EP4204243A1 - Zentralgelenkvorrichtung für fahrwerkskomponenten - Google Patents

Zentralgelenkvorrichtung für fahrwerkskomponenten

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Publication number
EP4204243A1
EP4204243A1 EP21749651.2A EP21749651A EP4204243A1 EP 4204243 A1 EP4204243 A1 EP 4204243A1 EP 21749651 A EP21749651 A EP 21749651A EP 4204243 A1 EP4204243 A1 EP 4204243A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
sensor
central joint
joint device
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21749651.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Werries
Sören KNOPP
Julian Stratmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4204243A1 publication Critical patent/EP4204243A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/05—Vehicle suspensions, e.g. bearings, pivots or connecting rods used therein

Definitions

  • the invention relates to a central joint device for chassis components, in particular three-point links. Furthermore, the invention relates to a chassis component, in particular a three-point link, and to a vehicle, in particular a commercial vehicle. In addition, the invention also relates to a computer-implemented method for operating a central joint device and to a corresponding computer program product.
  • Joints with a sensor device are known from the prior art.
  • the German patent application DE 10 2016 215 416 A1 describes a sensor device for ball joints, with a transmitter and a sensor being in constant contact with one another.
  • the German patent DE 10 2005 027 826 B3 describes a ball joint with a sensor for permanent determination of a state of wear of the ball joint.
  • the central joint device comprises at least one housing unit.
  • the central joint device comprises at least one pivot pin unit which is movably mounted at least in sections within the housing unit.
  • the central joint device comprises at least one sensor unit, in particular a magnetic sensor unit, which is provided for contactlessly detecting rolling and pitching movements of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another.
  • the sensor unit includes at least one transmitter element.
  • the sensor unit includes at least one sensor element. The transmitter element and the sensor element are arranged at a distance from one another and can be moved relative to one another.
  • the central joint device is preferably at least partially designed as a central joint, in particular as a ball joint.
  • a chassis component of a vehicle in particular a commercial vehicle, can include the central joint device.
  • the chassis component is preferably designed as a three-point link, in particular for stabilizing a commercial vehicle.
  • the chassis component can also be designed differently from a three-point link, for example as a wishbone.
  • An individual chassis component of the vehicle preferably has an individual central joint device according to the invention.
  • the vehicle has a plurality of chassis components with the central joint device according to the invention and/or that the chassis component has a plurality of central joint devices according to the invention.
  • “Provided” should be understood to mean, in particular, specially programmed, specially equipped and/or specially designed.
  • the fact that an object is provided for a function is to be understood in particular to mean that the object executes the function in at least one operating state.
  • the housing unit can preferably be rigidly connected to other components of the chassis component, such as, for example, fastening rods of a three-point link for fastening to a vehicle frame.
  • the pivot pin unit can preferably be rigidly connected to other components of the vehicle, in particular other chassis components.
  • the pivot pin unit can preferably be rigidly connected to a vehicle axle, in particular a rear axle, of the vehicle.
  • the pivot pin unit in particular a pivot ball of the pivot pin unit, is preferably mounted rotatably and tiltably at least in sections within the housing unit.
  • the pivot pin unit and the housing unit are movable relative to one another.
  • the housing unit and the pivot pin unit can move relative to one another, in particular as a function of movements of the vehicle, in particular as a function of rolling and/or pitching movements of the vehicle.
  • the chassis component comprising the central joint device preferably serves to at least partially stabilize the vehicle during ferry operation.
  • the sensor unit is preferably designed as a magnetic sensor unit.
  • the sensor unit is designed as an optical sensor unit, as a capacitive sensor unit, as an inductive sensor unit or as another sensor unit that appears sensible to a person skilled in the art.
  • the sensor unit is preferably at least partially integrated into the housing unit and at least partially into the pivot pin unit.
  • one of the elements of the sensor unit is arranged on the housing unit and another of the elements is arranged on the pivot pin unit.
  • a relative movement between the housing unit and the pivot pin unit corresponds to a relative movement between the transmitter element and the sensor element.
  • the transmitter element and the sensor element are preferably free of contact with one another in every possible relative alignment, in particular to minimize wear.
  • the encoder element is preferably designed as a magnet, in particular as a permanent magnet.
  • the encoder element is preferably provided to generate a magnetic field.
  • the sensor element is preferably provided to detect the magnetic field generated by the transmitter element.
  • the sensor element is preferably designed as a magnetic field sensor, in particular as a Hall sensor.
  • the sensor unit is preferably provided to detect movements, in particular rolling and pitching movements, of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another as a function of magnetic field changes at the position of the sensor element.
  • the sensor unit, in particular the sensor element comprises at least one electronic system, in particular an integrated circuit, in order to detect movements, in particular rolling and pitching movements, of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another as a function of the magnetic field changes.
  • the sensor unit can be connected to a computing device, for example a control unit, of the vehicle for data transmission purposes, in which case the computing device can be provided in particular for evaluating data recorded by the sensor element.
  • a control device prepares data from sensors as input signals, processes them, for example using a programmable logic module, an FPGA or ASIC module or a computer platform, and provides logic and/or power levels as a control or regulation signal.
  • the control device and the sensor unit are preferably integrated in an on-board network of the vehicle, for example in a CAN bus.
  • Rolling and pitching movements of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another are, in particular, tilting movements of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another about two different axes, in particular perpendicular to one another.
  • a rolling movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another is preferably a tilting movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another about a vehicle longitudinal axis.
  • a pitching movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another is preferably a tilting movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another about a vehicle transverse axis.
  • rolling and pitching movements of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another can also take place about axes that are configured differently from the longitudinal axis of the vehicle and/or the transverse axis of the vehicle.
  • the transverse axis of the vehicle preferably extends perpendicularly to the longitudinal axis of the vehicle.
  • the sensor unit is preferably provided for simultaneously detecting relative movements of the housing unit and the pivot pin unit about two axes.
  • the sensor unit is provided to simultaneously detect a rolling movement and a pitching movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another.
  • a roll movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to each other is dependent on a roll movement of the vehicle comprising the central joint device.
  • a pitching movement of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another is dependent on a pitching movement of the vehicle comprising the central joint device.
  • a rolling and/or pitching movement of the vehicle can preferably be inferred.
  • Data provided by the sensor unit can preferably be used to control vehicle functions, such as ride height control, roll stabilization, steering assistance or the like.
  • the configuration of the central joint device according to the invention advantageously makes it possible to detect rolling and pitching movements. Additional sensors, for example ride height sensors, can advantageously be dispensed with. Advantageously, a wear and / or separation of Central joint device are reliably detected. A central joint device can be provided, which enables an advantageously user-friendly and user-safe operation.
  • the sensor element is arranged on the housing unit, in particular on at least one cover element of the housing unit, and the transmitter element is arranged on the pivot pin unit, or the sensor element is arranged on the pivot pin unit and the transmitter element is arranged on the housing unit, in particular on the cover element.
  • the sensor element is preferably arranged on the housing unit, in particular at least partially within the housing unit, and the transmitter element is arranged on the pivot pin unit, in particular on the joint ball. If the sensor element is arranged on the pivot pin unit, the pivot pin unit preferably has at least one line channel through which at least one line, in particular a cable, can be routed for energy and data transmission of the sensor element.
  • the transmitter element and the sensor element are preferably fixed in a stationary manner on the housing unit and the pivot pin unit.
  • the transmitter element or the sensor element is preferably arranged on the joint ball, in particular at least in a deflection-free position of the central joint device, on a side of the joint ball facing away from a fastening area of the joint pin unit for fastening to a further chassis component.
