DE3911873C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufhängungssteuersystem zum Einstellen der Höhe eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, wie es durch die JP 61-1 17 414 (A) bekannt ist.

Dabei wird die Höhe eines Kraftfahrzeuges mittels einer Vorrichtung eingestellt oder kontrolliert, welche eine Federbein-Aufhängung umfaßt.

Diese Aufhängung ist mit einem Lenker verbunden, der schwenkbar an dem Fahrzeug angebracht ist. Die Vor­ richtung wird mittels Signalen von einem Drehwinkelsensor betrieben, welcher vertikale Verlagerung des Aufhängungs­ armes in eine Drehbewegung wandelt.

Bei einer bekannten Art von Drehwinkelsensoren handelt es sich um einen sogenannten inkrementalen Drehwinkelsensor, der eine Drehwinkeländerung durch Erfassen und Aufsummieren eines Zwei-Phasen- Pulssignals detektieren kann, während Drehwinkelsensoren einer anderen bekannten Art durch Erfassen eines binären Signals die absolute Drehlage erfassen können. Ein Beispiel hierfür ist in der EP 3 23 094 A2, Fig. 5 und 6, beschrieben, welche einen Stand der Technik gemäß § 3(2)2. Pat.G darstellt. Dabei werden eine ge­ schlossene Reihe von Markierungen auf einem gemeinsamen Umfang des Drehkodierers von zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordneten Sensoren abgetastet.

Im allgemeinen werden Drehwinkelsensoren der ersten Art verwendet, weil sie einfach aufgebaut sind und nur wenige Ausgangsanschlüsse erfordern. Ein Beispiel hierfür zeigt die oben ge­ nannte JP 61-1 17 414 (A), die anhand der Fig. 7A und 7B dieser Anmeldung im einzelnen diskutiert ist.

Bei Drehwinkelsensoren der anderen Art werden eine dem erforderlichen Auflösungsvermögen entsprechende Anzahl von bits erzeugt. Um beispielsweise die Zahl 256, d.h. 2⁸, zu erkennen, ist es erforderlich, 8 bits zu erzeugen, was 8 Sätze von Photo-Elementen erfordern würde. Dies bringt jedoch Probleme hinsichtlich Anordnung, Platzbedarf und Kostenaufwand mit sich.

Drehwinkelsensoren der inkrementalen Art (JP 61-1 17 414 (A)) können zwar die Drehrichtung und die Drehwinkeländerung ab einer Anfangsposition bestimmen, nicht aber die absolute Position.

Es ist ein Drehstellungsgeber für ein Aufhängungssteuer­ system bekannt (US 45 68 096 C), bei dem ein halbkreis­ förmiger Unterbrecher mit seinen Enden zwischen je einem optischen Sender und Empfänger angeordnet und diesem gegenüber so verdrehbar ist, daß jeweils ein Ende den optischen Signalweg zwischen zugehörigem Sender und Empfänger freigibt. Bei dieser bekannten Lösung gibt es eine Drehstrecke - ein sogenanntes Trimm-Band -, in dem beide optischen Sender von dem zugehörigem Empfänger getrennt sind. Eine genaue Absolut-Positionsbestimmung ist damit nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu eliminieren und ein Aufhängungssteuersystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das eine exakte Absolut-Positionsbestimmung ermöglicht, wie sie für eine Fahrzeugniveausteuerung erforderlich ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem Aufhängungssteuersystem nach der Erfindung dient die Neutralstellung für die Rotation der Drehscheibe des Drehkodierers als Bezugsposition. Die Absolut-Position wird in bezug auf diese Bezugsposition erfaßt. Eine Über­ wachungsschaltung überwacht die Drehrichtung und den von dem Sensor überstrichenen Drehwinkel, ausgehend von den erfaßten Daten. Die Fahrzeughöhe wird entsprechend dem Signal aus der Überwachungsschaltung mittels des Sensors kontrolliert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Im folgenden ist die Erfindung an vorteilhaften Aus­ führungsbeispielen anhand der Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Drehscheibe eines Dreh­ winkeländerungssensors für eine Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Schaltung zum Erzeugen von Zählsignalen in unterschiedlichen Drehrichtungen;

Fig. 3 die Beziehung zwischen Zählsignalmengen einer Links- und einer Rechtsdrehung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Betriebs der Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Vor­ richtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe;

Fig. 6 schematisch den Aufbau eines Drehwinkel­ änderungssensors;

Fig. 7A eine Draufsicht auf eine Drehscheibe mit zwei Sätzen von Zwei-Phasen-Schlitzen; und

Fig. 7B die Beziehung zwischen dem von der in Fig. 7A gezeigten Drehscheibe überstrichenen Drehwinkel zu dem Zwei-Phasen-Pulssignal.

