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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Sensor ausgestattete
und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit,
die eine Nabenlageranordnung, eine Untersetzungsgetriebeeinheit
und einen Elektromotor aufweist, die gemeinsam in einer einheitlichen
Struktur kombiniert sind, und insbesondere die Steuertechnik zum
Steuern der Fahrstabilität eines elektrisch angetriebenen Automobils.
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Als
Mittel zur Reduzierung der Umweltbelastung wird erwartet, dass sich
der Antriebstyp eines Automobils von einem Verbrennungsmotor in
Zukunft zu einem anderen Antriebstyp, der einen Elektromotor verwendet,
wandelt. Unter diesen Umständen ist eine Achseinheit mit
einem radintegrierten Motor als Radlagereinrichtung zum Lagern eines
Fahrzeugrades eines elektrisch angetriebenen Automobils vorgeschlagen
worden. (Vergleiche z. B. die unten zitierten Patentdokumente 1
und 2.) Wenn diese vorgeschlagene Achseinheit mit dem radintegrierten
Motor in dem Fahrzeugrad eines elektrisch angetriebenen Automobils
verwendet wird, können die Fahrzeugräder individuell
und voneinander unabhängig angetrieben werden, weshalb
auf die Verwendung eines eher voluminösen Antriebsübertragungsmechanismus wie
z. B. einer Antriebswelle und/oder einer Differenzialgetriebeeinheit
im Fahrzeug verzichtet werden kann, so dass das letztere leichter
und kompakter hergestellt werden kann.
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In
Verbindung mit der Standard-Radlageranordnung, die in Verbrennungsmotorfahrzeugen
verwendet wird, werden verschiedene Steuerungen wie z. B. eine Aufhängungssteuerung
und ABS (Antiblockiersystem) als Steuerungstechnologie zum Steuern
der Stabilität des Automobils verwendet. Zudem erfolgt
ein Detektieren verschiedenartiger Betriebszustände des
Automobils mit zahlreichen Sensoren, die an der Fahrzeugkarosserie
befestigt sind, so dass der Motor, die Bremsen und/oder das Lenkrad
basierend auf einem Resultat dieser Detektion gesteuert werden können.
- [Patentdokument 1]
JP-Veröffentlichungsschrift
Nr. 2005-7914
- [Patentdokument 2]
JP-Veröffentlichungsschrift
Nr. H05-332401 (1 bis 3)
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Der
per Elektromotor angetriebene Typ hat ein höheres Ansprechverhalten
als der per Verbrennungsmotor angetriebene Typ, weshalb es die Aufhängungssteuerung
und/oder die ABS-Steuerung, wenn in das per Elektromotor angetriebene
Fahrzeug eingebaut, ermöglicht, der Lage des Automobils
eine größere Stabilität zu verleihen
als bei Einbau in ein per Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug
erreicht wird. Um die Genauigkeit der Aufhängungssteuerung
und der ABS-Steuerung zu steigern, ist es notwendig, die Kraft,
die auf das Automobil wirkt, genau zu messen und die Steuerung dann
auf Basis eines Ergebnisses einer solchen Kraftmessung vorzunehmen.
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Die
auf das Automobil wirkende Kraft, auf die oben Bezug genommen wurde,
entwickelt sich zu großen Teilen zwischen einem Radreifen
und einer Straßenoberfläche. Diese Kraft kommt
in Form einer Kraft, die in Fahrtrichtung des Automobils wirkt,
einer Kurvenfahrtkraft, die in einer Richtung senkrecht zu der Fahrtrichtung
des Automobils wirkt (eine Kraft, die in Achsrichtung eines Fahrzeugrades
wirkt) und einer Normalkraft, die in einer Richtung senkrecht zu einer
Bodenfläche (Vertikalkraft) wirkt, daher. Zusätzlich
kann sie in Form eines von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen
Luftwiderstandes und einer aerodynamischen Kraft, die durch einen
in der Natur wehenden Wind hervorgerufen wird, auftreten, wobei
diese Kräfte allerdings im stationären Zustand
gering sind. Entsprechend ist für die Steuerung zur Stabilisierung der
Fahrzeuglage ein Erfassen der oben erwähnten Kräfte,
die zwischen dem Radreifen und der Straßenoberfläche
in drei Achsrichtungen wirken, mit großem Ansprechverhalten
ausreichend.
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Allerdings
ist das bisher praktizierte Messen der im Fahrzeug wirkenden Kräfte
mit an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Sensoren nichts anderes
als das Messen von Vibrationen, die über das Aufhängungssystem
und das Chassis zu der Fahrzeugkarosserie weitergeleitet werden,
weshalb die Neigung besteht, dass eine Zeitverzögerung
in den resultierenden Messungen auftritt. Daher trat das Problem
auf, dass die Antwort auf die Steuerung die Neigung hat, verzögert
zu sein, wenn die von der Zeitverzögerung betroffenen Messungen
in der Stabilitätssteuerung verwendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine mit einem Sensor ausgestattete
und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit bereitzustellen,
in der Kräfte, die in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen
an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit der Straßenoberfläche
wirken, mit hoher Empfindlichkeit anhand des Status eines Bauteils,
das mit dem Antriebsabbruch des Automobils verbunden ist, gemessen
werden. Es wird darauf hingewiesen, dass im Fall des per Elektromotor
angetriebenen Automobils das Bauteil, das mit dem Antriebsabbruch
des Automobils verbunden ist, einen Reifen, ein Rad, eine Nabenanordnung,
eine Antriebsquelle und eine Bremsenanordnung umfasst.
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Die
mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten
Motor aufweisende Achseinheit der vorliegenden Erfindung umfasst
eine Nabenlageranordnung, einen Elektromotor, eine Untersetzungsgetriebeeinheit
und eine Bremsenanordnung, die sämtlich koaxial auf einer
Mittelachse eines Fahrzeugrades angeordnet sind, und einen Sensor zum
Messen von Kräften in drei zueinander senkrechten Achsen,
die an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit einer Straßenoberfläche
wirken, anhand des Status der Nabenlageranordnung, des Elektromotors,
des Untersetzungsgetriebes und/oder der Bremsenanordnung. Es wird
darauf hingewiesen, dass die oben erwähnten Kräfte,
die in drei Achsrichtungen wirken, eine in Fahrtrichtung des Automobils wirkende
Arbeitskraft, eine in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung
wirkende Kurvenfahrtkraft des Automobils (eine Kraft, die in einer
zu einem Fahrzeugrad axialen Richtung wirkt) und eine in einer Richtung
senkrecht zu einer Bodenfläche wirkende Normalkraft (eine
Vertikalkraft) beinhalten.
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Gemäß der
oben beschriebenen Konstruktion der vorliegenden Erfindung können
anhand des Status der Bauteile, die mit dem Antriebsabbruch des Automobils
verbunden sind, die in den drei zueinander senkrechten Achsrichtungen
an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit der Straßenoberfläche wirkenden
Kräfte gemessen werden. Das Ergebnis einer solchen Messung
kann verwendet werden, um das Aufhän gungssystem und/oder
das Antiblockiersystem zu steuern. Daher kann die Lage des Fahrzeugs
während eines Bremsens oder einer Kurvenfahrt stabilisiert
und Sicherheit gewährleistet werden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist die oben erwähnte Bremsenanordnung
bevorzugt eine elektrische Bremse.
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Wenn
die Bremsanordnung in Form einer elektrischen Bremse eingesetzt
wird, kann die Bremssteuerung vereinfacht werden.