  • a "deflection-free position" of the central joint device is to be understood in particular as a relative position of the housing unit and the pivot pin unit to one another in a state in which no forces, such as those caused by rolling movements of a vehicle, act on the central joint device.
  • a longitudinal axis, in particular a rotational axis, of the central joint device, in particular the pivot pin unit preferably extends centrally through the transmitter element and/or the sensor element.
  • the longitudinal axis, in particular the axis of rotation, of the central joint device, in particular the pivot pin unit preferably extends perpendicularly through a main extension plane of the transmitter element and/or the sensor element.
  • a "main extension plane" of an object is to be understood in particular as a plane which is parallel to a largest side face of an imaginary cuboid, which just completely encloses the object, and in particular runs through the center point of the cuboid.
  • a relative movement of the transmitter element and the sensor element relative to one another can advantageously be made possible.
  • the transmitter element and the sensor element can be arranged without contact with one another and wear can be minimized.
  • the sensor unit is designed as a tilt and/or rotation angle sensor unit.
  • the sensor element is designed as a tilt and/or rotation angle sensor.
  • the sensor unit, in particular the sensor element is preferably provided for detecting at least one tilt angle and/or at least one angle of rotation between the housing unit and the pivot pin unit.
  • the sensor unit, in particular the sensor element is preferably provided for detecting relative tilting of the housing unit about a center point of the joint ball.
  • the sensor unit, in particular the sensor element is preferably provided for simultaneously detecting relative tilting about two tilting axes.
  • the sensor unit in particular the sensor element, is preferably provided for the purpose of detecting rotations of the housing unit and the pivot pin unit relative to one another, in particular about the longitudinal axis of the central joint device.
  • rolling and/or pitching movements can be determined as a function of the tilt and/or rotation angles.
  • the sensor unit be provided for detecting component vibrations, in particular microvibrations, in order to determine wear.
  • the sensor unit is provided to determine a state of wear of the central joint device and/or to record wear data for determining the state of wear of the central joint device by a computing device.
  • components of the central joint device in particular the housing unit and the pivot pin unit, exhibit vibrations, in particular with a specific natural frequency.
  • the vibrations affect a magnetic field signal detected by the sensor unit, for example in the form of harmonics.
  • the Change vibrations in particular the natural frequencies, due to wear, such as abrasion, on a component, in particular shifting the frequency.
  • the sensor unit and/or the computing device are/is provided to determine a state of wear of the components as a function of a change in the component vibrations, in particular the microvibrations.
  • the sensor unit can advantageously fulfill an additional function.
  • a precise wear determination can be made possible and a high level of user safety can be made possible.
  • the sensor unit is provided to detect a separation between the housing unit and the pivot pin unit and/or between one, in particular the aforementioned, cover element of the housing unit and at least one base body of the housing unit.
  • the sensor unit is preferably provided to detect a separation as a function of a change in the magnetic field signal.
  • the pivot pin unit in particular the joint ball, is preferably arranged at least in sections within the base body of the housing unit.
  • the cover element is provided in particular to seal the base body against the ingress of foreign bodies that can increase wear.
  • a separation between the housing unit and the pivot pin unit represents an immediate danger for a vehicle occupant because in this case the central joint device can no longer fulfill its function.
  • a separation between the cover element and the base body represents at least an indirect danger for the vehicle occupant, because in this case foreign bodies can get into the central joint device and can increase and accelerate wear.
  • the sensor element or the transmitter element is preferably arranged on the cover element for detecting a separation between the cover element and the base body.
  • the sensor unit can advantageously fulfill a further additional function and a particularly user-safe central joint device can be provided.
  • the sensor unit is provided to the separation depending on exceeding a limit distance between the To detect encoder element and the sensor element.
  • exceeding a limit distance between the transmitter element and the sensor element corresponds to the magnetic field signal falling below a limit value.
  • the limit distance can be formed, for example, as a distance greater than a maximum distance between the transmitter element and the sensor element at a maximum deflection in a non-separated state of the central joint device. Reliable detection of a separation can advantageously be made possible.
  • the sensor unit is provided to provide early detection of separation as a function of sensor signal harmonics, in particular angle signal harmonics.
  • play in a mounting of the pivot pin unit on the housing unit can indicate a subsequent separation.
  • the play in the bearing can be detected using the sensor signal harmonics.
  • the sensor signal harmonics are in particular harmonics on the magnetic field signal detected by the sensor unit, in particular by the sensor element.
  • the sensor unit can advantageously fulfill a further additional function and a particularly user-friendly central joint device can be provided.
  • chassis component in particular a three-point link, comprising at least one central joint device according to the invention is proposed.
  • the chassis component can preferably include other components that appear useful to a person skilled in the art, such as, for example, fastening rods and/or molecular joints.
  • a multifunctional chassis component can advantageously be provided.
  • a vehicle in particular a commercial vehicle, comprising at least one central joint device according to the invention and/or at least one chassis component according to the invention is proposed.
  • the vehicle is preferably designed as a land vehicle.
  • the vehicle can be used in particular as a truck, as a construction vehicle, as a bus or as another, a specialist than be designed to appear useful vehicle.
  • a user-safe and user-comfortable vehicle can advantageously be provided.
  • sensor signals from the sensor unit are evaluated to determine at least one functional value of the central joint device, in particular a state of wear and/or a state of separation, and/or a vehicle state, in particular a ride height and/or a steering angle.
  • the sensor signals are preferably evaluated by the sensor unit, in particular by the electronics of the sensor unit, and/or by the computing device, for example of the vehicle with the central joint device.
  • an axle position of the vehicle can be completely determined as a function of the sensor signals of the individual sensor unit of the central joint device.
  • two degrees of freedom of the central joint device, in particular rolling and pitching movements are monitored by means of the sensor unit.
  • Ride heights can preferably be determined by means of an algorithm that can be executed in particular by the sensor unit and/or by the computing device.
  • a combination of a mechanical roll and pitch angle is assigned to each combination of a magnetic field angle in the roll and pitch direction.
  • the combination of the mechanical roll and pitch angle can be determined as a function of the combination of the magnetic field angle in the roll and pitch directions. Mathematically, this is in particular a coupled multivariable system with two inputs and two outputs.
  • the mechanical roll angle and/or the mechanical pitch angle can/can preferably be calculated analytically, in particular using two equations each with two unknowns, approximately, in particular using a characteristic diagram, using classification, in particular using artificial intelligence and/or a supervised learning algorithm, or determined in another way that appears reasonable to a person skilled in the art.
  • the functional value of the central joint device and/or the vehicle state can be determined as a function of the combination of the mechanical roll and pitch angle. Information contributing to user safety and user comfort can advantageously be ascertained.
  • At least one information signal is provided to at least one vehicle occupant, in particular a vehicle driver, depending on the evaluation of the sensor signals.
  • An optical, acoustic and/or haptic information signal is preferably provided to the vehicle occupant.
  • An optical information signal can be designed, for example, as a flashing warning light, as a warning message on a screen or in a head-up display or the like.
  • An acoustic warning signal can, for example, be in the form of a signal tone, a warning message or the like.
  • a haptic notification signal can be designed, for example, as a vibration of a steering wheel, as a tightening of a seat belt or the like.
  • the vehicle occupant can advantageously be conveniently informed about the state of the central joint device.
  • countermeasures can be initiated manually.
  • At least one control or regulation signal for a vehicle control device is determined in at least one method step as a function of the evaluation of the sensor signals.
