DE102019207658A1 - Sensor device for detecting the distance between an axle beam of a vehicle wheel and a vehicle body - Google Patents

Sensor device for detecting the distance between an axle beam of a vehicle wheel and a vehicle body Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen des Abstandes zwischen einem Achskörper (2) eines Fahrzeugrades und einer Fahrzeugkarosserie (3), umfassend einen elastischen Biegekörper (10), eine erste Schnittstelle (11) zur Anbindung des Biegekörpers (10) an den Achskörper (2), und eine zweite Schnittstelle (12) zur Anbindung des Biegekörpers (10) an die Fahrzeugkarosserie (3), wobei der Biegekörper (10) zwei sich gegenüberliegende Elektroden (13, 14) sowie ein zwischen den Elektroden (13, 14) angeordnetes elektroaktives Polymer (20) umfasst, und wobei die Elektroden (13, 14) zum Erfassen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden (13, 14) mit einem Spannungsmesser elektrisch leitfähig verbunden sind.The invention relates to a sensor device (1) for detecting the distance between an axle body (2) of a vehicle wheel and a vehicle body (3), comprising an elastic flexible body (10), a first interface (11) for connecting the flexible body (10) to the Axle body (2), and a second interface (12) for connecting the flexible body (10) to the vehicle body (3), the flexible body (10) having two opposing electrodes (13, 14) and one between the electrodes (13, 14 ) arranged electroactive polymer (20), and wherein the electrodes (13, 14) for detecting an electrical voltage between the electrodes (13, 14) are electrically conductively connected to a voltmeter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erfassen des Abstandes zwischen einem Achskörper eines Fahrzeugrades und einer Fahrzeugkarosserie sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Sensorvorrichtung.The invention relates to a sensor device for detecting the distance between an axle beam of a vehicle wheel and a vehicle body, as well as a vehicle with such a sensor device.

Zum Erfassen des Abstandes zwischen einem Achskörper eines Fahrzeugrades und einer Fahrzeugkarosserie oder in anderer Betrachtungsweise des Einfederweges eines Fahrzeugrades relativ zur Karosserie sind sogenannte Höhenstands- oder Niveausensoren bekannt.So-called ride height sensors are known for detecting the distance between an axle beam of a vehicle wheel and a vehicle body or, in a different way, of the compression travel of a vehicle wheel relative to the body.

Dabei ist ein Gehäuse mit einem Sensorelement fest mit der Karosserie verbunden. Das Sensorelement befindet sich beispielsweise auf einem am Gehäuse befestigten Schaltungsträgersubstrat. An oder in dem Gehäuse ist ein Hebel drehbar gelagert, der, meist mittels eines Gestänges, mit der Aufhängung des Rades verbunden ist. Erfolgt beim Fahren eine Relativbewegung zwischen Rad und Karosserie, so führt dies zu einer Drehbewegung des Hebels. Der Hebel ist fest mit einer drehbaren Welle verbunden, an der sich ein Sensorelement befindet. Das zu diesem Sensorelement korrespondierende Sensorelement des Gehäuses ermöglicht die Erfassung des Drehwinkels der Welle. Oftmals wird als Sensorelement ein zylindrisch geformter Magnet eingesetzt, der stirnseitig in das Wellenende eingeklebt ist. Das andere Sensorelement, beispielsweise in Form eines Hall-Sensors, erfasst über die Änderung des Magnetfelds die Drehung der Welle. Da die mechanische Übersetzung von der linearen Bewegung zur Drehbewegung bekannt ist, kann der Messwert dieses Sensorelements in die momentane Höhe bzw. den Einfederweg umgerechnet werden.A housing with a sensor element is firmly connected to the body. The sensor element is located, for example, on a circuit carrier substrate attached to the housing. A lever is rotatably mounted on or in the housing and is connected to the suspension of the wheel, usually by means of a linkage. If there is a relative movement between the wheel and the body while driving, this leads to a rotary movement of the lever. The lever is firmly connected to a rotatable shaft on which a sensor element is located. The sensor element of the housing that corresponds to this sensor element enables the rotation angle of the shaft to be detected. Often a cylindrically shaped magnet is used as a sensor element, which is glued into the end of the shaft. The other sensor element, for example in the form of a Hall sensor, detects the rotation of the shaft via the change in the magnetic field. Since the mechanical translation from the linear movement to the rotary movement is known, the measured value of this sensor element can be converted into the current height or the spring deflection.

