DE3726146A1

DE3726146A1 - Vorrichtung zur bestimmung der auf ein fahrzeug wirkenden kraefte

Info

Publication number: DE3726146A1
Application number: DE19873726146
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1988-11-17

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung der auf ein Fahrzeug wirkenden Kräfte nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einer bekannten Vorrichtung wird mit Hilfe einer auf dem Stoßdämpfer aufgesetzten Kraftmeßdose die Radlast bestimmt. Auf die Kraftmeßdose wirkt über einen Flansch die Radlast ein, so daß eine entsprechende Einstellung der Federung, Dämpfung usw. vorgenommen werden kann. Diese Vorrichtung baut aber relativ aufwendig und teuer.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie besonders ein fach und preisgünstig baut und relativ störsicher ist. Die Kraftein leitung ist durch die Scheibenform und der damit verbundenen inte grierenden Kraftaufnahme über kurze Distanzen möglich. Besonders vorteilhaft ist wegen des sehr geringen meßbaren Meßeffekts die leichte hybride Integrierbarkeit der Auswerteelektronik, d. h. die Ausbildung der Auswerteelektronik in Hybridtechnik direkt auf einem Fortsatz der Scheibe. Obwohl das Meßprinzip statisch ist, eignet es sich wegen des meist mäßig guten Temperaturgangs besonders für dyna mische Messungen. Es ist je nach Anwendung eine Krafteinleitung auf die Widerstände senkrecht oder parallel zur Stromrichtung möglich. Bei paralleler Krafteinleitung können die beiden Krafteinleitungs platten direkt als Kontaktierung dienen, d. h. die Krafteinleitungs platten müssen nicht gegen den Piezowiderstand, sondern gegen ihre Umgebung, also auf der Außenseite isoliert sein.

Vorteilhaft ist auch die Kraftbestimmung mit Hilfe von druckempfind lichen faseroptischen Lichtleitern. Der Kraftmesser, bestehend aus den beiden Druckplatten und dem Lichtleiter, kann zu einer mecha nisch geschützten Einheit vergossen sein. Der Kraftmesser ist da durch besonders wirksam gegen Umwelteinflüsse, wie z.B. elektroma gnetische Störsignale und Feuchtigkeit geschützt. Der erzielbare Meßeffekt ist relativ groß. Die Auswerteelektronik kann sich im Steuergerät selbst befinden, da das Meßsignal einfach und nahezu verlustfrei mit Hilfe des Lichtleiters übertragen werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fi gur 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einem Kraftmeßring, Fig. 2 einen Kraftmesser mit einem Piezo-Dickschichtwiderstand, Fi gur 3 einen Kraftmesser mit einem faseroptischen Lichtleiter, Fig. 4 eine Darstellung eines Lichtleiters auf einer Scheibe und Fig. 5 eine Darstellung eines Lichtleiters.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein ausschnittsweise dargestelltes Karosserie teil eines Kraftfahrzeugs bezeichnet, das mit Hilfe einer Schraub verbindung 11 an einem Befestigungsflansch 12 eines Stoßdämpfers 13 für das Kraftfahrzeug angeordnet ist. Zwischen dem Flansch 12 und dem Gehäuse 14 des Stoßdämpfers 13 befindet sich ein Gummipuffer 15. Durch eine Öffnung 16 des Gehäuses 14 ragt die Kolbenstange 17 des Stoßdämpfers 13. Auf dem oberen Ende der Kolbenstange 17 ist ein An schlagblech 18 als Überlastschutz für die Gummiverbindung 15 unter geschraubt, und die Kolbenstange 17 ist mit Hilfe einer Mutter 19 am Gehäuse 14 befestigt.

