DE60319789T2

DE60319789T2 - Axialwälzlager für eine Fahrzeugaufhängung mit einer Verformungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE60319789T2
Application number: DE60319789T
Authority: DE
Inventors: Olivier Blanchin; Christophe Nicot
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2023-11-01
Also published as: DE60319789D1; EP1424227B1; FR2847515A1; BR0305305A; US7192041B2; US20040100057A1; ATE389552T1; EP1424227A2; JP2004177411A; FR2847515B1; EP1424227A3

Description

Die bekannten Anschläge umfassen herkömmlicherweise ein festes Organ, das dazu bestimmt ist, mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden zu sein, und ein Drehorgan, das dazu bestimmt ist, in der Drehung fest mit der Aufhängungsfeder verbunden zu sein.
Die Anschläge können insbesondere ein Lager umfassen, das einen oberen festen Ring, einen unteren drehenden Ring und zwischen den Ringen angeordneten Rollkörpern umfassen kann.
Die Anschläge ermöglichen somit die Befestigung der Räder am Rahmen des Fahrzeugs über Aufhängungen und deren dazugehörige Federn, wobei sich die Räder im Winkel vorwärts bewegen können und dabei die durch die Fahrbedingungen entstehenden multiaxialen Kräfte tragen (Beschleunigung, Bremsung, Straßenzustand, Kurve, ...).
Insbesondere die auf das Rad einwirkenden vertikalen Kräfte werden zum Teil über den Aufhängungsanschlag in den Rahmen des Fahrzeugs aufsteigen, was zu einer Verformung der Organe besagten Anschlags führt.
Es ist ferner wünschenswert, die auf die Räder des Fahrzeugs einwirkenden Kräfte zu messen, insbesondere im Hinblick auf den Bedarf einer gewissen Anzahl von elektronischen Hilfssystemen des Fahrzeugs, die beispielsweise für die aktive Sicherheit, den Fahrkomfort (vor allem beim Steuern der Aufhängungen) oder die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bestimmt sind.
Hierfür misst man bekanntermaßen die Kräfte, die die Fahrbahn auf das Fahrzeug ausübt.
Diese Messungen werden entweder an der Höhe des Reifens oder an der Höhe der Teile der Radachse gemessen. Mit diesen Messverfahren ist jedoch eine Reihe von Einschränkungen verbunden.
Insbesondere bei der Messung am Reifen als drehendes Element stellt sich das Problem der Übertragung des Signals in einen festen Bezugswert, so dass daraus das Modul der Kräfte abgeleitet werden kann; dies ist um so kritischer, je mehr Signale kommen und in Echtzeit analysiert werden müssen, um die Hilfssysteme steuern zu können.
In Bezug auf die Messung der Achse besteht das Hauptproblem in der Analyse der Signale, aus denen das Modul der Kräfte jeweils in die drei Richtungen des Raums bemessen werden kann. Die Anwendung einer transversalen Kraft am Fuß des Rads erzeugt ein Kippmoment im Bereich des Lagers, das auf die Radspeiche zurückzuführen ist, die hier wie ein Hebel wirkt. Die Wirkung der transversalen Kraft ist stärker als die Wirkung der vertikalen Kraft, wodurch die genaue Bestimmung der vertikalen Kraft schwierig wird.
Im Dokument US 4 830 399 wird ein Anschlag mit einem Drucksensor zur Messung der Kräfte beschrieben.
Um diese Probleme zu lösen, wird in der Erfindung vorgeschlagen, am Aufhängungsanschlag des Fahrzeugs insbesondree die vertikalen Kräftz zu messen, die auf das Rad des besagten Fahrzeugs angewendet werden, und zwar auf indirekte Art und Weise durch kontinuierliche Messung der Verformungen eines festen Organs des Anschlags, die durch besagte Kräfte induziert werden.
In der Erfindung wird zu diesem Zweck ein Aufhängungsanschlag für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, der eine Vorrichtung zur Messung der Kräfte umfrasst, die auf das Rad des Fahrzeugs einwirken, wobei besagte Vorrichtung mindestens einen Verformungssensor umfasst, der mit einem festen Organ besagten Anschlags verbunden ist, so dass die Verformungen besagten Organs, die durch diese angewendeten Kräfte induziert werden, gemessen werden können, und ein Berechnungsmittel, das dazu geeignet ist, ausgehend von diesen Verformungen die entsprechenden angewendeten Kräfte zu berechnen.