Gemäß Fig. 5 ist ein Rad 1 mittels eines vertikal schwenkbaren Aufhängungsarmes 2 drehbar mit einem Fahrzeug (nicht gezeigt) verbunden. Ein unterer Endabschnitt einer versteiften Aufhängung 3 ist an einen Endabschnitt des Aufhängungsarmes 2 ange­ koppelt. Die versteifte Aufhängung umfaßt eine Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe. Die Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe wird mittels eines Signales überwacht, das von einer Überwachungsschaltung 5 abgegeben wird. Die Über­ wachungsschaltung wird mit einem Signal von einem Drehwinkeländerungssensor 4 angesteuert. Der Dreh­ winkeländerungssensor 4 erfaßt den überstrichenen Drehwinkel, welcher dem Vertikalversatz des Auf­ hängungsarmes 2 entspricht.

Fig. 6 zeigt Einzelheiten des prinzipiellen Aufbaus eines optischen Drehwinkeländerungssensors. Der Drehwinkeländerungssensor umfaßt eine Lichtquelle 6, eine um ihre Achse 7a drehbare Dreh- oder Kreis­ scheibe 7, eine Erfassungsschlitzeinheit 8 und ein Lichtempfangselement 9, beispielsweise eine Photodiode. Die Lichtquelle 6 umfaßt eine Lampe 6a und eine Kollimatorlinse 6b zum Parallelisieren der von der Lampe 6a emittierten Lichtstrahlen. Die Kreisscheibe 7 ist mit mehreren radial angeordneten Schlitzen 7b versehen, welche mit einer solchen Teilung angeordnet sind, daß sie die Kreisscheibe 7 in Umfangsrichtung in gleiche Teile teilen. Die Erfassungsschlitzeinheit 8 ist ebenfalls mit mehreren Schlitzen versehen, wobei diese den gleichen Winkelab­ stand wie diejenigen der Drehscheibe 7 haben. Die Kreisscheibe 7 und die Erfassungsschlitzeinheit 8 sind mit geringem Abstand voneinander zwischen der Lichtquelle 6 und dem Lichtempfangselement 9 angeordnet.

Wenn die Kreisscheibe 7 um eine Teilung der Schlitze 7a dreht, empfängt das Lichtempfangselement 9 einmal das Licht durch die Erfassungsschlitzeinheit 8 und erfaßt eine Änderung der Lichtintensität. Die erfaßte Änderung der Lichtintensität wird dann in eine Ausgangsspannung mit sinusförmigem Verlauf gewandelt, welche ihrerseits in Pulse gewandelt wird. Der überstrichene Drehwinkel wird digitalisiert und durch Zählen der Anzahl der Pulse mittels eines Zählers bestimmt.

Mit Hilfe des Drehwinkeländerungssensors mit der Kreisscheibe, welche Schlitze einer einzigen Phase aufweist, ist es möglich, den von der Kreisscheibe überstrichenen Drehwinkel zu erfassen und zu bestimmen, wohingegen nicht die Drehrichtung bestimmt werden kann. Um diesen Nachteil auszuräumen, ist die Kreis­ scheibe mit zwei Sätzen von Schlitzen 10a und 10b mit zwei Phasen (A und B) gemäß Fig. 7A versehen.

