DE19701713C1 - Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung innerhalb einer Luftfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung innerhalb der Luftfeder eines Kraftfahrzeuges mit einer Ultraschallanordnung nach der Impuls/Echo-Methode.

Entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Anordnung aus einer chassisfesten Sende-/Empfangskomponente und einer achsfesten Reflektorkomponente, wie sie z. B. aus der DE 36 20 957 A1 vorbekannt ist.

Luftfedern sind als tragende Teile im Fahrzeug zwischen Achse und Aufbau angeordnet. Da sich der Abstand zwischen Aufbau und Achse auch bei unterschiedlichen Beladungszuständen nicht ändern soll, ist es erforderlich, die Luftfederhöhe zu messen und bei Abweichungen das System durch Aufpumpen bzw. Ablassen von Luft nachzuregeln.

Luftultraschall-Abstandsmessung wird z. B. bei der Füllstandsmessung von Behältern, zur Vermessung von Wohnräumen, zur Abstandsmessung beim Einparken mit dem Kraftfahrzeug, zur Entfernungsmessung bei Autofokus- Fotoapparaten usw. eingesetzt.

Zur Bestimmung des Abstands zwischen Fahrzeugaufbau und Achse sind innerhalb des Luftfederbalges Strecken von ca. 0-600 mm Länge bei Temperaturen zwischen -40°C und +120°C zu vermessen.

Ein Vorteil bei der Verwendung von Ultraschall innerhalb von Luftfedern besteht darin, daß keine Verwirbelung der Schallwellen durch den Fahrtwind möglich ist.

In der genannten Offenlegungsschrift wird ein Luftfedersystem beschrieben, welches eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Abstands zwischen dem karosseriefesten Teil der Feder, einerseits, und dem achsfesten Teil der Feder, andererseits, enthält. Die Meßvorrichtung besteht aus einem Ultraschallwandler zur Aussendung einer Reihe von Impulsen in axialer Richtung der Feder. Weiterhin sind Mittel zum Empfang dieser axial ausgerichteten Impulse vorgesehen, nachdem sie mindestens einmal die Höhe des Gehäuseinneren durchlaufen haben. Vorzugsweise ist das zweite Endglied ein Reflektor, und der Empfänger befindet sich im Bereich des Senders.

Die mit solchen Sende-/Empfangseinheiten ausgestatteten Luftfedern konnten sich in der Praxis nicht durchsetzen. Als nachteilig hat sich nämlich herausgestellt, daß sich die Sende-/Empfangseinheit mittig auf der Längsachse an dem oberen Teil der Luftfeder befindet. Um den nötigen Bauraum für dieses Teil und deren Zuleitungen zu schaffen, ist es erforderlich, den mittig oberhalb der Luftfeder befindlichen Fahrzeuglängsträger anzubohren oder ihn konstruktiv mit einer entsprechenden Aussparung zu versehen. Dies erfordert zusätzliche Fertigungsschritte und ist schwer zu montieren.

Auch sind Tragkonstruktionen bekannt, bei denen Tragböcke seitlich am Fahrzeugrahmen angebracht sind, wodurch die gesamte Luftfederplatte bedeckt ist.

Aus diesem Grunde ist eine externe Anbringung einer Sende/Empfangs-Komponente zur Messung der Federhöhe problematisch.

Andererseits ist der Einsatz eines Sensors innerhalb der Luftfeder durch den in den meisten Fällen vorhandenen Anschlag- bzw. Notlaufpuffer bzw. bei Federbeinen auch durch den innenliegenden Dämpfer mit PU-Zusatzfeder und den daraus resultierenden Bauraumproblemen schwierig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme zu lösen und die damit verbundenen Schwierigkeiten mit Hilfe einer einfachen und universell einsetzbaren Ultraschall-Vorrichtung zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung basiert auf dem Einsatz der Ultraschall- Laufzeitmessung als Methode zur Abstandsmessung in Luftfedern. Entsprechend Anspruch 1 wird der Ultraschall hierbei nicht direkt von einem an oder in der Luftfeder montierten Schallwandler in die Meßstrecke sondern durch die Druckluftzuleitung in den Innenraum der Feder abgestrahlt und nach Reflexion an einer achsfesten Reflektorkomponente wieder empfangen.