  • the control or regulation signal is preferably determined by the sensor unit and/or by the computing device of the vehicle.
  • the control or regulation signal is preferably made available to the vehicle control device.
  • the vehicle control device is preferably provided to control locomotion, in particular ferry operation, of the vehicle at least partially, in particular at least partially automatically.
  • the vehicle control device can include actuators for longitudinal and/or lateral guidance of the vehicle.
  • the actuators can be controlled by means of the specific control or regulation signal.
  • An actuator for the lateral guidance can be designed, for example, as an electric motor of an electromechanical power steering system.
  • At least one action is carried out or initiated, in particular by the vehicle control device, as a function of the control or regulation signal, such as emergency braking, electronic vehicle stabilization, damper regulation or the like automated safety and comfort functions are provided.
  • Safety and comfort for vehicle occupants can advantageously be further increased.
  • the computer program product includes execution commands which, when the program is executed by a computing device, for example the electronics of the sensor unit or the computing device of the vehicle, cause the latter to carry out a method according to the invention.
  • a computer program product can advantageously be provided for user-friendly and user-safe operation of a central joint device.
  • FIG. 1 shows a vehicle according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a chassis component according to the invention of the vehicle according to the invention from FIG. 1 in a schematic perspective view
  • FIG. 3 shows a sectional view of a central joint device according to the invention of the chassis component according to the invention from FIG. 2 in a schematic perspective representation
  • FIG. 4 shows a flow chart of a computer-implemented method according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a vehicle 10, in particular a commercial vehicle, in a schematic representation.
  • the vehicle 10 is designed as a land vehicle, here by way of example as a truck.
  • the vehicle 10 includes a chassis component 2, in particular a three-point link, which has a central joint device 1 (see FIG. 2).
  • the vehicle 10 includes a vehicle control device 14.
  • the vehicle control device 10 is provided for a locomotion, in particular to control a ferry operation of the vehicle 10 at least partially, in particular at least partially automatically.
  • FIG. 2 shows the chassis component 2, in particular the three-point link, of the vehicle 10 from FIG. 1 in a schematic perspective representation.
  • the chassis component 2 includes the central joint device 1.
  • the central joint device 1 is at least partially designed as a central joint, in particular as a ball joint.
  • the chassis component 2 includes other components that appear useful to a person skilled in the art, such as attachment rods 15 and molecular joints 16 for attachment to a vehicle frame 17 of the vehicle 10.
  • the central joint device 1 includes at least one housing unit 3.
  • the central joint device 1 includes at least one movable at least in sections within the housing unit 3 mounted pivot pin unit 4.
  • the housing unit 3 is rigidly connected to the fastening rods 15 of the chassis component 2.
  • the pivot pin unit 4 is rigidly connected to a vehicle axle 18 , in particular a rear axle, of the vehicle 10 .
  • FIG. 3 shows a sectional view of the central joint device 1 of the chassis component 2 from FIG. 2 in a schematic perspective illustration.
  • the central joint device 1 comprises at least one sensor unit 5, in particular a magnetic sensor unit, which is provided for contactlessly detecting rolling and pitching movements of the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 relative to one another.
  • the sensor unit 5 is designed as a tilt and/or rotation angle sensor unit.
  • the sensor unit 5 comprises at least one sensor element 6.
  • the sensor unit 5 comprises at least one sensor element 7.
  • the sensor element 6 and the sensor element 7 are arranged at a distance from one another and can be moved relative to one another.
  • the encoder element 6 is designed as a magnet, in particular as a permanent magnet.
  • the sensor element 7 is intended to detect a magnetic field generated by the transmitter element 6 .
  • the sensor element 7 is designed as a magnetic field sensor, in particular as a Hall sensor.
  • the sensor unit 5 is intended to, depending on changes in the magnetic field at the position of the To detect sensor element 7 movements, in particular rolling and pitching movements, of the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 relative to one another.
  • the sensor unit 5, in particular the sensor element 7, comprises at least one electronic system, in particular an integrated circuit, in order to detect movements, in particular rolling and pitching movements, of the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 relative to one another as a function of magnetic field changes.
  • sensor unit 5 it is conceivable for sensor unit 5 to be connected to a computing device, for example a control unit, of vehicle 10 for data transmission purposes, wherein the computing device can be provided for evaluating data recorded by sensor element 7 (not shown here).
  • the sensor unit 5 is intended to simultaneously detect relative movements of the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 about two axes 24, 25, in particular about a vehicle longitudinal axis 24 and a vehicle transverse axis 25.
  • the sensor unit 5 is intended to simultaneously detect a rolling movement and a pitching movement of the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 relative to one another.
  • a rolling and/or pitching movement of the vehicle 10 can be inferred.
  • Data provided by the sensor unit 5 can be used to control vehicle functions, such as ride height control, roll stabilization, steering assistance or the like.
  • the sensor unit 5 can provide the data via a line element 22, in particular a cable.
  • the sensor element 7 is arranged on the housing unit 3, in particular on at least one cover element 8 of the housing unit 3.
  • the sensor element 6 is arranged on the pivot pin unit 4 , in particular on a joint ball 19 of the pivot pin unit 4 .
  • the sensor element 7 is fixed in place on the housing unit 3 .
  • the encoder element 6 is fixed in place on the pivot pin unit 4 .
  • the transmitter element 6 is arranged, in particular at least in a deflection-free position of the central joint device 1 (shown here), on a side of the joint ball 6 facing away from a fastening area 20 of the pivot pin unit 4 for fastening to the vehicle axle 18 .
  • a longitudinal axis 21 extends, in particular a Axis of rotation, the central joint device 1, in particular the pivot pin unit 4, centrally through the transmitter element 6, in particular perpendicularly through a main extension plane of the transmitter element 6.
  • the sensor unit 5 is intended to detect component vibrations, in particular micro-vibrations, in order to determine wear.
  • the sensor unit 5 is intended to detect a separation between the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 and/or between the cover element 8 of the housing unit 3 and at least one base body 9 of the housing unit 3 .
  • FIG. 3 shows the housing unit 3 and the pivot pin unit 4 as well as the cover element 8 and the base body 9 in a state free of separation.
  • the sensor unit 5 is intended to detect the separation as a function of a limit distance between the transmitter element 6 and the sensor element 7 being exceeded.
  • the sensor unit 5 is intended to provide early detection of separation as a function of sensor signal harmonics, in particular angle signal harmonics.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a computer-implemented method for operating the central joint device 1 in a schematic representation.
  • the sensor unit 5 generates sensor signals as a function of a detection of rolling and pitching movements of the housing unit 3 and of the pivot pin unit 4 relative to one another, as a function of a detection of component vibrations or harmonics and/or as a function of a detection of a separation generated.
  • the sensor signals of the sensor unit 5 are evaluated to determine at least one functional value of the central joint device 1, in particular a state of wear and/or a state of separation, and/or a vehicle state, in particular a ride height and/or a steering angle.
  • a third method step 12 depending on the evaluation of the sensor signals, at least one vehicle occupant, in particular a vehicle driver, at least one information signal, in particular a warning signal, is provided.
  • a fourth method step 13 at least one control or regulation signal for the vehicle control device 14 is determined as a function of the evaluation of the sensor signals.
  • the fourth method step 13 can be carried out as an alternative to or in addition to the third method step 12 .
  • a computer program product comprises execution instructions which, when the program is executed by a computing device, cause the computing device to carry out the method.