Nach Fig. 7A sind die beiden Sätze der Zwei-Phasen- Schlitze 10a und 10b der Kreisscheibe 10 in Umfangs­ positionen mit unterschiedlichen Radien auf der Kreisscheibe 10 angeordnet, wobei sie zueinander eine Phasendifferenz von 90° in Umfangsrichtung der Kreisscheibe 10 aufweisen. Ein A-Phasen-Detektor 11a und ein B-Phasen-Detektor 11b erfassen diese Zwei-Phasen-Schlitze 10a und 10b auf der Kreis­ scheibe 10, welche zwischen den Lichtquellen und den Lichtempfangselementen der Detektoren 11a und 11b angeordnet sind. Der A-Phasen- und der B-Phasen- Detektor 11a und 11b erzeugen A-Phasen- und B-Phasen- Pulssignale gemäß Fig. 7B. Die Rotationsrichtung der Kreisscheibe 10 wird somit entsprechend dem Verschiebungsgrad der beiden Pulssignale gegeneinander bestimmt.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe, welche denselben Drehwinkeländerungssensor verwendet, wie er vor­ stehend beschrieben ist. Dieser Drehwinkeländerungs­ sensor umfaßt die beschriebene Dreh- oder Kreisscheibe und zwei Sätze Detektoren. Die Kreisscheibe ist mit zwei Sätzen Zwei-Phasen-Schlitze versehen, welche in Umfangsrichtung auf der Kreisscheibe mit unterschiedlichen Radien angeordnet sind, wobei sie zueinander eine Phasendifferenz von 90° in Umfangsrichtung der Kreisscheibe aufweisen. Jeder der Detektoren umfaßt eine Lichtquelle und ein Lichtempfangselement, welche so angeordnet sind, daß sie jeweils entsprechende Sätze von Schlitzen auf der Kreisscheibe überstreichen. Die Detektoren erzeugen Zwei-Phasen-Pulssignale mit der Phasen­ differenz von 90° entsprechend der Intensität des mittels der Detektoren erfaßten Lichtes.

Bei der Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe ist die Dreh- oder Kreisscheibe ferner mit einem halbkreisförmigen Schlitz auf der unteren oder oberen Hälfte des äußeren Umfangs der Drehscheibe versehen, wobei eine radiale Begrenzung dieses Schlitzes im wesentlichen in der Neutralposition eines Betriebsbereiches der Kreisscheibe liegt. Die Vorrichtung umfaßt einen Detektor, der mittels des halbkreisförmigen Schlitzes feststellt, ob die Fahrzeughöhe innerhalb eines oberen oder eines unteren Bereiches bezüglich der Neutralposition liegt. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Überwachungs­ schaltung, welche die Höheneinstellvorrichtung entsprechend der Position der Kreisscheibe bezüglich der Neutralposition ab dem Zeitpunkt des Betriebs­ beginns einstellt, wodurch die Fahrzeughöhe größer oder kleiner eingestellt wird. Die Überwachungsschal­ tung dient ferner dazu, die Drehrichtung und den von der Kreisscheibe des Drehwinkeländerungssensors überstrichenen Drehwinkel von dem Zeitpunkt an zu messen, zu dem der Detektor feststellt, daß die Kreisscheibe in der Neutralposition steht.

Im folgenden sind die charakteristischen Merkmale der Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert, worin Elemente oder Teile, welche denjenigen in Fig. 7 (Stand der Technik) entsprechen, mit zusätzlichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß Fig. 1 ist die Kreisscheibe 10 ferner mit einem Schlitz 10c auf dem äußeren Umfang außerhalb der Zwei-Phasen-Schlitze 10a und 10b versehen. Der Schlitz 10c ist halbkreisförmig und verläuft im Uhrzeigersinn ausgehend von der Neutralposition der Kreisscheibe als Begrenzung. Ein Detektor 11c ist in einem Bereich angeordnet, welcher der Neutralpo­ sition der Kreisscheibe entspricht. Der Detektor 11c erfaßt den Schlitz 10c, wenn die Kreisscheibe 10 im Gegenuhrzeigersinn, d.h. nach links, aus der Neutralposition herausdreht. In diesem Fall erzeugt der Detektor 11c ein Ausgangssignal. Der Detektor 11c erfaßt den Schlitz 10c jedoch nicht, wenn die Kreisscheibe 10 im Uhrzeigersinn, d.h. nach rechts, dreht, so daß der Detektor 11c in diesem Fall kein Ausgangssignal erzeugt.