Einer Herstellungsart zufolge ist die Vorrichtung so angeordnet, dass die auf das Rad senkrecht angewendeten Kräfte gemessen werden können.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden im folgenden deutlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die 1 und 2 Teilansichten eines Anschlags im Längsschnitt sind, bei dem die Verformungssensoren jeweils mit der oberen Schale und dem oberen Ring verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf die Abbildungen wird ein Aufhängungsanschlag für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der ein Lager umfasst, welches mit einem festen oberen Ring 1 versehen ist, der mit dem ahmen 2 des Fahrzeugs verbunden ist, und einem unteren Drehring 3, der in der Drehung fest mit der Aufhängungsfeder (4) und den Drehkörpern 5 zwischen den genannten Ringen verbunden ist, so dass eine relative Drehung dieser Ringe um eine Achse möglich ist.
In der Folge werden die Begriffe «oberes» und «unteres» im Verhältnis zur oberen bzw. unteren Lage in den Aufhängungsanschlägen entsprechend den Abbildungen defininiert, die Begriffe „innere" und „äußere" im Verhältnis zur nahen oder entfernten Lage der Drehachse definiert, die Begriffe „vertikal" oder „axial" und „transversal” oder „radial" im Verhältnis zu einer jeweils parallel und senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene definiert.
In den vorgestellten Herstellungarten umfasst der Aufhängungsanschlag eine obere Schale 6, die mit einem unteren Ring 1 verbunden ist, wobei besagte Schale mit Rahmen 2 verbunden ist, und eine untere Schale 7, die mit dem unteren Ring 3 verbunden ist.
Die untere Schale 7 besteht aus einem in der Hauptsache ringförmigen Teil, das eine Auflage 8 umfasst, in der das Ende von Feder 4 aufliegt, wobei eine relative Befestigung von Feder 4 auf der unteren Schale 7 gewährleistet wird. Die untere Schale 7 wird beispielsweise durch Formen eines thermoplastischen Materials vom Typ Polyamid 6.6. gebildet.
Die obere Schale 6 besteht aus einem in der Hauptsache ringförmigen Teil, das in den dargestellen Herstellungsarten aus Gummi besteht, der auf ein ringförmiges Verstärkungsinsert 6a aufgepresst ist, wobei besagte Schale eine Bohrung 6b umfasst, die so angeordnet ist, dass sie das Ende des Stabs des Stoßdämpfers der Aufhängung aufnimmt.
Das Insert 6a umfasst von außen nach innen einen deutlich axialen Kranz 6c, einen ringförmigen radialen Teil 6d und eine zylindrische Schürze 6e, wobei diese untereinander verbunden sind und sich axial vom äußeren Rand des radialen Teils 6d nach unten erstrecken. Die axiale Schürze 6e umfasst einen radialen ringförmigen Falz 6e' zur Auflage eines Stoßanschlags 9 über ein Insert 10, das auf besagten Stoßanschlag montiert ist.
Der Stoßanschlag 9 umfasst einen axialen ringförmigen Teil und eine zylindrische Schürze, die sich axial vom äußeren Rand des radialen Teils aus nach unten erstreckt.
Die Ringe 1, 3 des Lagers bestehen jeweils aus einer Unterlegscheibe aus Buckelblech, die z. B. durch Ineinanderschieben mit zwei Schalen 6, 7 verbunden sind, wobei besagte Ringe den Rollweg 11 umfassen, der gegenüber angeordnet ist, so dass er die Rollkörper 5 aufnehmen kann, die in den dargestellten Herstellungsarten rund sind. Insbesondere die Geometrie der Schalen 6, 7 und der damit verbundenen Ringe 1 und 3 ist dergestalt, dass eine zuverlässige Befestigung der Ringe 1 und 3 auf den Schalen 6 und 7 möglich ist, insbesesondere in Bezug auf die radialen Kräfte.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf einen Aufhängungsanschlag der "dritten Generation" hergestellt ist, in welchem die Filtereinheit in die obere Schale 6 eingebaut ist, kann die Erfindung von einem Fachmann auf die Aufhängungsanschläge übertragen werden, die eine andere generelle Struktur aufweisen, d. h. in denen die verschiedenen Funktionsorgane des Anschlags unterschiedlich angeordnet sind. Die dargestellte Herstellungart ist ebenfalls direkt übertragbar auf einen Aufhängungsanschlag vom lagerlosen Typ, z. B. mit Gleitlager, oder einen Anschlag, der ein in der Drehung verformbares Elastomerteil umfasst, wobei besagter Anschlag immer ein festes Organ umfasst. Die Erfindung betriff das Einbauen einer Vorrichtung zum Messen insbesondere von vertikalen oder axialen Kräften im Aufhängungsanschlag, die auf das Rad des Fahrzeugs angewendet werden.