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Abstract

Es wird eine Zentralgelenkvorrichtung für Fahrwerkskomponenten (2), insbesondere Dreipunktlenker, vorgeschlagen, umfassend zumindest eine Gehäuseeinheit (3), zumindest eine beweglich zumindest abschnittsweise innerhalb der Gehäuseeinheit (3) gelagerte Gelenkzapfeneinheit (4) und zumindest eine Sensoreinheit (5), insbesondere eine Magnetsensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, kontaktlos Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit (3) und der Gelenkzapfeneinheit (4) relativ zueinander zu erfassen, wobei die Sensoreinheit (5) zumindest ein Geberelement (6) und zumindest ein Sensorelement (7) umfasst, wobei das Geberelement (6) und das Sensorelement (7) beabstandet voneinander und relativ zueinander beweglich angeordnet sind.

Description

Zentralqelenkvorrichtunq für Fahrwerkskomponenten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentralgelenkvorrichtung für Fahrwerkskomponenten, insbesondere Dreipunktlenker. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Fahrwerkskomponente, insbesondere einen Dreipunktlenker, und auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug. Zudem bezieht sich die Erfindung auch auf ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer Zentralgelenkvorrichtung und auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Gelenke mit einer Sensorvorrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die deutsche Patentanmeldung DE 10 2016 215 416 A1 eine Sensorvorrichtung für Kugelgelenke, wobei ein Geber und ein Sensor in ständigem Kontakt zueinander stehen. Das deutsche Patent DE 10 2005 027 826 B3 beschreibt ein Kugelgelenk mit einem Sensor zur permanenten Feststellung eines Verschleißzustands des Kugelgelenks.
Es wird eine Zentralgelenkvorrichtung für Fahrwerkskomponenten, insbesondere Dreipunktlenker, vorgeschlagen. Die Zentralgelenkvorrichtung umfasst zumindest eine Gehäuseeinheit. Die Zentralgelenkvorrichtung umfasst zumindest eine beweglich zumindest abschnittsweise innerhalb der Gehäuseeinheit gelagerte Gelenkzapfeneinheit. Die Zentralgelenkvorrichtung umfasst zumindest eine Sensoreinheit, insbesondere eine Magnetsensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, kontaktlos Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander zu erfassen. Die Sensoreinheit umfasst zumindest ein Geberelement. Die Sensoreinheit umfasst zumindest ein Sensorelement. Das Geberelement und das Sensorelement sind beabstandet voneinander und relativ zueinander beweglich angeordnet.
Die Zentralgelenkvorrichtung ist vorzugsweise zumindest teilweise als ein Zentralgelenk, insbesondere als ein Kugelgelenk, ausgebildet. Insbesondere kann eine Fahrwerkskomponente eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, die Zentralgelenkvorrichtung umfassen. Die Fahrwerkskomponente ist bevorzugt als ein Dreipunktlenker, insbesondere zu einer Stabilisierung eines Nutzfahrzeugs, ausgebildet. Die Fahrwerkskomponente kann aber auch verschieden von einem Dreipunktlenker ausgebildet sein, beispielsweise als ein Querlenker. Vorzugsweise weist eine einzelne Fahrwerkskomponente des Fahrzeugs eine einzelne erfindungsgemäße Zentralgelenkvorrichtung auf. Alternativ ist vorstellbar, dass das Fahrzeug eine Mehrzahl von Fahrwerkskomponenten mit der erfindungsgemäßen Zentralgelenkvorrichtung aufweist und/oder dass die Fahrwerkskomponente eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Zentralgelenkvorrichtungen aufweist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt die Funktion in zumindest einem Betriebszustand ausführt.
Die Gehäuseeinheit ist vorzugsweise starr mit weiteren Bauteilen der Fahrwerkskomponente, wie beispielsweise Befestigungsstangen eines Dreipunktlenkers zur Befestigung an einem Fahrzeugrahmen, verbindbar. Die Gelenkzapfeneinheit ist vorzugsweise starr mit weiteren Bauteilen des Fahrzeugs, insbesondere weiteren Fahrwerkskomponenten, verbindbar. Bevorzugt ist die Gelenkzapfeneinheit starr mit einer Fahrzeugachse, insbesondere einer Hinterachse, des Fahrzeugs verbindbar.
Die Gelenkzapfeneinheit, insbesondere eine Gelenkkugel der Gelenkzapfeneinheit, ist bevorzugt dreh- und kippbeweglich zumindest abschnittsweise innerhalb der Gehäuseeinheit gelagert. Insbesondere sind die Gelenkzapfeneinheit und die Gehäuseeinheit relativ zueinander beweglich. Die Gehäuseeinheit und die Gelenkzapfeneinheit können sich insbesondere in Abhängigkeit von Bewegungen des Fahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit von Wank- und/oder Nickbewegungen des Fahrzeugs, relativ zueinander bewegen. Vorzugsweise dient die die Zentralgelenkvorrichtung umfassende Fahrwerkskomponente zur zumindest teilweisen Stabilisierung des Fahrzeugs im Fährbetrieb.
Die Sensoreinheit ist bevorzugt als eine Magnetsensoreinheit ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass die Sensoreinheit als eine optische Sensoreinheit, als eine kapazitive Sensoreinheit, als eine induktive Sensoreinheit oder als eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Sensoreinheit ausgebildet ist. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise zumindest teilweise in die Gehäuseeinheit und zumindest teilweise in die Gelenkzapfeneinheit integriert. Insbesondere ist eines der Elemente der Sensoreinheit an der Gehäuseeinheit und ein anderes der Elemente an der Gelenkzapfeneinheit angeordnet. Insbesondere entspricht eine Relativbewegung zwischen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit einer Relativbewegung zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement. Vorzugsweise sind das Geberelement und das Sensorelement in jeder möglichen Relativausrichtung zueinander kontaktfrei voneinander, insbesondere zur Realisierung einer Verschleißminimierung.