Wenn die Kreisscheibe 10 in der Neutralposition nach Fig. 1 steht, liegen die Schlitze 10a und 10b so, daß sie nicht von dem A-Phasen- und B-Phasen- Detektor 11a und 11b erfaßt werden. Die Veränderungen der Wellen des A-Phasen-Pulssignales des A-Phasen- Detektors 11a, des B-Phasen-Pulssignales des B-Phasen-Detektors 11b und des Positionserfassungs­ signales des Positionsdetektors 11c sind in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, mit Hilfe derer die Drehrichtung (d.h. rechts oder links) der Kreisscheibe 10 entsprechend der Verschiebung des A-Phasen- Pulssignales zu dem B-Phasen-Pulssignal festgestellt wird und die dazu dient, ein Linksdrehungs-Zählsignal oder ein Rechtsdrehungs-Zählsignal zu erzeugen. Die Schaltung nach Fig. 2 ist an sich bekannt. Sie umfaßt Flip-Flops 12a und 12b und AND-Gatter 13a und 13b. Die Flip-Flops 12a und 12b erzeugen Ausgangssignale an Ausgangsanschlüssen Q_A und Q_B, wenn die Phasen-Pulssignale über die Eingangsanschlüsse C und danach über die Eingangsanschlüsse D eingegeben werden. Die AND-Gatter 13a und 13b erzeugen das Linksdrehungs-Zählsignal oder das Rechtsdrehungs-Zähl­ signal während der Übertragung der Eingangssignale an die Eingangsanschlüsse D. Die Schaltung nach Fig. 2 wird hier nicht weiter erläutert, weil sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Der Betrieb der Überwachungsschaltung 5, mit Hilfe derer die absolute Position, gemessen von der Neutral­ position als Bezugsposition des Drehwinkeländerungs­ sensors festgestellt wird, ist im folgenden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 4 be­ schrieben.

Es wird gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 4 zunächst abgefragt, ob die Drehscheibe stationär in einer Position rechts herum aus der neutralen Position nach Fig. 3 gedreht steht, wenn der Detektor 11c zum Erfassen der Position der Drehscheibe kein Positionserfassungssignal beim Inbetriebnehmen eines Systems wie der Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe erzeugt. Das System, d. h. die Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe, wird zum Zwecke der weiteren Feststellung links herum gedreht. Die Position, in der das Positionserfassungs­ signal umkehrt, dient als Bezugsposition. Bezüglich dieser Bezugsposition wird die absolute Position der Kreisscheibe dadurch bestimmt, daß die Linksdre­ hungs- und Rechtsdrehungs-Zählsignale entsprechend den A-Phasen- und B-Phasen-Pulssignalen von dem A-Phasen- und dem B-Phasen-Detektor 11a und 11b kummulativ addiert bzw. subtrahiert werden. Die Daten der absoluten Position werden in einem Speicher abgelegt. Die in dem Speicher abgelegten Daten der absoluten Position werden immer dann gelöscht bzw. aktualisiert, wenn das Positionserfassungssignal aus dem Detektor 11c umkehrt. Diese Schritte werden wiederholt, indem die Position, bei welcher das Positionserfassungssignal umkehrt, als Bezugsposition deklariert wird.

Inzwischen ist festgestellt worden, daß die Kreisschei­ be in einer Stellung angehalten worden ist, in der sie sich in einer nach links und nicht nach rechts gedrehten Position befindet, wenn der Detektor 11c ein Positionserfassungssignal beim Inbetriebnehmen erzeugt (vgl. Fig. 3). Entsprechend dieser Feststel­ lung wird das System, d.h. die Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe, in eine nach rechts gedrehte Position verbracht. Wenn dann das Positionser­ fassungssignal umkehrt, wird diese Position zur Bezugsposition erklärt. Die nachfolgenden Schritte zum Bestimmen der absoluten Position der Kreisscheibe folgen den oben erläuterten Schritten.

Bei der beschriebenen Ausführung wird der von der Dreh- oder Kreisscheibe überstrichene Drehwinkel danach erfaßt, ob Licht die Schlitze in der Kreisschei­ be passiert oder nicht. Es ist jedoch ebenso möglich, Streifen eines magnetischen Werkstoffs auf der Kreisscheibe anzuordnen und mittels einer Einrichtung zum Erfassen magnetischen Werkstoffs, wie eines Hall-Elementes, festzustellen, ob magnetischer Werkstoff vorhanden ist oder nicht.

