DE19840357A1 - Sensor zur Erfassung der Resonanz einer Fahrzeugachse - Google Patents

Abstract

Sensor zur Erfassung der Achsresonanz eines Fahrzeugs, wobei der Sensor auf der Achse sitzt und mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die ein Signal zur Steuerung der von Fahrwerkseigenschaften abgibt und der Sensor ein aus einer Masse und einer Rückstellvorrichtung bestehendes Systemn aufweist und dieses System auf eine Eigenfrequenz abgestimmt ist, die der Resonanzfrequenz der Fahrzeugachse entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung der Resonanz einer Fahrzeugachse entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei Schwingungsdämpfern, deren Dämpfleistung verstellbar ist, wird im Bereich der Achsresonanz eine Erhöhung der Dämpfleistung erwünscht, damit der in dieser Phase vorhandenen Verminderung der Fahrsicherheit begegnet wird.

Die Erkennung der Resonanz einer Fahrzeugachse wird üblicherweise durch Messung der Achsbeschleunigung mittels eines über die Frequenz linear wirkenden Beschleuni­ gungssensors vorgenommen, wobei dieser Sensor mit einem nachgeschalteten Bandfil­ ter zusammenwirkt, der außerdem einer aufwendigen Auswertung des kleinen Meß­ wertunterschieds bedarf. Eine solche Einrichtung zur Erfassung der Achsresonanz ist mit einem hohen Aufwand für den Achsbeschleunigungssensor und der hierzu erforderli­ chen Auswerteeinrichtung, die das Verstellsignal an die Verstelleinrichtung des Schwin­ gungsdämpfers weitergibt, behaftet. Außerdem nutzt diese teuere Meß- und Auswer­ teeinrichtung die mögliche Leistung nur im Bereich der Eigenfrequenz aus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Erfassung der Achsre­ sonanz zu schaffen, der einfach im Aufbau ist, eine hohe Betriebssicherheit aufweist und keine teuere Auswerteeinrichtung erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der Sensor ein aus einer Masse und einer Rückstellein­ richtung bestehendes System auf, das auf eine Eigenfrequenz abgestimmt ist, die der Resonanzfrequenz der Fahrzeugachse entspricht. Mit einem solchen mechanischen Sy­ stem, das in einer axial verlaufenden Führung translatorisch beweglich angeordnet und einfach und kostengünstig herstellbar ist, wird im Bereich der Achsresonanz ein relativ großer Ausschlag der Masse und damit eine Überhöhung des Signals im Resonanzbe­ reich erreicht.

Zur Erzeugung des Signals weist, wie ein Merkmal der Erfindung zeigt, die Masse einen Dauermagnet auf, während die Führung eine Spule trägt, welche die induzierte Span­ nung einer Einrichtung zuführt, die im Resonanzbereich der Fahrzeugachse Schaltimpul­ se an den Schwingungsdämpfer zwecks Veränderung der Dämpfleistung weitergibt. Der Sensor benötigt somit keine Stromversorgung vom Bordnetz und ist dementsprechend gegen dessen Störungen immun.

Zweckmäßig ist es, daß zur Einstellung der Resonanzüberhöhung und der Bandbreite eine Wirbelstromdämpfung angeordnet ist, die durch einen elektrisch gut leitenden Kurzschlußring gebildet ist. Dieser Kurzschlußring besteht vorzugsweise aus Aluminium und ist am Spulenträger oder auf der Spule angeordnet. Es sind auch andere Möglich­ keiten zur Einstellung der Resonanzüberhöhung und der Bandbreite der Resonanzfre­ quenz möglich, z. B. ein zwischen den Spulenanschlüssen eingebauter elektrischer Wi­ derstand.

Die Abstützeinrichtung ist beispielsweise durch eine Feder gebildet, die entsprechend einem Merkmal der Erfindung mit der Masse verbunden ist, jedoch nur auf dem Füh­ rungsboden aufliegt. Dadurch werden übermäßige Ausschläge des Systems verhindert, die zu Geräuschen führen könnten, denn wenn die Amplitude die statische Einfederung überschreitet, dann verliert die Feder den mechanischen Kontakt mit dem Führungsbo­ den und die Amplitude nimmt ab. Die Abstützeinrichtung kann auch durch einen Per­ manentmagnet gebildet sein, der auf dem Führungsboden angebracht ist.