Das Geberelement ist bevorzugt als ein Magnet, insbesondere als ein Permanentmagnet, ausgebildet. Vorzugsweise ist das Geberelement dazu vorgesehen, ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Sensorelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen, das von dem Geberelement erzeugte Magnetfeld zu erfassen. Bevorzugt ist das Sensorelement als ein Magnetfeldsensor, insbesondere als ein Hall-Sensor, ausgebildet. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von Magnetfeldänderungen an der Position des Sensorelements Bewegungen, insbesondere Wank- und Nickbewegungen, der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander zu erfassen. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit, insbesondere das Sensorelement, zumindest eine Elektronik, insbesondere einen integrierten Schaltkreis, um in Abhängigkeit von den Magnetfeldänderungen Bewegungen, insbesondere Wank- und Nickbewegungen, der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass die Sensoreinheit datenübertragungstechnisch mit einer Rechenvorrichtung, beispielsweise einem Steuergerät, des Fahrzeugs verbunden ist, wobei insbesondere die Rechenvorrichtung zu einer Auswertung von von dem Sensorelement erfassten Daten vorgesehen sein kann. Ein Steuergerät bereitet Daten von Sensoren als Eingangssignale auf, verarbeitet diese, beispielsweise mittels einem programmierbaren Logikbaustein, einem FPGA- oder ASIC-Baustein oder einer Computerplattform, und stellt Logik- und/oder Leistungspegel als Steuer- oder Regelsignal bereit. Das Steuergerät und die Sensoreinheit sind vorzugsweise in ein Bordnetz des Fahrzeugs integriert, beispielsweise in einen CAN-Bus. Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander sind insbesondere Kippbewegungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander um zwei verschiedene, insbesondere senkrecht zueinander stehende, Achsen. Bevorzugt ist eine Wankbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander eine Kippbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander um eine Fahrzeuglängsachse. Bevorzugt ist eine Nickbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander eine Kippbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander um eine Fahrzeugquerachse. Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander können alternativ aber auch um verschieden von der Fahrzeuglängsachse und/oder der Fahrzeugquerachse ausgebildete Achsen erfolgen. Vorzugsweise erstreckt sich die Fahrzeugquerachse senkrecht zur Fahrzeuglängsachse. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit dazu vorgesehen, Relativbewegungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit um zwei Achsen gleichzeitig zu erfassen. Insbesondere ist die Sensoreinheit dazu vorgesehen, eine Wankbewegung und eine Nickbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander gleichzeitig zu erfassen. Insbesondere ist eine Wankbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander abhängig von einer Wankbewegung des Fahrzeugs, das die Zentralgelenkvorrichtung umfasst. Insbesondere ist eine Nickbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander abhängig von einer Nickbewegung des Fahrzeugs, das die Zentralgelenkvorrichtung umfasst. Vorzugsweise kann in Abhängigkeit von einer erfassten Wank- und/oder Nickbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit relativ zueinander auf eine Wank- und/oder Nickbewegung des Fahrzeugs geschlossen werden. Vorzugsweise können von der Sensoreinheit bereitgestellte Daten zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise einer Höhenstandsregelung, einer Wankstabilisierung, einer Lenkunterstützung o. dgl., genutzt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zentralgelenkvorrichtung kann vorteilhaft eine Erkennung von Wank- und Nickbewegungen ermöglicht werden. Vorteilhaft kann auf zusätzliche Sensoren, beispielsweise Höhenstandssensoren, verzichtet werden. Vorteilhaft kann ein Verschleiß und/oder eine Separation der Zentralgelenkvorrichtung zuverlässig erkannt werden. Es kann eine Zentralgelenkvorrichtung bereitgestellt werden, die einen vorteilhaft nutzerkomfortablen und nutzersicheren Betrieb ermöglicht.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Sensorelement an der Gehäuseeinheit, insbesondere an zumindest einem Deckelelement der Gehäuseeinheit, und das Geberelement an der Gelenkzapfeneinheit angeordnet ist oder wobei das Sensorelement an der Gelenkzapfeneinheit und das Geberelement an der Gehäuseeinheit, insbesondere an dem Deckelelement, angeordnet ist. Bevorzugt ist das Sensorelement an der Gehäuseeinheit, insbesondere zumindest teilweise innerhalb der Gehäuseeinheit, und das Geberelement an der Gelenkzapfeneinheit, insbesondere an der Gelenkkugel, angeordnet. Im Falle einer Anordnung des Sensorelements an der Gelenkzapfeneinheit, weist die Gelenkzapfeneinheit vorzugsweise zumindest einen Leitungskanal auf, durch den zumindest eine Leitung, insbesondere ein Kabel, zu einer Energie- und Datenübertragung des Sensorelements führbar ist. Vorzugsweise sind das Geberelement und das Sensorelement ortsfest an der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit fixiert. Vorzugsweise ist das Geberelement oder das Sensorelement, insbesondere zumindest in einer auslenkungsfreien Position der Zentralgelenkvorrichtung, an der Gelenkkugel, insbesondere auf einer einem Befestigungsbereich der Gelenkzapfeneinheit zur Befestigung an einer weiteren Fahrwerkskomponente abgewandten Seite der Gelenkkugel, angeordnet. Unter einer „auslenkungsfreien Position“ der Zentralgelenkvorrichtung soll insbesondere eine Relativposition der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit zueinander in einem Zustand, in dem keine Kräfte, wie beispielsweise durch Wankbewegungen eines Fahrzeugs, auf die Zentralgelenkvorrichtung wirken, verstanden werden. Vorzugsweise erstreckt sich in der auslenkungsfreien Position der Zentralgelenkvorrichtung eine Längsachse, insbesondere eine Rotationsachse, der Zentralgelenkvorrichtung, insbesondere der Gelenkzapfeneinheit, mittig durch das Geberelement und/oder das Sensorelement. Bevorzugt erstreckt sich in der auslenkungsfreien Position der Zentralgelenkvorrichtung die Längsachse, insbesondere die Rotationsachse, der Zentralgelenkvorrichtung, insbesondere der Gelenkzapfeneinheit, senkrecht durch eine Haupterstreckungsebene des Geberelements und/oder des Sensorelements. Unter einer „Haupterstreckungsebene" eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten gedachten Quaders ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Vorteilhaft kann in Abhängigkeit von einer Relativbewegung der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit zueinander eine Relativbewegung des Geberelements und des Sensorelements relativ zueinander ermöglicht werden. Vorteilhaft können das Geberelement und das Sensorelement kontaktfrei voneinander angeordnet und ein Verschleiß minimiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit als eine Kipp- und/oder Drehwinkelsensoreinheit ausgebildet ist. Insbesondere ist das Sensorelement als ein Kipp- und/oder Drehwinkelsensor ausgebildet. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit, insbesondere das Sensorelement, dazu vorgesehen, zumindest einen Kippwinkel und/oder zumindest einen Drehwinkel zwischen Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit zu erfassen. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit, insbesondere das Sensorelement, dazu vorgesehen, Relativverkippungen der Gehäuseeinheit um einen Mittelpunkt der Gelenkkugel zu erfassen. Bevorzugt ist die Sensoreinheit, insbesondere das Sensorelement, dazu vorgesehen, Relativverkippungen um zwei Kippachsen gleichzeitig zu erfassen. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit, insbesondere das Sensorelement, dazu vorgesehen Relativverdrehungen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit zueinander, insbesondere um die Längsachse der Zentralgelenkvorrichtung, zu erfassen. Insbesondere sind in Abhängigkeit von den Kipp- und/oder Drehwinkeln Wank- und/oder Nickbewegungen ermittelbar.