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Außerdem
ist die mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten
Motor aufweisende Achseinheit, auf die oben Bezug genommen wird,
bevorzugt über ein Aufhängungssystem an der Fahrzeugkarosserie
angebracht, das ein zum Verändern eines Dämpfungsgrades
elektrisch betriebenes Dämpfungsmodul zum Dämpfen
einer Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und
der Straßenoberfläche angreift und zu der Fahrzeugkarosserie übertragen
wird, und ein Modul zum Steuern des Dämpfungsgrades des
Dämpfungsmoduls aufweist, wobei ein Ausgangssignal des
Sensors in das Dämpfungsgradkontrollmodul eingespeist wird.
Wenn das Dämpfungsmodul des Aufhängungssystems
elektrisch betrieben wird, um den Dämpfungsgrad zu verändern,
kann die Steuerung des Aufhängungssystems vereinfacht werden. Die
Steuerung dieses Aufhängesystems wird durch das Ausgangssignal
des Sensors korrekt ausgeführt.
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Als
einer der Sensoren zum Messen der entsprechenden Kräfte,
die in den oben erwähnten drei Achsrichtungen wirken, kann
ein Stromsensor zum Messen eines Stromwertes des Elektromotors und ein
Berechnungsmodul zum Berechnen der an einem Kontaktpunkt zwischen
dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung
des Automobils wirkenden Kraft, das in Abhängigkeit von
einem Ausgangssignal des elektrischen Stromsensors betrieben werden
kann, verwendet werden.
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Wenn
berücksichtigt wird, dass die Menge des über den
Elektromotor fließenden elektrischen Stroms sich abhängig
von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad
und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des
Automobils wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der
Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wird, berechnet werden,
wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag
des elektrischen Stroms vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder
Simulationen bestimmt wird. Das Berechnungsmodul kann so betrieben
werden, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft
und dem Betrag des elektrischen Stroms, das mittels der Experimente
und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um von einem Ausgangssignal
des Stromsensors die auf einen Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad
und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des
Automobils wirkende Kraft zu berechnen. Wenn die in Fahrtrichtung
wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft
mit großer Genauigkeit detektiert werden.
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Als
einer der oben erwähnten Sensoren zum Messen der in drei
Achsrichtungen wirkenden Kräfte wird bevorzugt ein Bremskraftsensor
zum Messen der in der Bremsanordnung wirkenden Bremskraft in Kombination
mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an einem Kontaktpunkt
zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche
in Fahrtrichtung wirkenden Kraft bereitgestellt.
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Da
der Betrag der in der Bremsanordnung wirkenden Bremskraft sich in
Abhängigkeit von dem Betrag der an einem Kontaktpunkt zwischen
dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung
des Automobils wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag
der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden,
wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft vorher
mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt
wurde. Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf
das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft,
das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde,
bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Bremskraftsensors die
an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche
in Fahrtrichtung des Automobils wirkende Kraft zu berechnen. Wenn
die in Fahrtrichtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt
wird, kann die Arbeitskraft mit sehr hoher Genauigkeit detektiert
werden.
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Als
einer der Sensoren zum Messen der in den oben erwähnten
drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte kann ein Axialspannungssensor
zum Messen der axial auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung
wirkenden Spannung in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum
Berechnen der an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und
der Straßenoberfläche in axialer Richtung des
Fahrzeugrades wirkenden Kraft anhand eines Ausgangssignal des Axialspannungssensors
bereitgestellt werden. Der Axialspannungssensor ist z. B. an dem
ortsfesten Laufbahnring befestigt.
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Da
sich die Art der Änderung des Betrages der axial auf den
ortsfesten Laufbahnring wirkenden Spannung in Abhängigkeit
von dem Betrag der Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und
der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugantriebsrades
wirkt, verändert, kann der Betrag der oben erwähnten
Arbeitskraft berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen
der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung vorher mittels
einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde.
Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf
das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial
wirkenden Spannung, das mittels der Experimente und/oder Simulationen
bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des
Axialspannungssensors die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad
und der Straßenoberfläche in axialer Richtung
des Fahrzeugrades wirkenden Kraft zu berechnen. Wenn die in axialer
Richtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann
die Arbeitskraft mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
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Als
einer der Sensoren zum Messen der in den oben erwähnten
drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte kann ein Radialspannungssensor
zum Messen der radial auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung
wirkenden Kraft in Verbindung mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der
an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche
in vertikaler Richtung wirkenden Kraft anhand des Ausgangssignals des
Radialspannungssensors vorgesehen sein. Dieser Radialspannungssensor
ist z. B. an einem Gehäuse der Untersetzungsgetriebeeinheit
befestigt.
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Da
sich die Art der Änderung des Betrages der radial auf einen
ortsfesten Laufbahnring wirkenden Spannung in Abhängigkeit
von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und
der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden
Kraft verändert, kann der Betrag der oben erwähnten
Arbeitskraft berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen
der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung vorher mittels
einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde.
Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf
das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der radial
wirkenden Spannung, das mittels Experimenten und/oder Simulationen
bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des
Radialspannungssensors die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad
und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung
wirkenden Kraft zu berechnen. Wenn die in der vertikalen Richtung
wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft
mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen besser verstanden werden. Allerdings sind die Ausführungsformen
und die Zeichnungen nur zum Zweck der Illustration und Erklärung
angegeben und sind nicht so zu verstehen, dass sie den Umfang der vorliegenden
Erfindung in irgendeiner Weise einschränken; dieser Umfang
ist anhand der beigefügten Ansprüche zu bestimmen.
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In
den beigefügten Zeichnungen sind in den verschiedenen Ansichten
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das eine mit einem Sensor ausgestattete
und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht ist, die eine Nabenlageranordnung, eine Untersetzungsgetriebeeinheit
und einen in der Achseinheit verwendeten Elektromotor zeigt;
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3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2 ist;
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4 eine
Schnittansicht ist, die einen wichtigen Ausschnitt der 3 in
einem vergrößerten Maßstab zeigt;
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5 eine
Schnittansicht ist, die eine in der Achseinheit verwendete Bremse
zeigt;
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6 ein
Blockdiagramm ist, das ein Steuerungssystem zeigt;
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7 eine
Schnittansicht ist, die die Lagerung eines Axialspannungssensors
der Achseinheit in vergrößertem Maßstab
zeigt;
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8 eine
Frontansicht ist, die ein äußeres Glied der Nabenlageranordnung
und eine Sensoreinheit für den Axialspannungssensor zeigt;
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9A eine
Draufsicht von oben ist, die die Sensoreinheit zeigt;
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9B eine
Seitenansicht ist, die die Sensoreinheit zeigt;
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10 eine
Schnittansicht ist, die die Befestigung des in der Achseinheit verwendeten
Axialspannungssensors zeigt;
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11 eine
Frontansicht ist, die das äußere Glied der Nabenlagereinheit
und der Sensoreinheit für den Radialspannungssensor zeigt;
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12A eine Seitenansicht ist, die die Sensoreinheit
zeigt;
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12B eine Ansicht von unten ist, die die Sensoreinheit
zeigt;
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13 ein
Blockdiagramm ist, das ein weiteres Steuerungssystem zeigt; und
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14 ein
Blockdiagramm ist, das ein anderes Steuerungssystem zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nun im Detail unter besonderer Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben. Am Beginn wird eine Zusammenfassung
dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels insbesondere mit Bezug
auf 1 beschrieben. Die dargestellte mit einem Sensor
ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende
Achseinheit beinhaltet eine Nabenlageranordnung A zur rotierbaren Lagerung
einer Nabe eines Fahrzeugrades 70, einen Elektromotor B
als Quelle eines Rotationsantriebes, eine Untersetzungsgetriebeeinheit
C zum Untersetzen der Rotation des Elektromotors B und Übertragen
der Rotation zu der Nabe und eine Bremsenanordnung D zum Ausüben
einer Bremskraft auf die Nabe, die sämtlich entlang einer
Mittelachse O des Fahrzeugrades 70 ausgerichtet angeordnet
sind. Das eben Gesagte bedeutet nicht notwendigerweise, dass alle
diese Bauteile auf der Mittelachse O positioniert sind, sondern
bedeutet, dass diese Bauteile relativ zu der Mittelachse O funktionell
zusammenwirken. Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden
Beschreibung, bezogen auf einen Zustand, in dem ein Gegenstand an
der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, eine Seite der Fahrzeugkarosserie,
die seitlich entfernt von deren Mitte in Längsrichtung
ist, als „außen" bezeichnet wird, während
die gegenüber liegende Seite der Fahrzeugkarosserie, die
sich dicht zu deren Mitte in Längsrichtung befindet, als „innen" bezeichnet
wird.