Die Messvorrichtung umfasst mindestens einen Verformungssensor 12, der mit einem festen Organ 1 und 6 besagten Anschlags verbunden ist, so dass die Verformungen besagten Organs, die durch die auf das Rad angewendeten Kräfte induziert werden, gemessen werden können, und ein Berechnungsmittel, mit dem ausgehend von diesen Verformungen die entsprechenden angewendeten Kräfte berechnet werden.
Insbesondere der oder die Verformungssenoren 12 können unter den Sensoren ausgewählt werden, die die Beanspruchungseichmaße basierend auf piezoresistiven Elementen, die Sensoren für akustische Oberflächenwellen und die Magnetfeldsensoren umfassen, und die z. B. auf empfindlichen Elementen vom Typ magnetischer Widerstandsänderung, Giant Magneto Resistance, HAll-Effekt oder Tunnel Magneto Resistance (TMR) Effekts gründen.
Der Erfindung zufolge ist es folglich möglich, insbesondere die vertikalen Kräfte zu messen, die auf ein Rad angewendet werden, das mit dem Rahmen 2 eines Kraftfahrzeugs über den Anschlag verbunden ist.
Die Kräfte, die durch den Rahmen 2 auf das Rad angewendet werden oder umgekehrt, und die insondere durch die Fahrbedingungen hervorgerufenen werden, äußern sich in Verformungen der festen Organe 1 und 6 des Anschlags.
Es ist möglicht, eine Verhaltensregel für die Verformung eines festen Organs 1 und 6 entsprechend der angewendeten Kräfte zu finden, die beispielsweise von der Theorie oder einer ursprünglichen Eichung abstammt, und diese Regel im Berechnungsmittel zu verwenden, um die gemessenen Verformungen mit den Kräften zu verbinden, vor allen den vertikalen.
Auf den 1 und 2 umfasst der untere Ring 3 von innen nach außen einen radialen Kranz 13, den Rollweg 11 und einen Kranz, der einen radialen Teil 15 und einen axialen Teil 16 umfasst, wobei die Teile miteinander verbunden sind. Der untere Kranz 13 ist im Verhältnis zum radialen Teil 15 axial nach oben versetzt.
Die untere Schlale 7 umfasst an der oberen Seite zwei zylindrische Vorsprünge 7a und 7b, die dazu bestimmt sind, jeweils auf einem Kranz 13 und 15 aufzuliegen, so dass eine zuverlässige Verbindung des unteren Rings 3 auf Schale 7 gewährleistet wird. Die untere Schale 7 umfast an der unteren Seite einen zylindrischen Vorsprung 7c, der die axiale Wand der Aufnahme 8 bildet, wobei die radiale Wand besagter Aufnahme von der Unterseite des Körpers der unteren Schale 7 geformt wird.
Der obere Ring 1 umfasst von innen nach außen einen axialen Kranz 17, eine radialen Kranz 18 und den Rollweg 11, wobei diese Elemente miteinander verbunden sind.
Auf 1 sind die Verformungssensoren 12 mit der oberen Schale 6 verbunden, die aus einem Material gefertigt ist, das so gewählt ist, dass es sich unter der Einwirkung der angewendeten Kräfte elastisch verformt, z. B. aus Stahl.
Die Sensoren 12, von denen es drei gibt, umfassen ein dieletkrisches Substrat, das ein Plättchen 19 bildet, auf dem die Eichmaße oder die empfindlichen Elemente geklebt oder durch Serigraphie oder ein ähnliches Verfahren gebildet werden.
Um die Verformungen des Teils der Schale 6 zu messen, die mit der Platte 19 verbunden ist, ist die Platte 19 steif mit der Schale 6 befestigt, z. B. durch Kleben oder Schweißen. Die Verteilung der Eichmaße oder der empfindlichen Elemente auf dem Plättchen 19 kann so gewählt sein, dass die Verformungen bei einer Dehnung oder Drehung gemessen werden.
Bei der Herstellungsart, die auf 1 zu sehen ist, erfolgt die Messung der Verformungen auf drei unterschiedlichen Ebenen, so dass die Messgenauigkeit der Kräfte verbessert wird. Hierfür ist jedes Plättchen 19 mit einer hierfür in Schale 6 vorgesehen Aufnahme jeweils an der Außenseite des deutlich axialen Kranzes 6c, auf der oberen Seite des radialen Teils 6d und auf der Außenseite von Schürze 6e verbunden. Die Plättchen 19 sind neben dem Lager angeordnet.