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, zu einer Verschleißbestimmung Bauteilschwingungen, insbesondere Mikroschwingungen, zu erfassen. Insbesondere ist die Sensoreinheit dazu vorgesehen, einen Verschleißzustand der Zentralgelenkvorrichtung zu bestimmen und/oder Verschleißdaten zu einer Bestimmung des Verschleißzustands der Zentralgelenkvorrichtung durch eine Rechenvorrichtung zu erfassen. Insbesondere weisen Bauteile der Zentralgelenkvorrichtung, insbesondere die Gehäuseeinheit und die Gelenkzapfeneinheit, Schwingungen, insbesondere mit einer bestimmten Eigenfrequenz, auf. Insbesondere beeinflussen die Schwingungen ein von der Sensoreinheit erfasstes Magnetfeldsignal, beispielsweise in Form von Oberschwingungen. Insbesondere können sich die Schwingungen, insbesondere die Eigenfrequenzen, durch einen Verschleiß, wie beispielsweise einen Abrieb, an einem Bauteil verändern, insbesondere frequenzver- schieben. Vorzugsweise sind/ist die Sensoreinheit und/oder die Rechenvorrichtung dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von einer Änderung der Bauteilschwingungen, insbesondere der Mikroschwingungen, einen Verschleißzustand der Bauteile zu bestimmen. Vorteilhaft kann die Sensoreinheit eine Zusatzfunktion erfüllen. Vorteilhaft kann eine präzise Verschleißbestimmung ermöglicht und eine hohe Nutzersicherheit ermöglicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, eine Separation zwischen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit und/oder zwischen einem, insbesondere dem vorgenannten, Deckelelement der Gehäuseeinheit und zumindest einem Grundkörper der Gehäuseeinheit zu erfassen. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, eine Separation in Abhängigkeit von einer Änderung des Magnetfeldsignals zu erfassen. Vorzugsweise ist die Gelenkzapfeneinheit, insbesondere die Gelenkkugel, zumindest abschnittsweise innerhalb des Grundkörpers der Gehäuseeinheit angeordnet. Das Deckelelement ist insbesondere dazu vorgesehen, den Grundkörper gegenüber einem Eindringen von Fremdkörpern, die einen Verschleiß erhöhen können, abzudichten. Insbesondere stellt eine Separation zwischen der Gehäuseeinheit und der Gelenkzapfeneinheit eine unmittelbare Gefahr für einen Fahrzeuginsassen dar, weil in diesem Fall die Zentralgelenkvorrichtung ihre Funktion nicht mehr erfüllen kann. Insbesondere stellt eine Separation zwischen dem Deckelelement und dem Grundkörper zumindest eine mittelbare Gefahr für den Fahrzeuginsassen dar, weil in diesem Fall Fremdkörper in die Zentralgelenkvorrichtung gelangen können und einen Verschleiß erhöhen und beschleunigen können. Vorzugsweise ist zu einer Erfassung einer Separation zwischen dem Deckelelement und dem Grundkörper das Sensorelement oder das Geberelement an dem Deckelelement angeordnet. Vorteilhaft kann die Sensoreinheit eine weitere Zusatzfunktion erfüllen und eine besonders nutzersichere Zentralgelenkvorrichtung bereitgestellt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, die Separation in Abhängigkeit von einer Überschreitung eines Grenzabstands zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement zu erfassen. Insbesondere entspricht eine Überschreitung eines Grenzabstands zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement einer Unterschreitung eines Grenzwerts des Magnetfeldsignals. Der Grenzabstand kann beispielsweise als ein Abstand größer als ein Maximalabstand zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement bei einer Maximalauslenkung in einem nicht separierten Zustand der Zentralgelenkvorrichtung ausgebildet sein. Vorteilhaft kann eine zuverlässige Erfassung einer Separation ermöglicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, eine Separationsfrüherkennung in Abhängigkeit von Sensorsignaloberschwingungen, insbesondere Winkelsignaloberschwingungen, bereitzu stellen. Insbesondere kann ein Spiel in einer Lagerung der Gelenkzapfeneinheit an der Gehäuseeinheit auf eine folgende Separation hindeuten. Insbesondere kann bei einer Fortbewegung des Fahrzeugs mit der Zentralgelenkvorrichtung in Abhängigkeit von hochfrequenten Anregungen durch eine Fahrbahn das Spiel in der Lagerung anhand der Sensorsignaloberschwingungen erkannt werden. Die Sensorsignaloberschwingungen sind insbesondere Oberschwingungen auf dem von der Sensoreinheit, insbesondere von dem Sensorelement, erfassten Magnetfeldsignal. Vorteilhaft kann die Sensoreinheit eine weitere Zusatzfunktion erfüllen und eine besonders nutzerkomfortable Zentralgelenkvorrichtung bereitgestellt werden.
Zudem wird eine Fahrwerkskomponente, insbesondere ein Dreipunktlenker, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Zentralgelenkvorrichtung vorgeschlagen. Vorzugsweise kann die Fahrwerkskomponente weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauteile, wie beispielsweise Befestigungsstangen und/oder Molekulargelenke, umfassen. Vorteilhaft kann eine multifunktionale Fahrwerkskomponente bereitgestellt werden.
Des Weiteren wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Zentralgelenkvorrichtung und/oder zumindest eine erfindungsgemäße Fahrwerkskomponente vorgeschlagen. Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Landfahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug kann insbesondere als ein LKW, als ein Baustellenfahrzeug, als ein Bus oder als ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Fahrzeug ausgebildet sein. Vorteilhaft kann ein nutzersicheres und nutzerkomfortables Fahrzeug bereitgestellt werden.
Ferner wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Zentralgelenkvorrichtung vorgeschlagen. In zumindest einem Verfahrensschritt werden Sensorsignale der Sensoreinheit zu einer Ermittlung von zumindest einem Funktionswert der Zentralgelenkvorrichtung, insbesondere einem Verschleißzustand und/oder einem Separationszustand, und/oder von einem Fahrzeugzustand, insbesondere einem Höhenstand und/oder einem Lenkwinkel, ausgewertet. Vorzugsweise werden die Sensorsignale von der Sensoreinheit, insbesondere von der Elektronik der Sensoreinheit, und/oder von der Rechenvorrichtung, beispielsweise des Fahrzeugs mit der Zentralgelenkvorrichtung, ausgewertet.
Insbesondere kann eine Achsstellung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der einzelnen Sensoreinheit der Zentralgelenkvorrichtung vollständig bestimmt werden. Insbesondere werden mittels der Sensoreinheit zwei Freiheitsgrade der Zentralgelenkvorrichtung, insbesondere Wank- und Nickbewegungen, überwacht. Vorzugsweise können Höhenstände mittels eines, insbesondere von der Sensoreinheit und/oder von der Rechenvorrichtung ausführbaren, Algorithmus ermittelt werden. Insbesondere ist jeder Kombination aus einem magnetischen Feldwinkel in Wank- und Nickrichtung eine Kombination aus einem mechanischen Wank- und Nickwinkel zugeordnet. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der Kombination aus dem magnetischen Feldwinkel in Wank- und Nickrichtung die Kombination aus dem mechanischen Wank- und Nickwinkel ermittelt werden. Mathematisch gesehen handelt es sich dabei insbesondere um ein verkoppeltes Mehrgrößensystem mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen. Der mechanische Wankwinkel und/oder der mechanische Nickwinkel können/kann vorzugsweise analytisch, insbesondere über zwei Gleichungen mit je zwei Unbekannten, näherungsweise, insbesondere über ein Kennfeld, über Klassifizierung, insbesondere mittels künstlicher Intelligenz und/oder einem Su- pervised-learning-Algorithmus, oder auf eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Art und Weise ermittelt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von der Kombination aus dem mechanischen Wank- und Nickwinkel der Funktionswert der Zentralgelenkvorrichtung und/oder der Fahrzeugzustand ermittelt werden. Vorteilhaft können zu einer Nutzersicherheit und einem Nutzerkomfort beitragende Informationen ermittelt werden.