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Wie
am besten in 2 gezeigt, beinhaltet die Nabenlageranordnung
A ein äußeres Teil 1 mit einem inneren
Umfang, der mit einer Mehrzahl von Reihen von Abrollflächen 3 ausgeformt
ist, einem inneren Teil mit Abrollflächen 4, die
darin gegenüber den entsprechenden Abrollflächen 3 ausgebildet sind,
und einer Mehrzahl von Reihen von Wälzelementen 5,
die zwischen den entsprechenden einander gegenüber liegenden
Abrollflächen 3 und 4 in dem äußeren
und inneren Teil 1 und 2 eingefügt sind. Diese
Nabenlagereinheit A ist vom zweireihigen Kegelrollenlagertyp, in
dem Wälzelemente 5 in Form von Kugeln verwendet
werden, die von einem Käfig 6 für jede
der Reihen gehalten werden. Die Abrollflächen 3 und 4 haben
eine in Bogen unterteilte Form und die Abrollflächen 3 und 4 sind
so ausgebildet, dass sie einen nach außen weisenden Kontaktwinkel aufweisen.
Ein nach außen offenes Ende eines Lagerabstandes, der durch
das äußere Teil 1 und das innere Teil 2 begrenzt
ist, ist über Dichtvorrichtungen 7 abgedichtet.
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Das äußere
Teil 1 ist dasjenige, das als ortfestes Teil dient und
in Gänze von einstückiger Konstruktion ist, einschließlich
eines Flansches 1a, der angepasst ist, um an einem Gehäuse 33b auf
einer Außenseite der Untersetzungsgetriebeeinheit C angebracht
zu werden. Der Flansch 1a besitzt eine Mehrzahl von in
ihm ausgebildeten Fahrzeugkarosseriebefestigungslöchern 14,
die an einer entsprechenden Anzahl von Umfangsabschnitten ausgebildet
sind. Das äußere Teil 1 ist an dem Gehäuse 33b mittels
Befestigungsbolzen 15 angebracht, die in die entsprechenden
Befestigungslöcher 14 eingeführt sind.
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Das
innere Teil 2 ist dasjenige, das als rotierbares Teil dient
und das aus einem äußeren Segment 9,
das einen in ihm ausgebildeten Nabenflansch 9a zum Lagern
des Fahrzeugrades 70 und eines Bremsrades 46 aufweist,
und einem inneren Segment 10, das ein äußeres,
an einem inneren Umfang des äußeren Segmentes 9 gelagertes
Ende aufweist und das durch Bördeln mit dem äußeren
Segment 9 integriert ist, ausgebildet ist. Die Reihen der
Abrollflächen 4, auf die vorhergehend Bezug genommen
wurde, sind in dem äußeren Segment 9 bzw.
in dem inneren Segment 10 ausgeformt. Das innere Segment 10 hat
eine in dessen Mitte vorgesehene Mittelbohrung 11. Der
Nabenflansch 9a weist eine Mehrzahl von Presspassungslöchern 17 auf,
die in entsprechenden Umfangsabschnitten zur Aufnahme der entsprechenden
Nabenbolzen 16 vorgesehen sind, die per Presspassung in
den Löchern 17 angeordnet sind. Der Nabenflansch 9a des äußeren
Segmentes 9 besitzt einen Fußabschnitt, der mit
einem zylindrischen Führungsabschnitt 13 ausgebildet
ist, um in einer nach außen weisenden Richtung hervorzustehen,
wobei der Führungsabschnitt 13 zum Führen des
Fahrzeugrades 70 und des Bremsrades 46 dient. Dieser
Führungsabschnitt 13 besitzt einen inneren Umfang,
an dem eine Kappe 18 angeordnet ist, um ein äußeres
Ende der Mittelbohrung 11 zu verschließen.
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Der
Elektromotor B ist vom Axialluftspalttyp, in dem ein axialer Spalt
zwischen einem Stator 23, der an einem zylindrischen Gehäuse 22 befestigt
ist, und einem an einer Ausgangswelle 24 befestigten Rotor
vorgesehen ist. Die Ausgangswelle 24 ist nach Art eines
Auslegers durch zwei Lagereinheiten 26 innerhalb eines
zylindrischen Abschnitts des Gehäuses 33a auf
der Innenseite der Untersetzungsgetriebeinheit C gelagert. Ein inneres
Ende des Spaltes zwischen der Ausgangswelle 24 und dem
Gehäuse 33a ist durch ein Dichtteil 27 abgedichtet.
Darüber hinaus besitzt eine innere Öffnung des
Gehäuses 22 eine auf ihr angeordnete Kappe 28.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, ist die Untersetzungsgetriebeeinheit
C so untergliedert, dass sie eine Zykloiden-Untersetzungseinheit
darstellt. Mit anderen Worten besitzt die Untersetzungsgetriebeeinheit
C eine Struktur, in der zwei gebogene Platten 34a und 34b,
die jeweils ein Äußeres besitzen, das eine sanft
gewellte trochoidale Kurve darstellt, auf exzentrischen Abschnitten 32a und 32b einer
Eingangswelle 32 über Lagereinheiten 35 gelagert
sind, so dass eine exzentrische Bewegung jeder dieser gekrümmten
Platten 34a und 34b durch eine Mehrzahl äußerer
Stifte 36, die sich zwischen den inneren und äußeren
Gehäusen 33a und 33b an einem äußeren Umfang
derselben erstrecken, geführt werden kann, und andererseits
eine Mehrzahl innerer Stifte 38, die an dem inneren Segment 10 des
inneren Teiles 2 angeordnet sind, in entsprechende Durchgangsbohrungen 39 innerhalb
jeder der gekrümmten Platten 34a und 34b eingeführt
und in diesen positioniert sind. Die Eingangswelle 32,
auf die oben Bezug genommen wurde, ist mit der Ausgangswelle 24 des
Elektromotors zur gemeinsamen Rotation mit dieser verzahnt. Es wird
darauf hingewiesen, dass die Eingangswelle 32 an ihren
gegenüber liegenden Enden durch das innere Gehäuse 33a und
einer inneren gegenüberliegenden Oberfläche des
inneren Segmentes 10 des inneren Teiles 2 über
zugeordnete Lagereinheiten 40 gelagert ist.