Dadurch wird der Einsatz des Sensors auch dort ermöglicht, wo aufgrund von beengten Einbauverhältnissen die direkte Integration in die Luftfeder nicht möglich ist.

Man ist weder auf eine spezielle Fahrzeugträgerkonstruktion noch auf eine besondere Ausgestaltung der Luftfeder angewiesen.

Auch braucht kein Eingriff in den vorhandenen Fahrzeugträger vorgenommen zu werden.

Die zu der Ultraschall-Komponente korrespondierende Reflektorkomponente kann Teil des üblichen Gummipuffers sein. D. h.: Für den Reflektor werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Auch gibt es durch die Reflektorkomponente keine Verringerung des Federfreiwegs. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Reflektors wird stets genügend Ultraschall auf den Empfänger zurückgeworfen. Das Nutzsignal ist so groß, daß es eindeutig aus diversen Störstrahlen (Mehrfachreflexionen usw.) herausgelesen werden kann.

Wegen der mittigen Anordnung des Reflektors haben Torkelschwankungen keinen Einfluß auf die zu messende (mittlere) Federhöhe.

Für den Fall, daß sich der Gummipuffer nicht auf dem Abrollkolben sondern an der Abdeckplatte befindet, kann auch ein sonstiges erfindungsgemäß geformtes, auf dem Abrollkolben angebrachtes Aufbauteil als Reflektor dienen.

Die Anordnung der Ultraschall-Komponente in der Luftzuleitung hat den Vorteil, daß von dem Einfederweg nichts verlorengeht. Die Luftzuleitung ist von außen demontierbar. Damit ist die Ultraschall-Komponente leicht zugänglich. Eine elastische Lagerung der Ultraschall- Komponente verhindert Ausbreitung von Körperschall in der Anschlußplatte der Luftfeder und gewährleistet eine zuverlässige Dichtheit gegenüber dem Außenraum. Ein im Bereich der Ultraschall-Komponente zu installierender Thermofühler kann zur rechnerischen Kompensation der sich mit den Temperaturschwankungen ergebenden Variation der Schallgeschwindigkeit dienen.

Wählt man als Luftzuleitung ein vorgeformtes Rohr aus Metall oder Kunststoff, das innen durchgehend glatt ist, so ergibt sich Totalreflexion an den Innenwänden. Damit ist ein hoher Wirkungsgrad gegeben. Eine weitere Verbesserung der Signalausbeute wird erreicht, wenn sich der Schallkanal vom Sender zum Luftfederraum hin konisch erweitert.

Soll eine Relativmessung (siehe z. B. DE 36 20 957 A1, Ansprüche 3ff) durchgeführt werden, so kann eine im Zuleitungsquerschnitt befindliche Sprungstelle als Fixpunkt einer Reflexion dienen und damit zur Bildung einer Referenzstrecke verwendet werden.

Als Reflektor für eine Referenzstrecke kann z. B. eine in der Luftzuleitung befindliche vorspringende Kante dienen. Weist die in die Abdeckplatte eingelassene Luftzuleitung keine abgerundeten Kanten auf, so ergibt sich hier eine Sprungstelle des Ultraschall-Wellenwiderstands, was ebenfalls zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Reflexion des Ultraschallsignals führt.

Will man eine Reflexion an der Übergangsstelle Luftzuleitung/Luftfederraum weitgehend vermeiden, so sollte ein hornförmiges Endstück (z. B. Exponential- oder Katenoid-Horn) der Luftzuleitung gewählt werden.