Die Schraubverbindung 11 besteht aus einer Schraube 22 und einer Mutter 23, wobei zwischen dem Karosserieteil 10 und der Mutter 23 ein Kraftmesser 24 als Unterlegscheibe angeordnet ist. Zwischen dem Flansch 12 und dem Karosserieteil 10 befindet sich eine gummiela stische Unterlage 25. Diese Unterlage 25 ist besonders wichtig, da ohne sie nur Zugkräfte in der Ausbildung nach Fig. 1 gemessen wer den könnten. Der Kraftmesser 24 weist eine harte Unterlegscheibe 26 und eine zweite steife Platte 27 zur Krafteinleitung auf einen da zwischen angeordneten piezoresistiven Dickschichtwiderstand 28 auf. Im Bereich des Dickschichtwiderstands 28 befindet sich ein Distanz ring 29 zwischen Platte 27 und Unterlegscheibe 26. Als Trägersub stanz für den Dickschichtwiderstand 28, d. h. als Material für die Unterlegscheibe 26, eignet sich besonders glasisoliertes Material, insbesondere Stahlsubstrat. Die Platte 27 kann aus einem anderen Material, z. B. einem duktileren Metall wie z. B. Messing bestehen. Dabei ist aber für eine ausreichende elektrische Isolation, z. B. durch eine Abdeckung mit einem amorphen Material, z. B. Glas, der Dickschichtwiderstände 28 zu sorgen. Auch ist es besonders vorteil haft, wenn der gesamte Kraftmesser 24 mit einem amorphen Material vergossen ist. Dadurch ist er gegenüber Umwelteinflüsse und elektro magnetische Störsignale abgesichert.

Die Scheibe 26 weist an ihrem Außenumfang einen Fortsatz 32 auf, auf dem ein Referenzwiderstand 33, ein integrierter Schaltkreis (IC) 34 und elektrische Anschlußstecker 35 angeordnet sind. Dieser Fortsatz 32 befindet sich aber nicht im Bereich der Krafteinleitung. Dadurch erübrigt sich eine gesonderte Kontaktierung für die Dickschichtwi derstände 28 und die Auswerteelektronik 34. Mit Hilfe der Referenz widerstände, die den Dickschichtwiderstand 28 zu einem Spannungstei ler (Halbbrücke) oder einer Wheatstone′schen Vollbrücke ergänzen, kann die Kraftänderung besonders einfach bestimmt werden. Die Refe renzwiderstände 33 sollten dabei aber gleichen Temperaturgang und gleiches Umweltverhalten wie der Dickschichtwiderstand 28 aufweisen.

Der Dickschichtwiderstand 28 ist mäanderförmig auf der Scheibe 26 angeordnet. Dabei verläuft der Strom in den Widerständen des Dick schichtwiderstands 28 senkrecht zum Kraftfluß. Es ist aber auch mög lich, die Widerstände so anzuordnen, daß der Stromfluß parallel zur Kraftrichtung verläuft. In diesem Fall können die Scheibe 26 und die Platte 27 direkt als Kontaktierung dienen, d. h. die Unterlegscheibe 26 und die Platte 27 müssen nicht gegenüber dem Dickschichtwider stand 28 sondern gegen die Außenumgebung, also auf der Außenseite, isoliert sein.

Da die bekannten Dickschichtwiderstände nur Druckbeanspruchungen aufnehmen, ist der Dickschichtwiderstand 28 entsprechend dauerhaft vorzuspannen. Dies ist besonders einfach durch ein entsprechendes Anzugsmoment der Schraubverbindung 11 erreichbar. Die Vorspannung sollte aber größer als die maximal zu bestimmende Meßkraft sein.

Als Material für die Dickschichtwiderstände 28 können z. B. Bi-Pb-Ruthenate, die in Glasmatrix eingebettet sind, verwendet wer den.