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Wenn
die Ausgangswelle 24 des Elektromotors B angetrieben wird,
führen die gekrümmten Platten 34a und 34b,
die auf der mit ihnen zusammen rotierenden Eingangswelle 32 angeordnet
sind, eine exzentrische Bewegung aus. Die exzentrische Bewegung
dieser gekrümmten Platten 34a und 34b wird durch
das Eingreifen der inneren Stifte 38 in die Durchgangslöcher 39 an
das innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für
das Fahrzeugrad ist, übertragen, wodurch das innere Teil 2 in
Rotation um seine eigene Achse versetzt wird. Die Rotation des inneren Teiles 2 ist
somit relativ zu der Rotation der Ausgangswelle 24 untersetzt.
Beispielsweise kann mit einer Ein-Zustands-Zykloiden-Untersetzungsgetriebeeinheit
ein Untersetzungsgetriebeverhältnis von 1/10 oder höher
erzeugt werden.
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Die
beiden gekrümmten Platten 34a und 34b sind
an den entsprechenden exzentrischen Abschnitten 32a und 32b der
Eingangswelle 32 mit einem Phasenversatz von 180° relativ
zueinander angeordnet, so dass die entsprechende exzentrische Bewegung
gegeneinander ausgeglichen werden kann, und Gegengewichte 41 sind
an entsprechenden Seiten jeder der gekrümmten Platten 34a und 34b in
einer Richtung gegen den entsprechenden exzentrischen Abschnitt 32a und 32b versetzt
angeordnet, so dass Vibrationen in Folge der exzentrischen Bewegung der
gekrümmten Platten ausgeglichen werden können.
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Wie
am besten in 4 gezeigt, besitzen die äußeren
und inneren Stifte 36 und 38 auf ihnen angeordnete
Lagereinheiten 42 und 43, wobei äußere
Ringe 42a und 43a dieser Lagereinheiten 42 und 43 in Abrollkontakt
mit dem entsprechenden äußeren Umfang der gekrümmten
Platten 34a und 34b und inneren Umfängen
der Durchgangslöcher 39 gehalten werden. Dementsprechend
ist es möglich, die exzentrische Bewegung der gekrümmten
Platten 34a und 34b sanft auf das innere Teil 2 zu übertragen,
um das letztere in Rotation zu versetzen, wobei der Kontaktwiderstand
zwischen den äußeren Stiften 36 und den äußeren
Umfängen der gekrümmten Platten 34a und 34b und
der Kontaktwiderstand zwischen den inneren Stiften 38 und
den inneren Umfängen der entsprechenden Durchgangslöcher 39 reduziert
wurde.
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Bezug
nehmend auf 5 weist die Bremsenanordnung
D ein Bremsrad 46, das an dem Nabenflansch 9a zusammen
mit dem Fahrzeugrad 70 angeordnet ist, Aktuatoreinheiten 48,
die jeweils einen in Reibungskontakt mit dem Bremsrad 46 bringbaren
Bremsbelag 47 umfassen, und eine Antriebseinheit 49 zum
Bewegen der Bremsbelä ge 47 auf, und ist als elektrisch
steuerbare Bremse, die als Antriebsquelle für die Antriebseinheit 49 einen
Elektromotor 50 verwendet, ausgebildet. Das Bremsrad 46 hat
die Form einer Bremsscheibe. Die Bremsbeläge 47 werden
als Paar eingesetzt, so dass sie das Bremsrad 46 einschließen.
Einer der Bremsbeläge 47 ist an einem Bremsrahmen 51 befestigt
und das andere der Bremsbelege 47 wird von einem einfahrbaren
Teil 52, das an dem Bremsrahmen 51 für
eine lineare Hin- und Herbewegung relativ zu diesem angebracht ist,
getragen. Die Richtung der linearen Hin- und Herbewegung des einfahrbaren
Teiles 52 liegt in einer dem Bremsenrad 46 entgegentretenden
Richtung. Ein Rotieren dieses einfahrbaren Teiles 52 relativ
zu dem Bremsrahmen 51 wird verhindert.
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Die
Antriebseinheit 49 beinhaltet den oben erwähnten
Bremsenelektromotor 50, eine Kugelumlaufspindel zum Umwandeln
der Ausgangsrotation dieses elektrischen Bremsenmotors 50 in
eine lineare Hin- und Herbewegung, welche eine von den Bremsbelägen 47 ausgeübte
Bremskraft zur Folge hat, wobei eine Ausgangsbewegung des Bremsenelektromotors über
einen Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 an
die Kugelumlaufspindel 53 übertragen wird. Die
Kugelumlaufspindel 53 besitzt eine Spindelwelle 54,
die mittels Lager 57 zur Rotation um ihre eigene Achse
durch den Bremsrahmen 51 gelagert ist, wobei eine Gewindebuchse 55 an
dem einfahrbaren Teil 52 befestigt ist. Das einfahrbare
Teil 52 und die Gewindebuchse 55 können
von einstückiger Ausbildung sein.
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Die
Kugelumlaufspindel 53, auf die oben Bezug genommen wurde,
beinhaltet zusätzlich zu der Spindelwelle 54 und
der Gewindebuchse 55 eine Mehrzahl von Kugeln 56,
die in schraubenartigen Nuten, die teilweise in einer äußeren
Umfangsfläche der Spindelwelle 54 und teilweise
in einer inneren Umfangsfläche der Gewindebuchse 55 ausgebildet
sind, eingefügt sind. Die Gewindebuchse 55 beinhaltet
ein Umlaufmodul (nicht dargestellt), um eine Kette der Kugeln 56 zwischen
der Spindelwelle 54 und der Gewindebuchse 55 entlang
eines Endlospfades umlaufen zu lassen. Dieses Umlaufmodul kann entweder ein
externer Umlauftyp sein, der eine Führungsplatte oder ein
Rücklaufrohr aufweist, oder ein interner Umlauftyp, der
eine Endkappe oder eine Aufnahme verwendet. Da die Kugelumlaufspindel 53 betrieben werden
kann, um eine Hin- und Herbewegung über eine kurze Distanz
auszuführen, kann sie zudem von einem Typ sein, der keines
der oben erwähnten Umlaufmodule aufweist, z. B. ein Käfigtyp,
in dem die Kugeln 56 zwischen der Spindelwelle 54 und
der Gewindehülse 55 in einem Käfig untergebracht
sind.
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Der
Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 ist
ein Mechanismus, der in der Lage ist, die Rotation des Bremsenelektromotors 50 zu
der der Spindelwelle 54 der Kugelumlaufspindel 53 zu
reduzieren, nachdem die Zahl der Umdrehungen reduziert wurde, wobei
der Mechanismus einen Getriebezug beinhaltet. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel beinhaltet der Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 ein
Antriebsgetriebe 59, das an einer Ausgangswelle des Elektromotors 50 vorgesehen
ist, und ein Antriebsgetriebe 60, das an der Spindelwelle 54 vorgesehen
ist und mit dem Antriebsgetriebe 59 in Eingriff steht.
Der Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 kann
von einem anderen Typ verschieden von dem oben diskutierten Typ
sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad aufweisen
(beides nicht dargestellt).
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Die
oben erwähnte Bremsenanordnung D weist eine Betriebseinheit 62 zum
Steuern des Elektromotors 50 entsprechend einer Betätigung
eines Betätigungsteils, wie zum Beispiel eines Bremspedals,
auf. Diese Betriebseinheit 62 weist ein Antiblockiersteuermodul 65 auf.
Die Betriebseinheit 62 ist aufgebaut aus dem Betriebsteil 61,
einem Sensor 64, der in der Lage ist, den Betrag und die
Richtung der Betätigung des Bedienteils 61 zu
detektieren, und einer Steuervorrichtung 63 zum Steuern
des Bremsenelektromotors 50 in Abhängigkeit von
einem Detektionssignal, das von dem Sensor 64 eingespeist
wird, wobei das Antiblockiersteuermodul 65, auf das oben Bezug
genommen wurde, in dieser Steuereinheit 63 vorgesehen ist.