Um hierbei Messfehler, wie z. B. Nichtlinearität, einzudämmen, müssen die Sensorelemente möglichst konzentrisch und in einem genau definierten, gleichbleibenden Abstand angeordnet sein. Hieraus resultiert die Notwendigkeit, über die gesamte Lebensdauer ein sehr geringes Spiel der Welle sicherzustellen.In order to avoid measurement errors such as B. non-linearity, the sensor elements must be arranged as concentrically as possible and at a precisely defined, constant distance. This results in the need to ensure very little play of the shaft over the entire service life.

Eindringende Feuchtigkeit kann zudem die Auswerteschaltung des Winkelsensors beschädigen und funktionsuntüchtig machen, weshalb meist eine aufwändige Konstruktion mit einer speziellen Dichtung nötig ist. Die eintretende Feuchtigkeit ist der Ursache geschuldet, dass der Winkelsensor an der Fahrzeugunterseite angebracht und damit direkt von der Straße aufgewirbeltem Schmutz und Feuchtigkeit ausgesetzt ist.Penetrating moisture can also damage the evaluation circuit of the angle sensor and render it inoperable, which is why a complex construction with a special seal is usually necessary. The ingress of moisture is due to the fact that the angle sensor is attached to the underside of the vehicle and is therefore exposed to dirt and moisture thrown up directly from the road.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Sensorvorrichtung anzugeben, die gegen äußere Einflüsse robust und / oder unaufwändig bzw. kostengünstig ist.It is therefore the object of the invention to specify a sensor device which is robust and / or inexpensive or inexpensive in terms of external influences.

Der angegebenen Sensorvorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass diese an einem Fahrzeug zur Erfassung einer relativen Position, insbesondere eines Abstandes, eines Rades bzw. mit dem Rad verbundenen Körpers des Fahrzeuges zu seinem Chassis verwendet werden könnte. Dabei wird die Sensorvorrichtung nicht etwa durch weitere aufwändige Konstruktionserweiterungen vor eindringender Feuchtigkeit geschützt, sondern durch Anwendung eines völlig anderen Messprinzips.The stated sensor device is based on the consideration that it could be used on a vehicle to detect a relative position, in particular a distance, of a wheel or body of the vehicle connected to the wheel to its chassis. The sensor device is not protected from moisture penetration by further complex construction extensions, but by using a completely different measuring principle.

Die Sensorvorrichtung umfasst dazu einen elastischen Biegekörper, eine erste Schnittstelle Anbindung des Biegekörpers an den Achskörper, und eine zweite Schnittstelle zur Anbindung des Biegekörpers an die Fahrzeugkarosserie, wobei der Biegekörper zwei sich gegenüberliegende Elektroden sowie ein zwischen den Elektroden angeordnetes elektroaktives Polymer umfasst, und wobei die Elektroden zum Erfassen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden mit einem Spannungsmesser elektrisch leitfähig verbunden sind. Bei den Elektroden kann es sich vorzugsweise um platinhaltige flexible Platten handeln. Die Elektroden sind vorzugsweise elastisch so stark verformbar, dass sie ein bestimmtes Maß an Biegung aushalten. Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kommt mit einer äußerst geringen Zahl an Komponenten aus, die auch kaum verschleißanfällig sind.To this end, the sensor device comprises an elastic flexible body, a first interface for connecting the flexible body to the axle body, and a second interface for connecting the flexible body to the vehicle body, the flexible body comprising two opposing electrodes and an electroactive polymer arranged between the electrodes, and the Electrodes for detecting an electrical voltage between the electrodes are electrically conductively connected to a voltmeter. The electrodes can preferably be flexible plates containing platinum. The electrodes are preferably elastically deformable to such an extent that they can withstand a certain amount of bending. The sensor device according to the invention manages with an extremely small number of components which are also hardly susceptible to wear.

Unter den Begriff des elektroaktiven Polymers fallen hauptsächlich solche mit einem ionischen und solche mit einem elektrischen Wirkprinzip. Ionische elektroaktive Polymere basieren auf einem Elektrolyten mit beweglichen Ionen. Zur Erzeugung einer Verformung bzw. einer Bewegung kann eine elektrische Spannung angelegt werden, wodurch die Ionen, entsprechend ihrer Ladung zur passenden Elektrode gezogen und dabei in das Polymer bewegt werden, so dass dieses anschwillt. Umgekehrt werden die Ionen durch umgepolte Spannung aus dem Polymer hinausbewegt. Für die Erfindung wird jedoch die umgekehrte Betrachtungsweise genutzt, die darauf basiert, dass eine Verformung für eine bestimmte Spannung sorgt, die somit eine Information über die Verformung bzw. damit zusammenhängende Größen liefert. Zu ionischen elektroaktiven Polymeren gehören beispielsweise ionische Polymer-Metall-Komposite, leitfähige Polymere (CP), Polymergele und elektrorheologische Flüssigkeiten.The term electroactive polymer mainly includes those with an ionic and those with an electrical operating principle. Ionic electroactive polymers are based on an electrolyte with mobile ions. To generate a deformation or a movement, an electrical voltage can be applied, whereby the ions, according to their charge, are drawn to the appropriate electrode and thereby moved into the polymer, so that it swells. Conversely, the ions are moved out of the polymer by reversed voltage. For the invention, however, the reverse approach is used, which is based on the fact that a deformation ensures a certain stress, which thus provides information about the deformation or related variables. Ionic electroactive polymers include, for example, ionic polymer-metal composites, conductive polymers (CP), polymer gels, and electrorheological fluids.