Der Sensor ist einfach aufgebaut und wartungsfrei, zumal das Gehäuse durch Umgießen der Führung und der Spule, beispielsweise mit Kunststoff, gebildet ist, wobei das Ge­ häuse außerdem zusammen mit den zur Spule führenden elektrischen Anschlüssen ei­ nen angeformten Steckkontakt aufweist. Die vom Gehäuse gebildete Führung des Steckkontakts kann mit einer oder mehreren radial elastischen Vorsprüngen oder Vertie­ fungen versehen sein, in die Vertiefungen oder Vorsprünge des Steckers eingreifen, wodurch eine Rastverbindung zwischen dem Steckkontakt und dem Stecker geschaffen wird.

Eine Montagevereinfachung wird erhalten, wenn das mit der Achse des Fahrzeugs ver­ bundene Teil des Schwingungsdämpfers oder Federbeins den Sensor trägt. Dadurch ist es möglich, daß sämtliche Bauteile, die der Dämpfleistungsänderung des Schwingungs­ dämpfers oder Federbeins dienen, mit dem Einbau des Schwingungsdämpfers oder des Federbeins gleichzeitig mit dem Fahrzeug verbunden sind.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die vergrößerte Darstellung eines Sensors zur Erfassung der Achsresonanz im Längsschnitt;

Fig. 2 die über der Anregungsfrequenz verlaufenden Spannungswerte.

Der in Fig. 1 in etwa dreifacher Vergrößerung gezeigte Sensor 1 weist eine Masse 2 auf, die eine Hülse und einen darin angeordneten Dauermagnet 4 aufweist. Diese Masse 2 wird von einer Abstützeinrichtung 3 beaufschlagt, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer Feder 8 besteht, welche einerseits mit der Masse 2 fest verbunden ist und an­ dererseits nur auf einem Führungsboden 11 aufliegt und mit einer kegelförmigen Feder­ zentrierung 9 zusammenwirkt. Dieses Feder-Masse-System ist im Innenraum einer Füh­ rung 7 translatorisch beweglich angeordnet, während außen auf der Führung 7 eine Spule 5 befestigt ist. Ein Kurzschlußring 10 ist am Spulenträger angeordnet und besteht beispielsweise aus Aluminium. Die Teile des Sensors 1 sind in einem Gehäuse 6 ange­ ordnet, das beispielsweise aus Kunststoff besteht und durch Umgießen gebildet ist. Die­ ses Gehäuse 6 weist an einem Ende einen Steckkontakt 12 auf, der die nach außen füh­ renden elektrischen Anschlußfahnen und eine Zentrierung für einen Steckanschluß be­ sitzt.

Das aus der Feder 8 und der Masse 2 bestehende System ist auf eine Eigenfrequenz ab­ gestimmt, die der Resonanzfrequenz der Achse des Fahrzeugs entspricht. Im Ruhezu­ stand der Masse 2 befindet sich diese in etwa in der Mitte der Spule 5. Bei Vertikalbe­ wegungen der Achse bewegt sich die aus einer Hülse und einem Dauermagnet beste­ hende Masse 2 in der Führung 7 relativ zur Spule 5, wobei das Magnetfeld eine Span­ nung in der Spule 5 induziert. Außerhalb des Bereichs der Eigenfrequenz von Achse und Sensor 1 bewegt sich das Feder-Masse-System nur geringfügig in der Führung 7 und induziert dementsprechend eine geringe Spannung in der Spule 5. Sobald der Bereich der Eigenfrequenz erreicht wird, erhöht sich die Spannung infolge des großen Aus­ schlags der Masse und erreicht in der abgestimmten Eigenfrequenz ihr Maximum. Die­ ses Signal kann beispielsweise von einem Komparator ausgewertet werden und zur Ver­ stellung einer Dämpfeinrichtung im Sinne einer Dämpfleistungserhöhung eines Schwin­ gungsdämpfers oder eines Federbeins führen. Eine Resonanzüberhöhung und die Bandbreite der Eigenfrequenz lassen sich beispielsweise durch eine Wirbelstromdämp­ fung einstellen, was durch den elektrisch gut leitenden Kurzschlußring 10 erfolgt.

Übermäßige Ausschläge des Feder-Masse-Systems, die zu Geräuschen führen könnten, werden dadurch verhindert, daß die Feder 8 einerseits zwar fest mit der Masse 2 ver­ bunden ist, jedoch andererseits nur auf dem Führungsboden 11 und der Federzentrie­ rung 9 aufliegt. Überschreitet die Bewegung der Masse im Resonanzfall einen bestimm­ ten Weg nach oben, so verliert die Feder 8 den mechanischen Kontakt mit dem Füh­ rungsboden 11 und die Amplitude nimmt ab. Ferner wird die Funktion des Sensors 1 nicht durch Reibung gestört, da die realen Achsbeschleunigungssignale immer von hochfrequenten Anteilen aus Reifen- und Fahrbahnrauschen sowie Motorvibrationen überlagert sind, die zur Überwindung der Haftreibung führen. Dementsprechend funk­ tioniert der Sensor im Arbeitsbereich von etwa 12 Hz daher auch bei sehr einfacher Aus­ führung von Führung 7 und Masse 2 praktisch reibungslos, auch bei achskinematisch bedingter Schiefstellung.