Die Steuereinheit 63 beinhaltet ein Modul zum Erzeugen
eines Motorsteuersignals und eine Motorantriebsschaltung (nicht
dargestellt), die in der Lage ist, den Elektromotorstrom in Abhängigkeit von
dem Motorsteuersignal zu steuern.
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Das
Antiblockiersteuermodul 65 ist ein Modul zum Verhindern
des Blockierens der Rotation des Fahrzeugrades 70 durch
Anpassen der Bremskraft, die durch den Elektromotor 50 ausgeübt
wird, in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl des Fahrzeugrades 70.
Dieses Antiblockiersteuermodul 65 ist so ausgebildet, dass
es eine derartige Operation ausführt, wenn der Beginn eines
Blockierens des Fahrzeugantriebsrades 70 anhand der Drehzahl
des Fahrzeugrades 70, die während des Bremsens
bestimmt wird, detektiert wird, der Antriebsstrom des Elektromotors 50 verringert
oder eine entgegengesetzte Rotation vorübergehend erzeugt
werden kann, um so die Bremskraft, d. h. eine Klemmkraft, mit der die
Bremsbelege 47 das Bremsrad 46 klemmen, anzupassen.
Zur Detektion der Drehzahl des Fahrzeugrades 70 kann ein
Ausgangssignal eines Drehzahl sensors 87 für den
Elektromotor B – wie weiter unten beschrieben werden wird – verwendet
werden.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das Fahrzeugsrad 70 an
dem Nabenflansch 9a der Nabenlageranordnung A zusammen
mit dem Bremsrad 46 gelagert. Das Fahrzeugantriebsrad 70 ist
von einem Typ, der eine Radscheibe 71 aufweist, an der
ein Radreifen 72 angeordnet ist. Wenn bei zwischen dem
in 5 dargestellten Nabenflansch 9a und der
Radscheibe 71 angeordnetem Bremsrad 46 die Nabenbolzen 16 per Presspassung
in die Presspassungslöcher 17 des Nabenflansches 9a in
die Radscheibe 71 eingreifen, können das Fahrzeugrad 70 und
das Bremsrad 46 an dem Nabenflansch 9a befestigt
werden.
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Diese
Achseinheit ist durch das an einem äußeren Umfangsabschnitt
des Gehäuses 22 des in 1 gezeigten
Elektromotors B an der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) befestigt.
Das Aufhängungssystem 73 weist ein Dämpfungsmodul 74 zum Dämpfen
einer an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades 70 mit der
Straßenoberfläche angreifenden Kraft auf, bevor
eine derartige Kraft an die Fahrzeugkarosserie weitergeleitet wird.
Dieses Dämpfungsmodul 74 ist in der Form eines
Dämpfers oder eines Stoßdämpfers ausgebildet.
Das Dämpfungsmodul 74 ist so ausgebildet, dass
das Ausmaß der Dämpfung elektrisch variiert werden
kann.
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Die
Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und
der Straßenoberfläche wirkt, setzt sich zusammen
aus einer Kraft Fx in Fahrtrichtung, einer Kraft Fy in einer Richtung
axial zu dem Fahrzeugrad und einer Kraft Fz in einer vertikalen
Richtung, wobei diese Kräfte senkrecht zueinander sind.
Die Achseinheit weist Sensoren zum Messen der entsprechenden drei
Achsrichtungen auf. Die Kraft Fx in Fahrtrichtung ist über
ein Ausgangssignal eines elektrischen Stromsensors 80 zum
Bestimmen des Wertes eines elektrischen Stroms I des Elektromotors
B bestimmt. Die Kraft Fy in Richtung axial zu dem Fahrzeugrad wird über
ein Ausgangssignal eines Axialspannungssensors 81 zum Bestimmen
einer axial wirkenden Spannung εy des äußeren
Teils 1, das ein ortsfester Laufbahnring der Nabenlageranordnung
A ist, bestimmt. Die Kraft Fz in der vertikalen Richtung wird durch
ein Ausgangssignal eines Radialspannungssensors 82 zum Bestimmen
einer radial wirkenden Spannung εz des äußeren
Teils 1, das ein ortsfester Laufbahnring der Nabenlageranordnung
A ist, bestimmt.
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Wie
am besten in 6 gezeigt ist, sind diese Sensoren 80, 81 und 82 mit
einem Berechnungsmodul 83 und einem Abweichungsbestimmungsmodul 84 zum
Verarbeiten entsprechender Ausgangssignale derselben verbunden.
Das Berechnungsmodul 83 und das Abweichungsbestimmungsmodul 84 sind beide
zum Beispiel in einer elektrischen Steuereinheit (ECU) des Automobils
angeordnet. Das Berechnungsmodul 83 und das Abweichungsbestimmungsmodul 84 können
in einer elektronischen Schaltkreisanordnung (nicht dargestellt),
wie zum Beispiel einer für jede Achseinheit vorgesehenen
Leiterplatte, vorgesehen sein. Eine Ausgangsseite der elektrischen
Steuereinheit 85 ist mit dem Elektromotor B, dem Elektromotor 50 der
Bremsenanordnung C und dem Dämpfungsmodul 74 des
Aufhängesystems D verbunden.
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Da
sich der Betrag des elektrischen Stroms, der über den Elektromotor
B fließt, in Abhängigkeit von dem Betrag der an
dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad und der Straßenoberfläche
in Fahrtrichtung wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag
der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, bestimmt werden,
wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag
des elektrischen Stroms vorher mittels einer Reihe von Experimenten
und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul 83 ist
so betreibbar, dass es auf das Verhältnis zwischen der
Arbeitskraft und dem Betrag des elektrischen Stroms, das mittels
der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, Bezug nimmt,
um ausgehend von einem Ausgangssignal des Elektromotors 50 die
an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche
in Fahrtrichtung wirkende Kraft zu berechnen.
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Da
die Art der Änderung des Betrages der axial an dem äußeren
Teil 1, das ein ortsfester Laufbahnring ist, wirkenden
Spannung sich in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem
Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche
in axialer Richtung des Fahrzeugrades 70 wirkenden Kraft
verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben
Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis
zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung vorher mittels
einer Serie von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde.
Das Berechnungsmodul 83 ist betreibbar, um sich auf das
Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden
Spannung, das mittels Experimenten und/oder Simulationen bestimmt
wurde, zu beziehen, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Axialspannungssensors 81 die an
dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche
in axialer Richtung des Fahrzeugrades 70 wirkende Kraft
zu berechnen.
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Da
sich zudem die Art der Veränderung des Betrages der auf
das äußere Teil 1, das ein ortsfester Laufbahnring
ist, wirkenden radialen Spannung in Abhängigkeit von dem
Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und
der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden
Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf
die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis
zwischen der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung vorher
mittels einer Serie von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt
wurde. Das Berechnungsmodul 83 ist so betreibbar, dass
es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und
der radial wirkenden Spannung, das mittels der Experimente und/oder
Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal
des Radialspannungssensors 82 die auf den Kontaktpunkt
zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche
in vertikaler Richtung wirkende Kraft zu berechnen.