Bei elektrischen elektroaktiven Polymeren ist wiederum eine Unterteilung in ferroelektrische und dielektrische elektroaktive Polymere sinnvoll, wobei ferroelektrische den piezoelektrischen Effekt nutzen, während der Effekt bei den dielektrischen durch Coulomb-Kräfte entsteht. Weiterhin gehören zu den elektroaktiven Polymeren elektrostriktive Polymere, Flüssigkristallelastomere und CNT Aerogels.In the case of electrical electroactive polymers, in turn, a subdivision into ferroelectric and dielectric electroactive polymers makes sense, with ferroelectric polymers using the piezoelectric effect, while the effect with dielectric ones is created by Coulomb forces. Furthermore belong to the electroactive polymers, electrostrictive polymers, liquid crystal elastomers, and CNT airgels.

Bei der ersten und zweiten Schnittstelle handelt es sich bevorzugt jeweils um eine mechanische Schnittstelle. Die erste und zweite Schnittstelle können beispielsweise jeweils als Gelenkpfanne bzw. als Gelenkkopf eines Drehgelenks ausgebildet sein, so dass eine relative Bewegung der Anbindungspunkte in einer reinen Biegeverformung des Biegekörpers resultiert. Es ist entsprechend bevorzugt, dass die erste und / oder die zweite Schnittstelle für bzw. zu einer drehbar gelagerten Anbindung ausgebildet sind. Die Drehbarkeit der Lagerung bezieht sich bevorzugt auf eine Drehung, deren Drehachse zu der Krümmungsachse des Biegekörpers parallel ist. Die Krümmungsachse bildet die Mitte des Krümmungsbogens, den der Biegekörper aufspannt, wobei der Radius des Krümmungsbogens von dem Abstand zwischen dem Achskörper und der Fahrzeugkarosserie abhängt.The first and second interfaces are each preferably a mechanical interface. The first and second interfaces can, for example, each be designed as a joint socket or as a joint head of a swivel joint, so that a relative movement of the connection points results in a pure bending deformation of the bending body. It is accordingly preferred that the first and / or the second interface are designed for or to a rotatably mounted connection. The rotatability of the bearing preferably relates to a rotation whose axis of rotation is parallel to the axis of curvature of the bending body. The axis of curvature forms the center of the arc of curvature that the bending body spans, the radius of the arc of curvature depending on the distance between the axle body and the vehicle body.

Es ist bevorzugt, dass sich der Biegekörper in einem unverformten Zustand entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Ausdehnung des Biegekörpers entlang der Längsachse am größten ist. Bevorzugt erstrecken sich entsprechend auch die Elektroden entlang der Längsachse. Mit anderen Worten ist der Biegekörper länglich ausgebildet, beispielsweise als Balken oder Stange. Die Längsausdehnung beschreibt im verformten Zustand des Biegekörpers vorzugsweise einen Bogen, wobei sich die maximale krümmungsbedingte Verschiebung gegenüber der Längsachse in der Mitte befindet. Durch die längliche Ausbildung des Biegekörpers wird erreicht, dass die Biegung infolge einer relativen Verschiebung der Schnittstellen richtungsstabil erfolgt, so dass die mit dem Spannungsmesser gemessenen Werte eine eindeutige Information liefern.It is preferred that the flexible body extends in an undeformed state along a longitudinal axis, the expansion of the flexible body being greatest along the longitudinal axis. The electrodes preferably also extend accordingly along the longitudinal axis. In other words, the bending body is elongated, for example as a beam or rod. In the deformed state of the bending body, the longitudinal extension preferably describes an arc, the maximum curvature-related displacement relative to the longitudinal axis being in the middle. The elongated design of the bending body ensures that the bending takes place in a directionally stable manner as a result of a relative displacement of the interfaces, so that the values measured with the voltmeter provide clear information.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektroaktive Polymer ein ionisches Polymer-Metall-Komposit, auch IPMC für lonic polymer-metal composite. Bei einem IPMC korrespondieren geringe Spannungsbeträge mit relativ großen Verformungen. Dies bewirkt, dass aus dem Biegekörper kaum Wasser durch Verdampfen entweicht. IPMC lässt sich problemlos in einer nassen Umgebung einsetzen, wie sie im Radkasten bei einer Sensorvorrichtung zum Erfassen des Abstandes zwischen einem Achskörper eines Fahrzeugrades und einer Fahrzeugkarosserie normalerweise vorliegt.According to a preferred embodiment, the electroactive polymer is an ionic polymer-metal composite, also IPMC for ionic polymer-metal composite. In the case of an IPMC, small amounts of stress correspond to relatively large deformations. This has the effect that hardly any water escapes from the flexible body through evaporation. IPMC can be used without any problems in a wet environment, as is normally found in the wheel arch in a sensor device for detecting the distance between an axle beam of a vehicle wheel and a vehicle body.