In Fig. 2 ist die im Versuch ermittelte Ausgangsspannung über der Anregungsfrequenz aufgezeichnet. Das Feder-Masse-System des Sensors ist für den Versuch auf eine Eigen­ frequenz von 10 Hz eingestellt und die Kurven 13 und 14 zeigen deutlich die im Eigen­ frequenzbereich vorhandene Überhöhung der Ausgangsspannung, wobei der Sensor keine Fremd-Stromversorgung benötigt und deshalb gegen Störungen des Bordnetzes immun ist. Die Ausgangsimpedanz des Sensors ist mit ca. 300 Ω niedrig, so daß die Si­ gnalspannung auch von der Temperatur unabhängig ist, wenn die angeschlossen Auswerteschaltung eine genügend hohe Eingangsimpedanz (< 3 kΩ) besitzt. Die Kurve 13 des Diagramms zeigt eine stark überhöhte Ausgangsspannung bei Eigenfrequenz eines nur mit Eigenreibung behafteten Sensors, wobei die Anregungsfrequenz bei der Versuchsbedingungen nicht von hochfrequenten Schwingungen überlagert wurde. Bei der Kurve 14 ist der Sensor mit einer Wirbelstromdämpfung ausgerüstet, die beispiels­ weise durch einen elektrisch gut leitenden Kurzschlußring gebildet ist. Es ist ersichtlich, daß dadurch die Resonanzüberhöhung und die Bandbreite eingestellt werden kann. Beide Kurven zeigen, daß der Signalpegel im Resonanzbereich aus meßtechnischer Sicht ohne jegliche Verstärkung sehr hoch ist.

Der Sensor 1 läßt sich sehr klein ausführen und ist daher freizügig hinsichtlich der Un­ terbringung an der Achse oder einem mit der Achse verbundenen Bauteil. Ferner ist der Sensor, nicht zuletzt wegen seines einfachen Aufbaus, unempfindlich gegen Stoß und Fall und außerdem kostengünstig herstellbar, zumal das durch Umspritzen mit Kunst­ stoff gebildete Gehäuse problemlos einstückig mit einem Befestigungsflansch oder an­ deren Anschlußmöglichkeiten ausgebildet werden kann.

Claims (11)

1. Sensor zur Erfassung der Achsresonanz eines Fahrzeugs, wobei der Sensor auf der Achse sitzt und mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die ein Signal zur Steuerung der von Fahrwerkseigenschaften abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein aus einer Masse (2) und einer Rückstellvorrichtung (3) bestehen­ des System aufweist und dieses System auf eine Eigenfrequenz abgestimmt ist, die der Resonanzfrequenz der Fahrzeugachse entspricht.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Masse (2) und Rückstellvorrichtung (3) bestehende System in einer axial verlaufenden Führung (7) translatorisch beweglich angeordnet ist.

3. Sensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (2) einen Dauermagnet (4) aufweist, während die Führung (7) eine Spule (5) trägt.

4. Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstel­ lung der Resonanzüberhöhung und der Bandbreite eine ohmsche Last zwischen den Enden der Spule (5) angeordnet ist.

5. Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstel­ lung der Resonanzüberhöhung und der Bandbreite eine Wirbelstromdämpfung an­ geordnet ist, die durch einen elektrisch gut leitenden Kurzschlußring (10) gebildet ist.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (10) aus Aluminium besteht und am Spulenträger oder auf der Spule (5) angeordnet ist.

7. Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstüt­ zeinrichtung (3) durch eine Feder (8) gebildet ist.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) mit der Masse (2) verbunden ist, jedoch nur auf dem Führungsboden (11) aufliegt.

9. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung (3) durch einen Permanentmagnet gebildet ist.

10. Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Sensors (1) in einem Gehäuse (6) angeordnet sind, das insbesondere durch Umgießen der Führung (7) und der Spule (5), beispielsweise durch Kunststoff, gebildet ist und das Gehäuse (6) zusammen mit den zur Spule (5) führenden elektrischen An­ schlüssen einen an geformten Steckkontakt (12) aufweist.

11. Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Achse des Fahrzeugs verbundene Teil eines Schwingungsdämpfers oder eines Fe­ derbeins den Sensor (1) trägt.