Weiterhin wird in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest einem Fahrzeuginsassen, insbesondere einem Fahrzeugführer, zumindest ein Hinweissignal, insbesondere ein Warnsignal, bereitgestellt. Vorzugsweise wird dem Fahrzeuginsassen ein optisches, akustisches und/oder haptisches Hinweissignal bereitgestellt. Ein optisches Hinweissignal kann beispielsweise als ein Blinken einer Warnleuchte, als eine Warnmeldung auf einem Bildschirm oder in einem Head-Up-Display o. dgl. ausgebildet sein. Ein akustisches Hinweissignal kann beispielsweise als ein Signalton, als eine Warnansage o. dgl. ausgebildet sein. Ein haptisches Hinweissignal kann beispielsweise als eine Vibration eines Lenkrads, als ein Anziehen eines Sicherheitsgurts o. dgl. ausgebildet sein. Vorteilhaft kann der Fahrzeuginsasse komfortabel über einen Zustand der Zentralgelenkvorrichtung informiert werden. Vorteilhaft können manuell Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Zudem wird in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest ein Steuer- oder Regelsignal für eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung bestimmt. Vorzugsweise wird das Steuer- oder Regelsignal von der Sensoreinheit und/oder von der Rechenvorrichtung des Fahrzeugs bestimmt. Das Steuer- oder Regelsignal wird der Fahrzeugsteuerungseinrichtung vorzugsweise bereitgestellt. Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, eine Fortbewegung, insbesondere einen Fährbetrieb, des Fahrzeugs zumindest teilweise, insbesondere zumindest teilautomatisch, zu steuern. Insbesondere kann die Fahrzeugsteuerungseinrichtung Aktuatoren für Längs- und/oder Querführung des Fahrzeugs umfassen. Insbesondere sind die Aktuatoren mittels des bestimmten Steuer- oder Regelsignals ansteuerbar. Ein Aktuator für die Querführung kann beispielsweise als ein Elektromotor einer elektromechanischen Hilfskraftlenkung ausgebildet sein. Vorzugsweise wird, insbesondere von der Fahrzeugsteuerungseinrichtung, in Abhängigkeit von dem Steuer- oder Regelsignal zumindest eine Aktion durchgeführt oder eingeleitet, wie beispielsweise eine Notbremsung, eine elektronische Fahrzeugstabilisierung, eine Dämpferregulierung o. dgl. Vorteilhaft kann eine automatisierte Sicherheits- und Komfortfunktion bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann eine Sicherheit und ein Komfort von Fahrzeuginsassen weiter erhöht werden.
Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen. Das Computerprogrammprodukt umfasst Ausführungsbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Rechenvorrichtung, beispielsweise die Elektronik der Sensoreinheit oder die Rechenvorrichtung des Fahrzeugs, diese veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Vorteilhaft kann ein Computerprogrammprodukt zu einem nutzerkomfortablen und nutzersicheren Betrieb einer Zentralgelenkvorrichtung bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in den folgenden Figuren verdeutlicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Fahrwerkskomponente des erfindungsgemäßen Fahrzeugs aus Fig. 1 in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
Fig. 3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zentralgelenkvorrichtung der erfindungsgemäßen Fahrwerkskomponente aus Fig. 2 in einer schematischen perspektivischen Darstellung und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 10, insbesondere ein Nutzfahrzeug, in einer schematischen Darstellung. Das Fahrzeug 10 ist als ein Landfahrzeug, hier beispielhaft als ein LKW, ausgebildet. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrwerkskomponente 2, insbesondere einen Dreipunktlenker, die eine Zentralgelenkvorrichtung 1 aufweist (vgl. Figur 2). Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung 14. Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 10 ist dazu vorgesehen, eine Fortbewegung, insbesondere einen Fährbetrieb, des Fahrzeugs 10 zumindest teilweise, insbesondere zumindest teilautomatisch, zu steuern.
Figur 2 zeigt die Fahrwerkskomponente 2, insbesondere den Dreipunktlenker, des Fahrzeugs 10 aus Figur 1 in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Die Fahrwerkskomponente 2 umfasst die Zentralgelenkvorrichtung 1. Die Zentralgelenkvorrichtung 1 ist zumindest teilweise als ein Zentralgelenk, insbesondere als ein Kugelgelenk, ausgebildet. Die Fahrwerkskomponente 2 umfasst weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauteile, wie Befestigungsstangen 15 und Molekulargelenke 16 zur Befestigung an einem Fahrzeugrahmen 17 des Fahrzeugs 10. Die Zentralgelenkvorrichtung 1 umfasst zumindest eine Gehäuseeinheit 3. Die Zentralgelenkvorrichtung 1 umfasst zumindest eine beweglich zumindest abschnittsweise innerhalb der Gehäuseeinheit 3 gelagerte Gelenkzapfeneinheit 4. Die Gehäuseeinheit 3 ist starr mit den Befestigungsstangen 15 der Fahrwerkskomponente 2 verbunden. Die Gelenkzapfeneinheit 4 ist starr mit einer Fahrzeugachse 18, insbesondere einer Hinterachse, des Fahrzeugs 10 verbunden.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Zentralgelenkvorrichtung 1 der Fahrwerkskomponente 2 aus Figur 2 in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Die Zentralgelenkvorrichtung 1 umfasst zumindest eine Sensoreinheit 5, insbesondere eine Magnetsensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, kontaktlos Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander zu erfassen. Die Sensoreinheit 5 ist als eine Kipp- und/oder Drehwinkelsensoreinheit ausgebildet. Die Sensoreinheit 5 umfasst zumindest ein Geberelement 6. Die Sensoreinheit 5 umfasst zumindest ein Sensorelement 7. Das Geberelement 6 und das Sensorelement 7 sind beabstandet voneinander und relativ zueinander beweglich angeordnet.
Das Geberelement 6 ist als ein Magnet, insbesondere als ein Permanentmagnet, ausgebildet. Das Sensorelement 7 ist dazu vorgesehen, ein von dem Geberelement 6 erzeugtes Magnetfeld zu erfassen. Das Sensorelement 7 ist als ein Magnetfeldsensor, insbesondere als ein Hall-Sensor, ausgebildet. Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von Magnetfeldänderungen an der Position des Sensorelements 7 Bewegungen, insbesondere Wank- und Nickbewegungen, der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander zu erfassen. Die Sensoreinheit 5, insbesondere das Sensorelement 7, umfasst zumindest eine Elektronik, insbesondere einen integrierten Schaltkreis, um in Abhängigkeit von Magnetfeldänderungen Bewegungen, insbesondere Wank- und Nickbewegungen, der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander zu erfassen. In einer alternativen Ausgestaltung ist denkbar, dass die Sensoreinheit 5 datenübertragungstechnisch mit einer Rechenvorrichtung, beispielsweise einem Steuergerät, des Fahrzeugs 10 verbunden ist, wobei die Rechenvorrichtung zu einer Auswertung von von dem Sensorelement 7 erfassten Daten vorgesehen sein kann (hier nicht dargestellt). Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, Relativbewegungen der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 um zwei Achsen 24, 25, insbesondere um eine Fahrzeuglängsachse 24 und um eine Fahrzeugquerachse 25, gleichzeitig zu erfassen. Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, eine Wankbewegung und eine Nickbewegung der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander gleichzeitig zu erfassen. In Abhängigkeit von einer erfassten Wank- und/oder Nickbewegung der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander kann auf eine Wank- und/oder Nickbewegung des Fahrzeugs 10 geschlossen werden. Von der Sensoreinheit 5 bereitgestellte Daten können zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise einer Höhenstandsregelung, einer Wankstabilisierung, einer Lenkunterstützung o. dgl. , genutzt werden. Die Sensoreinheit 5 kann die Daten über ein Leitungselement 22, insbesondere ein Kabel, bereitstellen.