Weiter ist bevorzugt, dass das elektroaktive Polymer ein lonomer enthält, insbesondere Nafion oder Flemion. lonomere sind thermoplastische Kunststoffe, die durch Copolymerisation eines unpolaren mit einem polaren Monomer gewonnen werden. Sie sind kaum elektrisch leitfähig, besitzen jedoch ein hohes Maß an Ionenleitfähigkeit, die durch Aufspaltung einer Molekül-Bindung unter Bildung elektrisch geladener beweglicher Ionen entsteht.It is further preferred that the electroactive polymer contains an ionomer, in particular Nafion or Flemion. Ionomers are thermoplastics that are obtained by copolymerizing a non-polar with a polar monomer. They are hardly electrically conductive, but have a high degree of ionic conductivity, which is created by splitting a molecule bond with the formation of electrically charged mobile ions.

Einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsprechend sind die erste und / oder zweite Schnittstelle als Teil eines Gelenks, insbesondere eines Kugelgelenks, ausgebildet. Idealerweise wird durch die Gelenke ein notwendiges Spiel eingehalten, wobei andererseits der Biegekörper so ausgeführt ist, dass eine Biegung stets nur in einer Richtung, also um eine gleichbleibende stabile Krümmungsachse erfolgt.According to a further preferred embodiment, the first and / or second interface are designed as part of a joint, in particular a ball joint. Ideally, the necessary play is maintained by the joints, while on the other hand the bending body is designed in such a way that a bend always only takes place in one direction, that is, around a constant, stable axis of curvature.

Es ist bevorzugt, dass der Biegekörper einen im Wesentlichen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Dadurch lassen sich für die Querschnittsrichtungen unterschiedliche Flächenträgheitsmomente erzielen, so dass eine definierte, stabile Biegerichtung eingehalten wird.It is preferred that the bending body has an essentially oval or rectangular cross section. As a result, different geometrical moments of inertia can be achieved for the cross-sectional directions, so that a defined, stable bending direction is maintained.

Entsprechend ist es bevorzugt, dass die Ausdehnung des Querschnitts parallel zur Krümmungsachse größer ist, als die Ausdehnung senkrecht dazu. Zusätzlich kann eine Metallplatte so an dem Biegekörper befestigt werden, dass die Biegesteifigkeit in Richtung der gewünschten Biegeachse verringert wird.Accordingly, it is preferred that the extent of the cross section parallel to the axis of curvature is greater than the extent perpendicular to it. In addition, a metal plate can be attached to the bending body in such a way that the bending rigidity is reduced in the direction of the desired bending axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das zwischen den Elektroden angeordnete elektroaktive Polymer in Form von gestapelten Schichten vorliegt. Insbesondere ein rechteckiger Querschnitt hat den Vorteil, dass sich der Biegekörper durch Stapeln mehrerer Schichten besonders einfach herstellen lässt.According to a further embodiment, it is preferred that the electroactive polymer arranged between the electrodes is in the form of stacked layers. In particular, a rectangular cross section has the advantage that the bending body can be produced particularly easily by stacking several layers.