Bei dieser Herstellungart werden die Kräfte in das Insert 6 übertragen, insbesondere durch den Kontakt zwischen dem radialen Falz 6e' und dem Stoßanschlag 9, was die bevorzugten Verformungsbereiche auf dem Insert 6 bildet, auf denen folglich vorzugsweise die Messungen vorzunehmen sind.
Auf 2 sind die Verformungssensoren 12 mit dem oberen Ring 1 verbunden, der aus einem Material hergestellt ist, das so gewählt ist, dass es sich unter Einwirkung der angewendeten Kräftte dehnbar verformt, z. B. aus Stahl.
Die Sensoren 12, von denen es zwei gibt, haben die gleiche Strukur, wie diejenigen, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, und die Plättchen 19 werden steif am Ring 1 befestigt, z. B. durch Kleben oder Schweißen.
In der auf 2 gezeigten Herstellungsart erfolgt die Messung der Verformungen auf zwei Ebenen, so dass die Messgenauigkeit der Kräfte verbessert wird. Hierfür ist jedes Plättchen 19 in einer in Schale 6 dafür vorgesehenen Aufnahme 20 jeweils mit der Außenseite des axialen Kranzes 17 und der Oberseite des radialen Kranzes 18 verbunden.
Bei dieser Herstellungsart bilden die Spannungen, die auf das Lager ausgeübt werden, sowie die Drehung des unteren Rings 3, die durch die insbesondere vertikalen Kräfte induziert wird, bevorzugte Verformungsbereiche auf dem oberen Ring 1, auf denen folglich vorzugsweise die Messungen vorzunehmen sind.
Nach einer Herstellungeart, die auf den Abbildungen zu sehen ist, haben die Enden 7d, 6f der unteren Schale 7 und der oberen Schale 6 eine Geometrie, die so angeordnet ist, dass sie ein statisches Dichtungsmittel für die Messvorrichtung bildet. Die externe Verschmutzung wird somit vermieden, so dass nichts in das Innere des Anschlags eindringen kann, was insbesondere die Möglichkeit gibt, Sensor 12 vor eventuellen Verschlutzungen zu schützen.

Claims

Aufhängungsanschlag für ein Kraftfahrzeugrad mit einer Messvorrichtung der auf das Rad des Fahrzeugs angewendeten Kräfte, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vorrichtung wenigstens einen Verformungssensor (12) umfasst, der einem festen Organ (1, 6) des genannten Anschlags derart zugeordnet ist, dass die Verformungen des genannten Elements gemessen werden, die durch die angewendeten Kräfte induziert werden, und ein Berechnungsmittel, das geeignet ist, ausgehend von diesen Verformungen die entsprechenden angewendeten Kräfte zu berechnen.
Anschlag gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angeordnet ist, um die auf das Rad des Fahrzeugs angewendeten vertikalen Kräfte zu messen.
Anschlag gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Lager umfasst, das mit einem oberen festen Ring (1) versehen ist, der dazu bestimmt ist, fest mit der Karosserie (2) des Fahrzeugs verbunden zu werden, mit einem unteren Drehring (3), der dazu bestimmt ist, fest mit der Aufhängungsfeder (4) verbunden zu werden, und mit zwischen den genannten Ringen angeordneten Rollkörpern (5).
Anschlag gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er eine obere Schale (6) umfasst, die dem oberen Ring (1) zugeordnet ist und dazu bestimmt ist, dem Rahmen (2) zugeordnet zu werden, und eine untere Schale (7), die dem unteren Ring (3) zugeordnet ist.
Anschlag gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verformungssensor(en) (12) der oberen Schale (6) zugeordnet sind.
Anschlag gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere(n) Schale(n) (12) dem oberen Ring (1) zugeordnet ist/sind.
Anschlag gemäß Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren (7) und oberen (6) Schalen Erweiterungen (7d, 6f) umfassen, die derart zusammenwirken, dass sie ein statisches Abdichtmittel bilden.
Anschlag gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verformungssensor(en) (12) aus den Sensoren ausgewählt ist/sind, die Beanspruchungseichmaße basierend auf piezoresistiven Elementen, die Sensoren für akustische Oberflächenwellen und die Magnetfeldsensoren umfassen.