Das Sensorelement 7 ist an der Gehäuseeinheit 3, insbesondere an zumindest einem Deckelelement 8 der Gehäuseeinheit 3, angeordnet. Das Geberelement 6 ist an der Gelenkzapfeneinheit 4, insbesondere an einer Gelenkkugel 19 der Gelenkzapfeneinheit 4, angeordnet. Das Sensorelement 7 ist ortsfest an der Gehäuseeinheit 3 fixiert. Das Geberelement 6 ist ortsfest an der Gelenkzapfeneinheit 4 fixiert. Das Geberelement 6 ist, insbesondere zumindest in einer auslenkungsfreien Position der Zentralgelenkvorrichtung 1 (hier dargestellt), auf einer einem Befestigungsbereich 20 der Gelenkzapfeneinheit 4 zur Befestigung an der Fahrzeugachse 18 abgewandten Seite der Gelenkkugel 6, angeordnet. In der auslenkungsfreien Position der Zentralgelenkvorrichtung 1 erstreckt sich eine Längsachse 21 , insbesondere eine Rotationsachse, der Zentralgelenkvorrichtung 1 , insbesondere der Gelenkzapfeneinheit 4, mittig durch das Geberelement 6, insbesondere senkrecht durch eine Haupterstreckungsebene des Geberelements 6. In einer alternativen Ausführungsform ist vorstellbar, dass das Sensorelement 7 an der Gelenkzapfeneinheit 4, insbesondere an der Gelenkkugel 19, und das Geberelement 6 an der Gehäuseeinheit 3, insbesondere an dem Deckelelement 8, angeordnet ist.
Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, zu einer Verschleißbestimmung Bauteilschwingungen, insbesondere Mikroschwingungen, zu erfassen. Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, eine Separation zwischen der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 und/oder zwischen dem Deckelelement 8 der Gehäuseeinheit 3 und zumindest einem Grundkörper 9 der Gehäuseeinheit 3 zu erfassen. In Figur 3 sind die Gehäuseeinheit 3 und die Gelenkzapfeneinheit 4 sowie das Deckelelement 8 und der Grundkörper 9 in einem separationsfreien Zustand dargestellt. Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, die Separation in Abhängigkeit von einer Überschreitung eines Grenzabstands zwischen dem Geberelement 6 und dem Sensorelement 7 zu erfassen. Die Sensoreinheit 5 ist dazu vorgesehen, eine Separationsfrüherkennung in Abhängigkeit von Sensorsignaloberschwingungen, insbesondere Winkelsignaloberschwingungen, bereitzustellen.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines computerimplementierten Verfahrens zum Betrieb der Zentralgelenkvorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. In einem ersten Verfahrensschritt 23 werden von der Sensoreinheit 5 in Abhängigkeit von einer Erfassung von Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit 3 und der Gelenkzapfeneinheit 4 relativ zueinander, in Abhängigkeit von einer Erfassung von Bauteilschwingungen oder Oberschwingungen und/oder in Abhängigkeit von einer Erfassung einer Separation Sensorsignale erzeugt. In einem zweiten Verfahrensschritt 11 werden die Sensorsignale der Sensoreinheit 5 zu einer Ermittlung von zumindest einem Funktionswert der Zentralgelenkvorrichtung 1 , insbesondere einem Verschleißzustand und/oder einem Separationszustand, und/oder von einem Fahrzeugzustand, insbesondere einem Höhenstand und/oder einem Lenkwinkel, ausgewertet. In einem dritten Verfahrensschritt 12 wird in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest einem Fahrzeuginsassen, insbesondere einem Fahrzeugführer, zumindest ein Hinweissignal, insbesondere ein Warnsignal, bereitgestellt. In einem vierten Verfahrensschritt 13 wird in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest ein Steuer- oder Regelsignal für die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 14 bestimmt. Der vierte Verfahrensschritt 13 kann alternativ oder zusätzlich zu dem dritten Verfahrensschritt 12 durchgeführt werden.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst Ausführungsbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Rechenvorrichtung diese veranlassen, das Verfahren auszuführen.
Bezuqszeichen
Zentralgelenkvorrichtung
Fahrwerkskomponente
Gehäuseeinheit
Gelenkzapfeneinheit
Sensoreinheit
Geberelement
Sensorelement
Deckelelement
Grundkörper
Fahrzeug
Verfahrensschritt
Verfahrensschritt
Verfahrensschritt
Fahrzeugsteuerungseinrichtung
Befestigungsstange
Molekulargelenk
Fahrzeugrahmen
Fahrzeugachse
Gelenkkugel
Befestigungsbereich
Längsachse
Leitungselement
Verfahrensschritt
Fahrzeuglängsachse
Fahrzeugquerachse

Claims

Patentansprüche
1. Zentralgelenkvorrichtung für Fahrwerkskomponenten (2), insbesondere Dreipunktlenker, umfassend zumindest eine Gehäuseeinheit (3), zumindest eine beweglich zumindest abschnittsweise innerhalb der Gehäuseeinheit (3) gelagerte Gelenkzapfeneinheit (4) und zumindest eine Sensoreinheit (5), insbesondere eine Magnetsensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, kontaktlos Wank- und Nickbewegungen der Gehäuseeinheit (3) und der Gelenkzapfeneinheit (4) relativ zueinander zu erfassen, wobei die Sensoreinheit (5) zumindest ein Geberelement (6) und zumindest ein Sensorelement (7) umfasst, wobei das Geberelement (6) und das Sensorelement (7) beab- standet voneinander und relativ zueinander beweglich angeordnet sind.
2. Zentralgelenkvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Sensorelement (7) an der Gehäuseeinheit (3), insbesondere an zumindest einem Deckelelement (8) der Gehäuseeinheit (3), und das Geberelement (6) an der Gelenkzapfeneinheit (4) angeordnet ist oder wobei das Sensorelement (7) an der Gelenkzapfeneinheit (4) und das Geberelement (6) an der Gehäuseeinheit (3), insbesondere an dem Deckelelement (8), angeordnet ist.
3. Zentralgelenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoreinheit (5) als eine Kipp- und/oder Drehwinkelsensoreinheit ausgebildet ist.
4. Zentralgelenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (5) dazu vorgesehen ist, zu einer Verschleißbestimmung Bauteilschwingungen, insbesondere Mikroschwingungen, zu erfassen.
5. Zentralgelenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (5) dazu vorgesehen ist, eine Separation zwischen der Gehäuseeinheit (3) und der Gelenkzapfeneinheit (4) und/oder zwischen einem Deckelelement (8) der Gehäuseeinheit (3) und zumindest einem Grundkörper (9) der Gehäuseeinheit (3) zu erfassen.
6. Zentralgelenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensoreinheit (5) dazu vorgesehen ist, die Separation in Abhängigkeit von einer Überschreitung eines Grenzabstands zwischen dem Geberelement (6) und dem Sensorelement (7) zu erfassen.
7. Zentralgelenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (5) dazu vorgesehen ist, eine Separationsfrüherkennung in Abhängigkeit von Sensorsignaloberschwingungen bereitzustellen.
8. Fahrwerkskomponente, insbesondere Dreipunktlenker, umfassend zumindest eine Zentralgelenkvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend zumindest eine Zentralgelenkvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder zumindest eine Fahrwerkskomponente (2) nach Anspruch 8.
10. Computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer Zentralgelenkvorrichtung
(I ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt
(I I ) Sensorsignale der Sensoreinheit (5) zu einer Ermittlung von zumindest einem Funktionswert der Zentralgelenkvorrichtung (1 ), insbesondere einem Verschleißzustand und/oder einem Separationszustand, und/oder von einem Fahrzeugzustand, insbesondere einem Höhenstand und/oder einem Lenkwinkel, ausgewertet werden.
11 . Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 10, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (12) in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest einem Fahrzeuginsassen zumindest ein Hinweissignal, insbesondere ein Warnsignal, bereitgestellt wird.
12. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (13) in Abhängigkeit von der Auswertung der Sensorsignale zumindest ein Steuer- oder Regelsignal für eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung (14) bestimmt wird.
13. Computerprogrammprodukt umfassend Ausführungsbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Rechenvorrichtung diese veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 auszuführen.
19
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