Es ist bevorzugt, dass der Biegekörper zum Schutz vor Feuchtigkeit ummantelt ist, wobei der Mantel einen Werkstoff aus der Gruppe der Parylene enthält. Als Parylene werden eine Gruppe inerte, hydrophobe, optisch transparente, polymere Beschichtungsmaterialien bezeichnet. Neben dem Kohlenwasserstoff Poly-p-xylylen (häufig als Parylene N bezeichnet) sind auch halogenierte Polymere verwendbar. Die Ummantelung wird vorzugsweise im Vakuum durch Resublimation aus der Gasphase als porenfreier und transparenter Polymerfilm auf den Biegekörper aufgetragen.It is preferred that the flexible body is sheathed to protect against moisture, the sheath containing a material from the parylene group. A group of inert, hydrophobic, optically transparent, polymeric coating materials is referred to as parylene. In addition to the hydrocarbon poly-p-xylylene (often referred to as parylene N), halogenated polymers can also be used. The sheathing is preferably applied to the flexible body in a vacuum by resublimation from the gas phase as a pore-free and transparent polymer film.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Sensorvorrichtung weist diese eine elektrische Vorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine an den Elektroden des Biegekörpers anfallende elektrische Spannung als Energiequelle zum Aufladen eines Akkumulators zu verwenden. Somit lässt sich beispielsweise auf Basis der bei auftretenden Vibrationen anfallenden Spannung ein Ladestrom generieren und für den Betrieb der Sensorvorrichtung oder für andere Zwecke nutzen.According to a preferred embodiment of the sensor device, it has an electrical device which is designed to use an electrical voltage that occurs at the electrodes of the flexible body as an energy source for charging an accumulator. Thus, for example, on the basis of the voltage occurring when vibrations occur, a charging current can be generated and used for operating the sensor device or for other purposes.

Einem weiteren Aspekt der Erfindung nach umfasst ein Fahrzeug einen Achskörper eines Fahrzugrades und eine Fahrzeugkarosserie, wobei der Achskörper und die Fahrzeugkarosserie jeweils ein Gelenkelement aufweisen, wobei zum Erfassen des Abstandes zwischen dem Achskörper und der Fahrzeugkarosserie eine Sensorvorrichtung wie beschrieben mit ihrer ersten und zweiten Schnittstelle an den Gelenkelementen gelagert ist.According to a further aspect of the invention, a vehicle comprises an axle body of a vehicle wheel and a vehicle body, the axle body and the vehicle body each having a joint element, wherein a sensor device as described with its first and second interface is connected to detect the distance between the axle body and the vehicle body the joint elements is mounted.

Es entspricht einer bevorzugten Ausführungsform, dass die Sensorvorrichtung so angeordnet ist, dass sich bei einer Verringerung des Abstands zwischen Achskörper und Fahrzeugkarosserie die Biegung des Biegekörpers vergrößert. Entsprechend kann die Sensorvorrichtung ohne besondere Anpassungsschwierigkeiten anstelle eines herkömmlichen Höhenstandssensors verbaut werden. Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung so verbaut, dass sich der Biegekörper nur in eine Richtung krümmen kann. Der Biegekörper nimmt also bei einem maximal vorgesehenen Abstand zwischen Achskörper und Fahrzeugkarosserie bereits eine leichte Krümmung ein, die sich bei Verringerung des Abstandes weiter erhöht.It corresponds to a preferred embodiment that the sensor device is arranged such that when the distance between the axle body and the vehicle body is reduced, the bending of the flexible body increases. Accordingly, the sensor device can be installed in place of a conventional level sensor without any particular adjustment difficulties. The sensor device is preferably installed in such a way that the flexible body can only bend in one direction. The bending body thus already assumes a slight curvature at a maximum provided distance between the axle body and the vehicle body, which is further increased when the distance is reduced.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, der vom Spannungsmesser ermittelten Spannung einen Abstand zwischen Achskörper und Fahrzeugkarosserie zuzuordnen. Somit lässt sich ein Signal erzeugen, dass den Höhenstand der Fahrzeugkarosserie wiedergibt und das beispielsweise für eine dynamische Fahrwerksabstimmung oder eine Anpassung der Scheinwerferstellung genutzt werden kann.According to a preferred embodiment, the sensor device is electrically connected to an evaluation unit, the evaluation unit being designed to assign a distance between the axle body and the vehicle body to the voltage determined by the voltmeter. A signal can thus be generated that reflects the height of the vehicle body and that can be used, for example, for dynamic chassis tuning or for adjusting the headlight position.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere der angegebenen Sensorvorrichtungen in verschiedenen Richtungen eingebaut, um die Höhenstandsinformation zu verbessern.According to a preferred embodiment, several of the specified sensor devices are installed in different directions in order to improve the level information.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen.The properties, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will become more clearly and more clearly understood in connection with the following description of an exemplary embodiment in connection with the drawings.