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Basierend
auf verschiedenen Informationen, die in der oben beschriebenen Weise
erhalten wurden, wird von der elektrischen Steuereinheit 85 ein Ausgangssignal
zur Fahrzeuglagesteuerung ausgegeben. In einem Beispiel wird es,
um eine sanfte Kurvenfahrt zu ermöglichen, an den Elektromotor
B ausgegeben, um die Drehzehl jedes der linken und rechten Fahrzeugräder 70 zu
steuern. Um ein Blockieren des Fahrzeugrades 70 während
des Bremsens zu verhindern, wird es zu dem Elektromotor 50 der Bremsenanordnung
D ausgegeben, um das Bremsen zu steuern. Um ein signifikantes Kippen
der Fahrzeugkarosserie nach links oder rechts während der
Kurvenfahrt oder ein abruptes Schleudern während der Beschleunigung
oder ein Tauchen nach vorne während des Bremsens zu verhindern,
wird es an das Dämpfungsmodul 74 des Aufhängungssystems 73 ausgegeben,
um das Aufhängungssystem zu steuern. Darüber hinaus
gibt das Abweichungsbestimmungsmodul 84 in dem Fall, dass
die Kräfte in den drei Achsrichtungen eine Toleranz überschreiten,
ein Abweichungssignal aus. Dieses Abweichungssignal kann auch in
der Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Zudem kann
eine äußert genaue Lagekontrolle erreicht werden,
wenn die zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche
wirkende Arbeitskraft in Echtzeit ausgegeben wird.
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Der
Axialspannungssensor 81 ist zum Beispiel wie 7 bis 9 dargestellt, angeordnet. Mit anderen
Worten ist der Axialspannungssensor 81 an einem Sensor trägerteil 92 befestigt,
um eine Sensoreinheit 91 zu bilden, die wiederum an einem äußeren Umfangsabschnitt
des äußeren Teiles 1 der Narbenlageranordnung
A befestigt ist. Das Sensorträgerteil 92 weist
einen ersten Kontaktbefestigungsabschnitt 92a, der in Kontakt
mit der Umgebung eines in dem äußeren Teil 1 vorgesehenen
Befestigungsloches 14 befestigt ist, und einen zweiten
Kontaktbefestigungsabschnitt 92b auf, der an der äußeren
Umfangsfläche des äußeren Teils 1 in
Kontakt mit demselben befestigt ist. Das Sensorträgerteil 92 ist
zudem so gegliedert, dass es eine L-förmige Anordnung darstellt,
die ein sich radial erstreckendes Segment 92c, das sich in
radialer Richtung erstreckt und den ersten Kontaktbefestigungsabschnitt 92a umfasst,
und ein sich axial erstreckendes Segment 92d, das in axialer
Richtung verläuft und den zweiten Kontaktbefestigungsabschnitt 92b umfasst,
aufweist. Das sich radial erstreckende Segment 92c hat
eine reduzierte Wanddicke, um eine im Vergleich mit dem axial verlaufenden Segment 92d geringe
Biegesteifigkeit zu erhalten. Der Axialspannungssensor 81 ist
an dem radial verlaufenden Segment 92c derartiger geringer
Biegesteifheit angeordnet.
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Die
oben beschriebene Sensoreinheit 91 ist an dem äußeren
Umfangsabschnitt des äußeren Teils 1 über
die ersten und zweiten Kontaktbefestigungsabschnitte 92a und 92b angeordnet,
die dann in entsprechenden Positionen gehalten werden, in denen
sie in der gleichen Phasenbeziehung relativ zu der Umfangsrichtung
des äußeren Teiles 1 sind. Wenn der erste
und der zweite Kontaktbefestigungsabschnitt 92a und 92b in
der gleichen Phase in Umfangsrichtung des äußeren
Teiles 1 gehalten werden kann, kann die Länge
des Sensorträgerteils 92 reduziert und dadurch
die Installation der Sensoreinheit 91 vereinfacht werden.
Der Axialspannungssensor 81 ist an dem Sensorträgerteil 92 zum
Beispiel mittels eines Bondingmaterials befestigt.
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Das
Sensorträgerteil 92 besitzt eine derartige Form
und ist aus einem derartigen Material gebildet, dass keine plastische
Deformation desselben entsteht, wenn es an dem äußeren
Teil 1 angebracht ist. Das Sensorträgerteil 92 soll
zudem eine derartige Form aufweisen, dass es sich nicht plastisch
verformt, auch wenn es die maximal mögliche Last, die in
der Radlageranordnung erwartet wird, erfährt. Die erwartete
maximal mögliche Kraft ist die während der Fahrt
maximal mögliche Kraft, die das Fahrzeug nicht in Schwierigkeiten
bringt. Wenn einmal eine plastische Deformation in dem Sensorträgerteil 92 auftritt, wird
die Deformation des äußeren Teiles 1 nicht
genau an das Sensorträgerteil 92 weitergeleitet
und die Spannungsmessung somit nachteilig beeinflusst.
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Das
Sensorträgerteil 92 kann zum Beispiel mittels
eines Druckwerks hergestellt werden. Wenn das Sensorträgerteil 92 in
Form eines Erzeugnisses eines Druckwerks ausgebildet ist, können
die Kosten reduziert werden. Darüber hinaus kann das Sensorträgerteil 92 in
Form eines Artikels, der aus einem per Metallpulverspritzgießverfahren
hergestellten gesinterten Metall erzeugt wurde, ausgebildet sein.
Das Metallpulverspritzgießverfahren ist ein Spritzgießverfahren,
das mit Metall oder einer intermetallischen Verbindung verwendet
wird und das den Schritt eines Knetens des Metallpulvers mit einem
Bindemittel zum Herstellen eines gekneteten Materials, den Schritt
des Spritzgießens des gekneteten Materials, einen Schritt
des Entfettens des resultierenden spritzgegossenen Produkts und
einen Schritt des Sinterns des spritzgegossenen Produkts umfasst. Mittels
des Metallpulverspritzgießverfahrens können einige
Vorteile erreicht werden, wobei ein gesintertes Element mit einer
im Vergleich mit der Standardsintertechnik hohen gesinterten Dichte
erhalten und das gesinterte Metallprodukt mit hoher Abmessungsgenauigkeit
und hoher mechanischer Festigkeit hergestellt werden kann.
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Als
Axialspannungssensor 81 können verschiedene Typen
verwendet werden. Beispielsweise, wenn der Axialspannungssensor 81 in
Form eines Metallfoliendehnmessstreifens ausgebildet ist, und angesichts
der Haltbarkeit dieses Metallfoliendehnmessstreifens, ist der Betrag
der Spannung in einem Bereich des Sensorträgerteiles 92,
wo der Axialspannungsmessstreifen 81 angeordnet ist, bevorzugt gleich
oder kleiner als 1500 Microstrain, auch wenn die erwartete Maximalbelastung
an der Radlageranordnung angreift. Aus einem ähnlichen
Grund wie oben beschrieben, ist der Betrag der Spannung, auf den
oben Bezug genommen wird, bevorzugt kleiner oder gleich 1000 Microstrains,
wenn der Axialspannungssensor 81 in Form eines Halbleiterspannungsmessstreifens
ausgebildet ist. Darüber hinaus, wenn der Axialspannungssensor 81 in
Form eines Dickfilm-Typ-Sensors ausgebildet ist, ist der oben erwähnte
Betrag der Spannung bevorzugt gleich oder kleiner als 1500 Microstrains.
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Da
eine Struktur verwendet wird, in der die aus dem Sensorträgerteil 92 und
dem an dem Sensorträgerteil 92 angeordneten Axialspannungssensor 81 ausgebildete
Sensoreinheit 91 an dem äußeren Teil 1 angeordnet
ist, kann der Sensor zur Detektion der axial angreifenden Last in
kompakter Weise installiert werden. Da das Sensorträgerteil 92 ein
einfaches Bauteil ist, das an dem äußeren Teil 1 angeordnet
ist, ermöglicht das Anordnen des Axialspannungssensors 81 an
demselben eine Ausgestaltung, die sich exzellent für die
Massenproduktion mit reduzierten Kosten eignet.
