des Dämpfers (2) in Reaktion auf die erfasste Aufwärtsverschiebung (Z_uft).
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung der Dämpfersteuerungsanordnung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach Anspruch 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm von einem Prozessor der Dämpfersteuerungsanordnung (24) ausgeführt wird.