FigurenlisteFigure list

  • 1 eine Sensorvorrichtung aus dem bekannten Stand der Technik, 1 a sensor device from the known prior art,
  • 2 die Sensorvorrichtung der 1 integriert in ein Fahrzeug, 2 the sensor device of 1 integrated in a vehicle,
  • 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung als Schnittansicht mit vergrößerten Details, 3 an embodiment of the sensor device according to the invention as a sectional view with enlarged details,
  • 4 die Sensorvorrichtung der 3 integriert in ein Fahrzeug. 4th the sensor device of 3 integrated in a vehicle.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Sensorvorrichtung mit Winkelsensor aus dem Stand der Technik. Der gezeigte Verlagerungsgeber 100 umfasst eine verlagerbare Koppelstange 101, welche beispielsweise mit einem Kraftfahrzeugfahrwerk koppelbar ist, um eine Verlagerung des Kraftfahrzeugfahrwerks zu erfassen. Ebenso wäre es jedoch denkbar die verlagerbare Koppelstange 101 mit einer Karosserie, einem Scheinwerfer oder einer Kraftfahrzeugachse zu koppeln. Des Weiteren umfasst der Verlagerungsgeber 100 einen Hebel 102 zur Übersetzung einer Verlagerung der verlagerbaren Koppelstange 101 in eine Drehung. Zwischen Koppelstange 101 und Hebel 102 ist ein Drehgelenk 103 angeordnet, welches die Koppelstange 101 mit dem Hebel 102 drehbar verbindet. Alternativ kann hier ein elastisches Kopplungselement vorgesehen sein, das ausgebildet ist, um unter Verwendung eines geeigneten Werkstoffs die zur Winkelmessung notwendige Verformung mit geeigneter Verformungskraft im elastischen Dehnungsbereich des Werkstoffs zu realisieren.The 1 shows a schematic representation of a conventional sensor device with an angle sensor from the prior art. The shown relocation encoder 100 includes a movable coupling rod 101 which can be coupled, for example, to a motor vehicle chassis in order to detect a displacement of the motor vehicle chassis. However, it would also be conceivable for the movable coupling rod 101 to couple with a body, a headlight or a motor vehicle axle. The relocation provider also includes 100 a lever 102 to translate a displacement of the movable coupling rod 101 in a twist. Between coupling rod 101 and levers 102 is a swivel joint 103 arranged, which the coupling rod 101 with the lever 102 rotatably connects. Alternatively, an elastic coupling element can be provided here which is designed to implement the deformation necessary for angle measurement with a suitable deformation force in the elastic expansion range of the material using a suitable material.

Vorliegend sind die verlagerbare Koppelstange 101, der Hebel 102 sowie das Drehgelenk 103 jeweils durch ein einstückiges Kunststoff-Formteil ausgebildet. Die Koppelstange 101 weist zwei parallele Stege auf, welche durch eine Verstärkungswand miteinander verbunden sind und umfasst an einem dem Hebel 103 abgewandten Koppelstangenende eine Wellenaufnahme sowie eine in der Wellenaufnahme drehbar gelagerte Welle. Die drehbar gelagerte Welle ist für die Erfassung einer Verlagerung einer Komponente eines Kraftfahrzeugs mit bestehenden Schnittstellen einer Komponente koppelbar. Zum Erfassen der Verlagerung bzw. des Abstands wird mittels eines Hall-Sensors die Drehstellung der Welle erfasst, die dazu einen Dipol-Magneten aufweist.Here are the movable coupling rods 101 , the lever 102 as well as the swivel joint 103 each formed by a one-piece plastic molding. The coupling rod 101 has two parallel webs which are connected to one another by a reinforcement wall and comprises on one of the lever 103 facing away from the coupling rod end a shaft holder and a shaft rotatably mounted in the shaft holder. The rotatably mounted shaft can be coupled to existing interfaces of a component in order to detect a displacement of a component of a motor vehicle. To detect the displacement or the distance, the rotary position of the shaft is detected by means of a Hall sensor, which for this purpose has a dipole magnet.

In 2 ist die Integration eines solchen Verlagerungsgebers 100 in ein Fahrzeug schematisch dargestellt. Die Umsetzung der translatorischen Bewegung des Achskörpers 2 in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie 3 in eine Drehbewegung ist anhand der Pfeile nachvollziehbar.In 2 is the integration of such a relocation provider 100 shown schematically in a vehicle. The implementation of the translatory movement of the axle body 2 in relation to the vehicle body 3 a rotary movement can be traced using the arrows.