Obwohl das Meßprinzip statisch ist, eignet sich der Kraftmesser 24 auch für dynamische Messungen. Dadurch kann das Verhalten auch wäh rend der Fahrt des Kraftfahrzeugs durch kontinuierliche Messung festgestellt und die Fahreigenschaften ständig optimiert werden. Es kann die Dämpferkraft der Stoßdämpfer zur Fahrwerksregelung einge stellt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind gleiche Teile wieder mit gleichen Ziffern bezeichnet. Der Kraftmesser 24 a hat zwischen zwei Unterlegscheiben 41, 42 aus hartem Material einen faseroptischen Lichtleiter 43. Der faseroptische Lichtleiter 43 ist, wie Fig. 4 zeigt, kreisförmig zwischen den beiden Unterlegscheiben 41, 42 an geordnet, wobei ein oder mehrere Windungen möglich sind. Aus Fig. 5 ist der Aufbau eines faseroptischen Lichtleiters 43 ersichtlich. Er weist eine oder mehrere Glasfasern 44 auf, die spiralförmig von ei nem Kunststoffdraht 45 umwickelt sind. Dieser ist mit einer Hülle 46 versehen, um eine besondere Festigkeit zu erreichen. Es ist aus reichend, wenn der Kunststoffdraht 45 den Lichtleiter 43 nur im Be reich der beiden Unterlegscheiben 41, 42 umwickelt. Im Bereich der Zuleitungen der Glasfaser 44, d.h. außerhalb der beiden Unterleg scheiben 41, 42, kann der Kunststoffdraht 45 entfallen. Durch die spiralförmige Umwicklung der Glasfaser 44 können bereits kleinste Drücke bestimmt werden. Die beiden Unterlegscheiben 41, 42 und der Lichtleiter 43 sind von einer Glasmatrix umgeben, wodurch der Kraft messer 24 a gegen Umwelteinflüsse geschützt ist. Mit Hilfe des Licht leiters 43 kann das Meßsignal auch nahezu verlustfrei zu einem noch entfernt angeordneten Schaltgerät übertragen und dort ausgewertet werden. Das Schaltgerät kann Teil einer Dämpferregelung sein.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den Kraftmesser statt unter halb der Karosserie, wie in Fig. 3 dargestellt, auch über der Ka rosserie in der Schraubverbindung 11 anzuordnen. Bei dieser Anord nung ist die Montage besonders einfach, und der Kraftmesser vor Schmutz geschützt. Will man ohne der oben erwähnten Vorspannung der Dickschichtwiderstände arbeiten, so ist es auch denkbar, je einen Kraftmesser 24 a ohne Vorspannung oberhalb und unterhalb der Karos serie 10 in der Schraubverbindung 11 zu befestigen. Die einwirkende Kraft wird dann als Summe der Meßsignale beider Kraftmesser 24 a ge wonnen. Dabei ermittelt der unterhalb angebrachte Kraftmesser die Zugkraft und der oberhalb angebrachte Kraftmesser die Druckkraft.

Die Funktionsweise eines faseroptischen Lichtleiters ist herkömmlich bekannt und deshalb hier nicht näher erläutert. Die den faserop tischen Lichtleiter durchsetzende Strahlung wird abhängig von der Dämpferkraft mehr oder weniger geschwächt.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der auf ein Fahrzeug einwirkenden Kraft mit einem Sensor (24) und einem Stoßdämpfer (13), wobei der Stoßdämpfer (13) mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung (11) an ei nem Karosserieteil (10) des Fahrzeugs befestigt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor (24) in der Befestigungseinrichtung (11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sen sor (24) als Zwischenscheibe oder Zwischenring in der Befestigungs einrichtung (11) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (24) einen faseroptischen Lichtleiter (43) aufweist, der auf bzw. zwischen mindestens einer Unterlegscheibe (41, 42) an geordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lichtleiter (43) mindestens im Bereich der Unter legscheiben (41, 42) von einer spiralförmigen Umwicklung (45) um geben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ei ner Scheibe (26) mäanderförmig ein Dickschichtwiderstand (28) ange ordnet ist und daß der Stromfluß senkrecht oder parallel zum Fluß der einwirkenden Kraft ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (26) einen Fortsatz (32) aufweist und daß auf dem Fortsatz (32) ein elektrischer Schaltkreis (IC) (34) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß sich zwischen dem Karosserieteil (10) und dem Flansch (12) des Stoßdämpfers (13) eine elastische Unterlage (25) in der Be festigungseinrichtung (11) befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor (24) vergossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor (24) vorgespannt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils oberhalb und unterhalb des Karosserieteils (10) in der Befestigungseinrichtung (11) ein Sensor (24) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Meßsignale des Sensors (24) einer Dämpfereinrich tung für den Stoßdämpfer (13) zugeführt werden.