Eine weitere Optimierung bezüglich unerwünschter Reflexionen kann erreicht werden, wenn der Rohrdurchmesser der Zuleitung (bedeutend) kleiner als ein evtl. am Rohr befindlicher Krümmungsradius ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die Abbildung zeigt ausschnittsweise eine Luftfeder nebst Ultraschall-Anordnung im Längsschnitt.

Üblicherweise besteht eine Luftfeder 2 im wesentlichen aus einer Abdeckplatte (Bördelplatte) 4, einem Rollbalg 6 und einem Abrollkolben. Die Abdeckplatte 4, die am Fahrzeuglängsträger 8 chassisfest angebracht ist, ist von einer Luftzuleitung 10 durchbrochen.

Der Abrollkolben ist radseitig befestigt. Beim Einfederungsvorgang rollt der Rollbalg 6 auf dem Abrollkolben ab, wobei sich der (lichte) Abstand zwischen Abdeckplatte 4 und Abrollkolben entsprechend ändert. Diesen Abstand gilt es zu messen.

Zu diesem Zweck befindet sich in der Luftzuleitung 10 erfindungsgemäß eine als Sender und Empfänger ausgebildete Ultraschall-Komponente 12.

Um ein Aufpumpen oder Ablassen von Druckluft in den Luftfedrraum 16 nicht zu behindern, ist diese Sende/Empfangskomponente 12 in einer rohrstutzenförmigen Verlängerung 22 der Zuleitung 10 angeordnet, wobei der Eintritt der Druckluft vorzugsweise seitlich erfolgt.

Die Ultraschall-Komponente 12 ist mittels eines Lagers 14 elastisch in der Weise angebracht, daß Luftdichtheit zwischen der Druckkammer (Innenraum der Luftfeder) 16 und dem Außenraum 18 besteht.

Neben dem Ultraschallwandler 12 kann ein Temperaturfühler 20 angeordnet sein.

Durch die erfindungsgemäß gestaltete Luftzuleitung 10 wird der in der Luftfeder 2 befindliche Freiraum genausowenig eingeschränkt wie mit einer herkömmlichen Luftzuleitung.

Mitten auf dem Abrollkolben befindet sich üblicherweise ein Gummipuffer, der als Reflektorkomponente dienen kann.

Bezugszeichenliste

2

Luftfeder

4

Abdeckplatte (Bördelplatte)

6

Rollbalg

8

Fahrzeug(längs)träger

10

Luftzuleitung

12

Sender und Empfänger, Ultraschall-Komponente

14

elastisches Lager

16

Druckkammer, Luftfederraum

18

Außenraum

20

Temperaturfühler

22

rohrstutzenförmige Verlängerung

Claims (6)

1. Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung innerhalb der Luftfeder (2) eines Kraftfahrzeuges mit einer Ultraschall-Anordnung bestehend aus einer chassisfesten Sende-/Empfangskomponente (12) und einer achsfesten Reflektorkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangskomponente (12) innerhalb einer zur Luftfeder (2) führenden Luftzuleitung (10) angeordnet ist, um von dort die Meßsignale in den Luftfederraum (16) abzustrahlen und nach einer Reflexion an der achsfesten Reflektorkomponente wieder zu empfangen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuleitung (10) ein vorgeformtes Rohr aus Metall oder Kunststoff oder ein Schlauch ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schallführende Teil der Luftzuleitung (10) innen durchgehend glatt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Luftzuleitung (10), in die der Schall eingeleitet wird, einen zum Luftfederraum (16) sich konisch erweiternden Querschnitt aufweist.

5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sprungstelle im Zuleitungsquerschnitt zwischen der Sende-/Empfangskomponente (12) und dem Luftfederraum (16), zur Bildung einer Referenzstrecke vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprungstelle durch eine in der Luftzuleitung (10) befindliche Abzweigkante oder beim Übergang des Luftzuführungskanal in den Luftfederraum (16) gebildet wird.