3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 1. Sie umfasst einen elastischen Biegekörper 10, eine erste Schnittstelle 11 zur Anbindung des Biegekörpers 10 an einen Achskörper 2 und eine zweite Schnittstelle 12 zur Anbindung des Biegekörpers 10 an die Fahrzeugkarosserie 3. Die Schnittstellen 11, 12 sind stark schematisch dargestellt. Es kann sich dabei beispielsweise jeweils um einen kugelförmigen Gelenkkopf handeln, der in einer entsprechenden am jeweiligen Fahrzeugteil befestigten Gelenkpfanne eingerastet werden kann und Drehungen in verschiedenen Richtungen zulässt. Es versteht sich, dass die Gelenkteile auch umgekehrt angeordnet bzw. befestigt sein können oder an beiden Seiten des Biegekörpers 10 unterschiedlich. 3 shows schematically an embodiment of the sensor device according to the invention 1 . It comprises an elastic flexible body 10 , a first interface 11 to connect the bending body 10 to an axle beam 2 and a second interface 12 to connect the bending body 10 to the vehicle body 3 . The interfaces 11 , 12 are shown very schematically. For example, it can be a spherical joint head which can be locked into a corresponding joint socket attached to the respective vehicle part and which allows rotations in different directions. It goes without saying that the joint parts can also be arranged or fastened the other way round, or on both sides of the bending body 10 differently.

Der Biegekörper 10 umfasst außerdem zwei sich gegenüberliegende Elektroden 13, 14 sowie ein zwischen den Elektroden 13, 14 angeordnetes elektroaktives Polymer 20. Durch Formveränderung in Folge der Biegung des Biegekörpers 10 kommt es abhängig von der Permittivität des elektroaktiven Polymers 20 und seiner Dicke zu einer elektrischen Spannung, die an den Elektroden 13, 14 abgreifbar ist. The bending body 10 also includes two opposing electrodes 13 , 14th as well as one between the electrodes 13 , 14th arranged electroactive polymer 20th . By changing the shape as a result of the bending of the bending body 10 it depends on the permittivity of the electroactive polymer 20th and its thickness to an electrical voltage applied to the electrodes 13 , 14th can be tapped.

Dazu sind die Elektroden 13, 14 mit einem Spannungsmesser elektrisch leitfähig verbunden.These are the electrodes 13 , 14th electrically conductively connected to a voltmeter.

In der oberen Detailansicht der 3 ist eine erhöhte Konzentration von Kationen in der Nähe der oberen Elektrode 13 zu sehen, die durch die Biegung des Biegekörpers 10 entstanden ist und für die abgreifbare elektrische Spannung sorgt.In the upper detailed view of the 3 is an increased concentration of cations near the top electrode 13 see that through the bend of the flexure 10 and provides the electrical voltage that can be tapped.

Die untere Detailansicht zeigt einen offenen Querschnitt der Sensorvorrichtung 1 mit den Elektroden 13, 14 und dem dazwischenliegenden elektroaktiven Polymer 20. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass der rechteckige Querschnitt eine größere Breite als Höhe aufweist. Dies begünstigt die dargestellte Biegerichtung und verhindert eine Biegung in ungewollter Richtung, so dass ein fehlerfreies Messsignal sichergestellt wird.The lower detailed view shows an open cross section of the sensor device 1 with the electrodes 13 , 14th and the electroactive polymer therebetween 20th . It can also be seen that the rectangular cross section has a greater width than height. This favors the bending direction shown and prevents bending in an undesired direction, so that an error-free measurement signal is ensured.

Aus 4 ist ersichtlich, dass der Einbau der Sensorvorrichtung 1 ebenso wie bei herkömmlichen Sensorvorrichtungen erfolgen kann, so dass keine Anpassungen oder zusätzlicher Bauraum nötig sind. Die Biegung des Biegekörpers 10 wird durch eine relative Verschiebung des Achskörpers 2 mit dem Fahrzeugrad gegenüber der Fahrzeugkarosserie 3 verursacht, die mit dem entsprechenden Spannungssignal korrespondiert, das an den Elektroden 13, 14 abgreifbar ist.Out 4th it can be seen that the installation of the sensor device 1 in the same way as with conventional sensor devices, so that no adjustments or additional installation space are necessary. The bend of the flexure 10 is made by a relative displacement of the axle beam 2 with the vehicle wheel opposite the vehicle body 3 caused, which corresponds to the corresponding voltage signal that is applied to the electrodes 13 , 14th can be tapped.