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Wenn
die Last mittels der axial an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und
der Straßenoberfläche angreifenden Kraft auf das
innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für das
Fahrzeugantriebsrad 70 ist, wirkt, erfährt das äußere
Teil 1 über die Wälzelemente 5 eine
Deformation, wobei diese Deformation zu dem an dem äußeren
Teil 1 angeordneten Sensorträgerteil 92 weitergeleitet
wird, was zu einer entsprechenden Deformation des Sensorträgerteils 92 führt.
Der Axialspannungssensor 81 misst die in dem Sensorträgerteil 92 hervorgerufene Spannung.
Zu diesem Zeitpunkt deformiert sich das radial verlaufende Segment 92c des
Sensorträgerteils 92 entsprechend der Deformation
des Flansches 1a des äußeren Teiles 1.
Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels, da das
radial verlaufende Segment 92c eine geringere Steifigkeit
aufweist als das äußere Teil 1 und da
das Sensorträgerteil 92 so geformt ist, dass es
eine L-förmige Gestalt mit radial verlaufenden Segmenten 92c geringer Steifheit
und axial verlaufenden Segmenten 92d hoher Steifheit aufweist,
entsteht eine Spannungskonzentration in der Nähe einer
Ecke 92e, die zwischen dem radial verlaufenden Segment 92c und
dem axial verlaufenden Segment 92d, aber benachbart zu
dem radial verlaufenden Segment 92c liegt, so dass eine größere
Spannung als in dem äußeren Teil 1 auftritt. Mit
anderen Worten kann die zwischen dem radial verlaufenden Segment 92c und
dem axial verlaufenden 92d entstehende Spannung als korrespondierend
zu einer Spannung angesehen werden, die in einem R Abschnitt 1b am
Fuße des aufgeweiteten Flansches 1a auftritt.
Da diese Spannung über den Spannungssensor 81 gemessen
wird, kann die Spannung, die in dem äußeren Teil 1 auftritt,
mit hoher Empfindlichkeit detektiert und somit die Spannungsmessgenauigkeit
erhöht werden. Mit der so mit hoher Genauigkeit gemessenen
axial wirkenden Spannung kann zudem die axial an dem Kontaktpunkt
zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und der Straßenoberfläche
wirkende Kraft berechnet werden, wobei die so berechnete axial wirkende
Kraft ebenfalls eine hohe Genauigkeit aufweist.
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Der
Radialspannungssensor 82 wird z. B. wie in den 10 bis 12 dargestellt angeordnet. Mit anderen
Worten wird der Radialspannungssensor 82 an dem Sensorträgerteil 94 angeordnet,
um eine Sensoreinheit 93 zu bilden, die wiederum an dem äußeren
Gehäuse 33b der Untersetzungsgetriebeeinheit C
befestigt ist. Das Sensorträgerteil 94 hat die Form
eines länglichen Teils mit einem gekrümmten Endabschnitt,
der einen Haken darstellt, wobei der Radialspannungssensor in Form
eines Wegaufnehmers an einem solchen Ende des Sensorträgerteils 94 angeordnet
ist. Ein Fußende des Sen sorträgerteils 94 ist
als Kontaktbefestigungsabschnitt 94, das zum Anordnen an
dem Gehäuse 33b ausgebildet ist, ausgeformt.
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Über
den Kontaktbefestigungsabschnitt 94a des Sensorträgerteils 94,
der an einer äußeren Seitenoberfläche
des Gehäuses 33b mittels eines Bondmaterials oder Ähnlichem
befestigt ist, ist die Sensoreinheit an dem Gehäuse 33b befestigt.
Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels wird der
Radialspannungssensor 82 z. B. in Form eines berührungslosen
Wegaufnehmers eines Wirbelstrom-Typs verwendet und der Radialspannungssensor 82 ist
an der Sensoreinheit 93 befestigt, die mit einem vorbestimmten
Abstand zu der äußeren Umfangsoberfläche
des äußeren Teils 1 angeordnet ist, so
dass der Abstand der äußeren Umfangsfläche
des äußeren Teiles in einer radialen Richtung
desselben gemessen werden kann. Die axial ausgerichtete Position des äußeren
Teiles 1, dem der Radialspannungssensor 82 gegenüberliegt,
wird so gewählt, dass sie z. B. in der Nähe der
Abrollfläche 3 der äußeren Reihe oder
an einer äußeren Seite der Abrollfläche 3 liegt. Ein
Abschnitt des äußeren Teiles auf der äußeren Seite
der Abrollfläche 3 zeigt im Vergleich mit einem anderen
Abschnitt des äußeren Teiles 1 eine relativ starke
Deformation in radialer Richtung relativ zu der Last. Das Sensorträgerteil 94 ist
aus einem Material hergestellt, das eine ausreichende Steifheit
aufweist, um Deformationen unter dem Einfluss einer externen Kraft
zu vermeiden, wenn die Sensoreinheit an dem Gehäuse 33b angebracht
ist.
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Der
Wegaufnehmer, der als Radialspannungssensor 82 verwendet
werden kann, kann ein beliebiger Sensor sein, z. B. vom Wirbelstromtyp, vom
Magnettyp, vom optischen Typ, vom Ultraschalltyp, vom Kontakttyp
oder ein anderer Sensor, der in der Lage ist, die Verschiebung zu
detektieren. Ein geeigneter Sensor sollte in Abwägung verschiedener Bedingungen
ausgewählt werden.
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Da
die Sensoreinheit 93, die das Sensorträgerteil 94 und
den an dem Sensorträgerteil 94 angeordneten Radialspannungssensor 82 aufweist,
so ausgestaltet ist, dass sie an dem äußere Teil 1 angebracht
werden kann, kann der Sensor zur Detektion einer vertikal wirkenden
Last in kompakter Weise installiert werden. Da das Sensorträgerteil 94 ein
einfaches Bauteil ist, das an dem äußeren Teil 1 angeordnet
werden kann, erlaubt das Anordnen des Radialspannungssensors an
demselben eine Massenproduktion mit reduzierten Kosten.
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Wenn
durch die vertikal an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und
der Straßenoberfläche wirkenden Kraft eine Last
auf das innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für
das Fahrzeugrad 70 ist, ausgeübt wird, erfährt
das äußere Teil 1 über die Wälzelemente 5 eine
Deformation, wobei eine Verschiebung des äußeren
Teils 1 in radialer Richtung als Folge einer derartigen
Deformation über den Radialspannungssensor 82,
der an dem an dem äußeren Gehäuse 33b der
Reduktionsgetriebeanordnung C angeordneten Sensorträgerteil 94 befestigt
ist, gemessen wird. Die Verschiebung des äußeren
Teiles 1 in der radialen Richtung kann mit hoher Empfindlichkeit
gemessen werden, da die äußere Umfangsfläche
des äußeren Teiles 1, das ein zu messendes
Objekt ist, ein Abschnitt ist, der sich im Vergleich mit seiner
Umgebung stark in radialer Richtung verschiebt. Zudem kann durch
Verwenden der so mit hoher Genauigkeit gemessenen radial wirkenden
Spannung die vertikal an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad
und der Straßenoberfläche wirkende Kraft berechnet
werden, wobei die so berechnete vertikal wirkende Kraft ebenfalls
eine hohe Genauigkeit aufweist.