Gemäß der Erfindung wird die absolute Position in bezug auf die Neutralposition in einfacher Weise dadurch bestimmt, daß eine herkömmliche Vorrichtung zum Einstellen der Fahrzeughöhe durch einfache Meßmittel ergänzt wird. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschie­ denen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (3)

1. Aufhängungssteuersystem zum Einstellen der Höhe eines Fahrzeuges entsprechend der relativen Verlagerung zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Aufhängung des Fahrzeuges mit einem inkrementalen Drehkodierer zum Erfassen der Höhe des Fahrzeuges, wobei der Drehkodierer eine Drehscheibe (10), welche betriebsmäßig mit der Aufhängung zur Verdrehung aufgrund einer Höhen­ änderung des Fahrzeuges verbunden ist und zwei Sätze Markiervorrichtungen (10a; 10b) umfaßt, die zueinander in unterschiedlicher Phase in Umfangsrichtung auf der Drehscheibe angeordnet sind, sowie zwei Sätze in gleicher Phase in Umfangsrichtung angeordneter Detek­ torvorrichtungen (11a; 11b) gegenüber den beiden Sätzen Markiervorrichtungen (10a; 10b) zum Erzeugen von die relative Verlagerung der Drehscheibe (10) repräsentie­ renden Signalen aufweist, gekennzeichnet durch eine Signalerzeugungsvorrichtung (10c, 11c) zum Erzeugen eines ersten Signals bei einer oberhalb einer definierten Neutralstellung liegenden Fahrzeughöhe und zum Erzeugen eines zweiten Signals bei einer unterhalb der Neutralstellung liegenden Fahrzeughöhe, wobei die Neutralstellung durch einen Signalwechsel zwischen erstem und zweitem Signal definiert ist und eine Nullstellung für den inkrementalen Drehkodierer bestimmt; eine Entscheidungsvorrichtung (S1; S2), welche bei Inbe­ triebnahme des Systems aufgrund eines ersten oder zweiten Signals hin die Steuerrichtung der Fahrzeughöhe hin zur Neutralstellung bestimmt, und eine Steuervorrichtung (S3, S4, S5, S6), welche auf die Vorgabe der Steuerrichtung durch die Entscheidungsvorrichtung hin die Aufhängung so steuert, daß die Fahrzeughöhe in Richtung auf die Neutral­ stellung verstellt wird, wobei im Fahrbetrieb die aktuelle Fahrzeughöhe aus dem ersten oder zweiten Signal in Ver­ bindung mit dem Signal des inkrementalen Drehkodierers (10) bestimmt und bei jedem Signalwechsel zwischen erstem und zweitem Signal der kumulierte Zählwert auf Null gesetzt wird.

2. Aufhängungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsvorrichtung einen halbkreisförmigen Schlitz (10c) in der Drehscheibe (10) zum Bezeichnen entweder des unterhalb oder des oberhalb bezüglich der Neutralstellung gelegenen Bereiches der Fahrzeughöhe, wobei das eine Ende des Schlitzes (10c) der Neutralstellung ent­ spricht, und einen Sensor (11c) aufweist, welcher das erste Signal erzeugt, wenn der Sensor (11c) gegenüber dem Schlitz (10c) steht, und das zweite Signal erzeugt, wenn der Sensor (11c) nicht gegenüber dem Schlitz (10c) steht.

3. Aufhängungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsvorrichtung einen halbkreisförmigen Magnetstreifen im Randbereich der Drehscheibe (10) zum Bezeichnen ent­ weder des unterhalb oder des oberhalb bezüglich der Neutralstellung gelegenen Bereiches der Fahrzeughöhe, wobei dieser Magnetstreifen ein der Neutralstellung entsprechendes Ende hat, sowie einen Sensor zum Erzeugen des ersten Signals aufweist, wenn der Sensor gegenüber dem Magnetstreifen steht, und zum Erzeugen des zweiten Signals, wenn der Sensor nicht gegenüber dem Magnetstreifen steht.