Claims (14)

Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen des Abstandes zwischen einem Achskörper (2) eines Fahrzeugrades und einer Fahrzeugkarosserie (3), umfassend einen elastischen Biegekörper (10), eine erste Schnittstelle (11) zur Anbindung des Biegekörpers (10) an den Achskörper (2), und eine zweite Schnittstelle (12) zur Anbindung des Biegekörpers (10) an die Fahrzeugkarosserie (3), wobei der Biegekörper (10) zwei sich gegenüberliegende Elektroden (13, 14) sowie ein zwischen den Elektroden (13, 14) angeordnetes elektroaktives Polymer (20) umfasst, und wobei die Elektroden (13, 14) zum Erfassen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden (13, 14) mit einem Spannungsmesser elektrisch leitfähig verbunden sind.Sensor device (1) for detecting the distance between an axle body (2) of a vehicle wheel and a vehicle body (3), comprising an elastic flexible body (10), a first interface (11) for connecting the flexible body (10) to the axle body (2) , and a second interface (12) for connecting the flexible body (10) to the vehicle body (3), the flexible body (10) having two opposing electrodes (13, 14) and an electroactive polymer arranged between the electrodes (13, 14) (20), and wherein the electrodes (13, 14) for detecting an electrical voltage between the electrodes (13, 14) are electrically conductively connected to a voltmeter. Sensorvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und / oder die zweite Schnittstelle (11, 12) zu einer drehbar gelagerten Anbindung ausgebildet sind.Sensor device (1) according to Claim 1 , characterized in that the first and / or the second interface (11, 12) are designed as a rotatably mounted connection. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Biegekörper (10) in einem unverformten Zustand entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Ausdehnung des Biegekörpers (10) entlang der Längsachse am größten ist.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the bending body (10) extends in an undeformed state along a longitudinal axis, the extent of the bending body (10) being greatest along the longitudinal axis. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktive Polymer (20) ein ionisches Polymer-Metall-Komposit ist.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electroactive polymer (20) is an ionic polymer-metal composite. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktive Polymer (20) ein lonomer enthält, insbesondere Nafion oder Flemion.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electroactive polymer (20) contains an ionomer, in particular Nafion or Flemion. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und / oder zweite Schnittstelle (11, 12) als Teil eines Gelenks, insbesondere eines Kugelgelenks, ausgebildet ist.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second interface (11, 12) is designed as part of a joint, in particular a ball joint. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegekörper (10) einen im Wesentlichen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the bending body (10) has an essentially oval or rectangular cross section. Sensorvorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Querschnitts parallel zur Krümmungsachse größer ist, als die Ausdehnung senkrecht dazu.Sensor device (1) according to Claim 7 , characterized in that the extent of the cross section parallel to the axis of curvature is greater than the extent perpendicular thereto. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den Elektroden angeordnete elektroaktive Polymer (20) in Form von gestapelten Schichten vorliegt.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electroactive polymer (20) arranged between the electrodes is in the form of stacked layers. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegekörper (10) zum Schutz vor Feuchtigkeit ummantelt ist, wobei der Mantel einen Werkstoff aus der Gruppe der Parylene enthält.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible body (10) is sheathed to protect against moisture, the sheath containing a material from the parylene group. Sensorvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine an den Elektroden des Biegekörpers (10) anfallende elektrische Spannung als Energiequelle zum Aufladen eines Akkumulators zu verwenden.Sensor device (1) according to one of the preceding claims, characterized by an electrical device which is designed to to use an electrical voltage occurring at the electrodes of the flexible body (10) as an energy source for charging an accumulator. Fahrzeug, umfassend einen Achskörper (2) eines Fahrzugrades und eine Fahrzeugkarosserie (3), wobei der Achskörper (2) und die Fahrzeugkarosserie (3) jeweils ein Gelenkelement aufweisen, wobei zum Erfassen des Abstandes zwischen dem Achskörper (2) und der Fahrzeugkarosserie (3) eine Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit ihrer ersten und zweiten Schnittstelle (11, 12) an den Gelenkelementen gelagert ist.Vehicle, comprising an axle body (2) of a vehicle wheel and a vehicle body (3), the axle body (2) and the vehicle body (3) each having a joint element, wherein for detecting the distance between the axle body (2) and the vehicle body (3 ) a sensor device (1) according to one of the preceding claims with its first and second interface (11, 12) is mounted on the joint elements. Fahrzeug gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) so angeordnet ist, dass sich bei einer Verringerung des Abstands zwischen Achskörper (2) und Fahrzeugkarosserie (3) die Biegung des Biegekörpers (10) vergrößert.Vehicle according to Claim 12 , characterized in that the sensor device (1) is arranged such that when the distance between the axle body (2) and the vehicle body (3) is reduced, the bending of the flexible body (10) increases. Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, der vom Spannungsmesser ermittelten Spannung einen Abstand zwischen Achskörper (2) und Fahrzeugkarosserie (3) zuzuordnen.Vehicle according to one of the Claims 12 or 13 , characterized in that the sensor device (1) is electrically connected to an evaluation unit, the evaluation unit being designed to assign a distance between the axle body (2) and the vehicle body (3) to the voltage determined by the voltmeter.
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