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In
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden der
Axialspannungssensor 81 und der Radialspannungssensor 82 zur
Verwendung für das Messen der Spannung, die in dem äußeren
Teil 1 in dessen axialer Richtung bzw. der Spannung, die in
dem äußeren Teil 1 in dessen radialer
Richtung auftritt, dargestellt und beschrieben. Der Axialspannungssensor 81 und
der Radialspannungssensor 82 können jedoch auch
verwendet werden, um axiale und radiale Spannungen zu messen, die
in jedem anderen Bauteil der Nabenlageranordnung A auftreten, z.
B. dem inneren Teil 2.
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Darüber
hinaus, obwohl im dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
das innere Teil als eine Nabenlageranordnung der dritten Generation,
die einen Teil der Nabenanordnung ausbildet, ausbildend gezeigt
und dargestellt wurde, kann es sich auch um eine Nabenlageranordnung
der ersten oder der zweiten Generation handeln, in der das innere
Teil und die Nabenanordnung für das Fahrzeugrad separat
und unabhängig voneinander sind. Zudem kann es eine Nabenlageranordnung
A eines Kegelrollenlagers einer beliebigen geeigneten Generation
sein.
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In
einem Beispiel, in dem die Achseinheit der vorliegenden Erfindung
an dem Fahrzeug in Verbindung mit jedem der vier Fahrzeugräder
vorgesehen ist, und die vier Fahrzeugräder unabhängig
mit dem entsprechenden Elektromotor B angetrieben werden, muss ein
Algorithmus zum Detektieren der Drehzahl eines jedes dieser Fahrzeugräder 70 eingeführt
werden, so dass die Fahrzeuglage stabilisiert werden kann. Um die Drehzahl
jedes der Fahrzeugantriebsräder 70 zu bestimmen,
kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, zum Beispiel indem
eine Mehrzahl von Schlitzen auf einer äußeren
gegenüberliegenden Oberfläche des Rotors 25 des
Elektromotors B vorgesehen oder streifenförmige Markierungen
auf dieser Oberfläche angebracht werden, wobei Lichtstrahlen,
die auf die äußere Oberfläche des Rotors
projiziert und anschließend von ihr reflektiert werden, über
eine optische Faser 86 aus dem Gehäuse 22 herausgeführt
werden können, so dass die Intensität der reflektierten
Lichtstrahlen durch einen Rotationssensor 87, der ein Lichtmessgerät
aufweisen kann, gemessen werden kann. Da das Innere des Gehäuses 22 des
Elektromotors B abgedichtet und daher weniger empfindlich für
Verschmutzungen ist, werden Messungen, die Licht verwenden, bevorzugt
verwendet. Zur Detektion der Drehzahl des Fahrzeugrades 70 kann
ein Detektionsverfahren eines elektromagnetischen Impulsgebersystems
verwendet werden.
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Da
die Achseinheit der vorliegenden Erfindung die Bremsenanordnung
D in Form einer elektrischen Bremse mit einem Design, in dem die
Bremsscheiben 47 durch einen Elektromotor 50 angetrieben
werden, benutzt, kann eine mögliche Umweltverschmutzung,
die anderenfalls die Folge von aus einem hydraulischen Bremssystem
austretendem Öl sein kann, vermieden werden. Wegen der
elektrischen Bremse kann zudem der Betrag der Bewegung der Bremsbelege 47 schnell
angepasst und während einer Kurvenfahrt die Antwort der
Drehzahl jedes der rechten und linken Fahrzeugantriebsräder 70 erhöht
werden.
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Zudem
ist die Achseinheit der vorliegenden Erfindung in der Lage, das
Ansprechverhalten der Aufhängungssteuerung zu erhöhen,
um die Fahrzeuglage zu stabilisieren, da die Dämpfungsmodule 74 des
Aufhängungssystems 73 elektrisch betrieben werden.
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Obwohl
das Steuerungssystem, das in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
zum Bestimmen der Kraft Fx, die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs an
dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und
der Straßenoberfläche wirkt, mit Bezug zu dem
Ausgangssignal des elektrischen Stromsensors 80 zum Detektieren
des über den Elektromotor B fließenden elektrischen
Stroms I gezeigt und beschrieben wurde, kann eine derartige in Fahrtrichtung
wirkende Kraft Fx mit Bezug auf ein Ausgangssignal des Bremskraftsensors 88 zum
Detektieren der auf die Bremsbelege 47 der in 13 gezeigten Bremsenanordnung
D ausgeübten Bremskraft εd bestimmt werden.
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Da
sich der Betrag der auf die Bremsbelege 47 der Bremsenanordnung
D ausgeübten Bremskraft in Abhängigkeit von dem
Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad
und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des
Fahrzeugs wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der
Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden,
wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft
mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde.
Das Berechnungsmodul 83 kann betrieben werden, um sich
auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft,
das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde,
zu beziehen, um ausgehend von dem Ausgangssignal des Elektromotors 50 die
an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in
Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkende Kraft zu berechnen.
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Darüber
hinaus, wie am besten in 14 gezeigt,
kann, wenn die Anordnung so gestaltet ist, dass die in Fahrtrichtung
an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und
der Straßenoberfläche wirkende Kraft Fx durch
Vergleich des Ausgangssignals des Stromsensors 80 zum Detektieren
des über den Elektromotor B fließenden elektrischen
Stroms I mit dem Ausgangssignal des Bremskraftsensors 88 zum
Detektieren der auf die Bremsbeläge 47 der Bremsanordnung
D wirkenden Bremskraft εd bestimmt werden kann, die Genauigkeit
der Detektion der in Fahrtrichtung wirkenden Kraft Fx erhöht
werden.
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Wenn
die Bremsenanordnung D vom hydraulisch betriebenen Typ ist, kann
die in Fahrtrichtung an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad
und der Straßenoberfläche wirkende Kraft durch
Anordnung eines Spannungssensors zum Beispiel an einem Bremssattel
oder einem anderen Teil, das geeignet ist, belastet zu werden, wenn eine
Druckkraft auf die Bremsbeläge ausgeübt wird, bestimmt
werden.
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In
der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde
Bezug genommen auf die Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 80, 81 und 82 zum
Detektieren der in den drei Achsrichtungen an dem Fahrzeugrad und
der Straßenoberfläche wirkenden Kräfte,
um den Antrieb des Elektromotors B, den Betrieb der Brem senanordnung
D und den Betrieb des Aufhängesystems 73 zu steuern.
Wenn jedoch ein Signal einer Lenkanordnung zusätzlich in
diesen Steuerungen benutzt wird, wäre das begrüßenswert,
um eine Steuerung im Einklang mit der tatsächlichen Fahrt
zu erreichen.
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Zudem
kann die Achseinheit der vorliegenden Erfindung für jedes
der in einem Automobil verwendeten Fahrzeugräder oder nur
für eines oder einige dieser Fahrzeugräder eingesetzt
werden.
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Zusammenfassung
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Mit
einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten
Motor aufweisende Achseinheit, in der eine Nabenlageranordnung (A), ein
Elektromotor (B), eine Untersetzungsgetriebeeinheit (C) und eine
Bremsenanordnung (D) koaxial auf einer Mittelachse eines Fahrzeugrades
angeordnet sind. Sensoren (80, 81 und 82)
zum Messen von Kräften Fx, Fy und Fz, die an einem Kontaktpunkt zwischen
dem Fahrzeugrad (70) und einer Straßenoberfläche
in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen wirken, anhand des
Status der Nabenlageranordnung (A), des Elektromotors (B), der Untersetzungsgetriebeeinheit
(C) und/oder der Bremsenanordnung (D) sind vorgesehen. Ergebnisse
einer solchen Messung werden für eine Aufhängungssteuerung,
eine ABS-Steuerung oder eine beliebige andere Steuerung verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-7914 [0003]
- - JP 05-332401 [0003]