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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeugaufhängungen.
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Wie bekannt ist, weisen Aufhängungen im Allgemeinen Federelemente, Stoßdämpfer und Verbindungsteile auf, die aus Armen, Gelenken, Stangen oder Hebeln bestehen, die zusammen das Struktursystem bilden, das die aufgehängte Struktur des Fahrzeugs trägt und mit den Rädern verbindet und die auftretenden Kräfte überträgt.
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Ein spezielles Beispiel ist die sogenannte MacPherson-Aufhängung, auf die der Einfachheit halber im Folgenden Bezug genommen wird. Derartige Aufhängungen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßdämpfer „strukturell“ ist, das heißt eine starre Verbindung mit dem Nabenträger aufweist. Eine derartige Einschränkung beseitigt zwei der fünf Freiheitsgrade des Nabenträgers, was bei den häufigsten Lösungen einen Dreipunkt-Arm plus eine Lenkstange erforderlich macht.
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Bei einer derartigen Aufhängungslösung ist der Dreipunkt-Arm fast ausschließlich radialen Lasten unterworfen (Fahrzeugachsen x und y - Horizontalebene XY - siehe 1), die beispielsweise von den Kräften herrühren, die durch die Räder beim Fahren entlang einer Kurve aufgenommen werden, oder auch von den Lasten, die von Bremsen und Beschleunigung herrühren.
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Andererseits werden Axiallasten (d. h. entlang der Zapfen-Fahrzeug-Vertikalachse z gerichtet) nicht auf den Dreipunkt-Arm übertragen, da der Nabenträger und das Feder-Stoßdämpfer-System einstückig verbunden sind („struktureller“ Stoßdämpfer); deshalb wird der Arm in der Hoch-Tief-Bewegung durch das Rad geführt, ohne direkten Lasten in dieser Richtung unterworfen zu sein.
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Die
US 4913457 A offenbart eine Fahrzeugaufhängung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder Anspruch 3.
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Gemäß der Erfindung wird eine Aufhängung für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Aufhängung mit zumindest einem Verbindungsbauteil ausgebildet ist, um eine Ausgabe zu erzeugen, die zum Einstellen des Verhaltens des Fahrzeugs nützlich ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine lastreaktive Vorrichtung einen Sensor auf, der in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf das Verbindungsbauteil ausgeübt wird, ein Ausgangssignal zu erzeugen. Aus der Messung der Lasten, denen das Kopplungsbauteil unterworfen ist, kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug gerade beschleunigt/bremst oder eine Kurve fährt. In dem Fall eines quer positionierten Aufhängungsarms beispielsweise ist, wenn sich das Fahrzeug in einer Kurve befindet, die Kraft, die an dem Arm erfasst wird, direkt proportional zu der Zentripetalkraft, das heißt je höher die Geschwindigkeit ist, desto kleiner der Krümmungsradius, ohne dass das Fahrzeug auf der Straßenoberfläche wegrutscht. Durch Einführen eines Sensors an dem Aufhängungsarm kann die Intensität der Zentripetalkraft Moment für Moment bestimmt werden und kann durch Senden dieser Messung an eine Steuereinheit des Fahrzeugs das Verhalten des Fahrzeugs selbst modifiziert werden, beispielsweise durch geeignetes Einwirken auf den Stoßdämpfer halbaktiver Aufhängungen oder auf das Betätigungselement aktiver Aufhängungen auf derartige Weise, um die Straßenhaftung zu verbessern (durch Versteifen des Stoßdämpfers ist die Kontaktkraft zwischen dem Reifen und der Straße konstanter mit besserer Haftung) und Erhalten eines sportlicheren Fahrverhaltens. Der Sensor steuert so die Steifigkeit des Stoßdämpfers, beispielsweise durch Variieren des Dämpfungskoeffizienten des Fluids, das in dem Stoßdämpfer der halbaktiven Aufhängungen beinhaltet ist, oder durch Modifizieren der Abmessungen des Durchlaufquerschnitts des Fluids, das in dem Stoßdämpfer beinhaltet ist.
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In dem Fall der Erfassung der Kräfte, die auf das Verbindungsbauteil einwirken, um die Annäherung an die maximale Geschwindigkeit zu erhalten, mit der das Fahrzeug eine Kurve nehmen kann, kann es notwendig sein, andere Sensoren zu verwenden, um den Reibungskoeffizienten der Reifen zu bestimmen, wie beispielsweise Temperatur- und/oder Feuchtigkeitssensoren.
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Ähnlich können, wenn ein Sensor an einem Verbindungsbauteil platziert ist, das Lasten unterworfen ist, die von Beschleunigung und Bremsen herrühren, die Beschleunigung und das Bremsen des Fahrzeugs erfasst werden und kann deshalb auf der Basis der Signale, die durch den Sensor geliefert werden, in das Verhalten des Fahrzeugs eingegriffen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine lastreaktive Vorrichtung zumindest eine Fluidvorrichtung auf, die in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf das Verbindungsbauteil ausgeübt wird, einen Fluiddruck zu erzeugen. Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel steuert ein derartiger Druck ein Ventil, das die Abmessungen des Durchlaufquerschnitts des Fluids modifiziert, das in dem Stoßdämpfer beinhaltet ist, was die Steifigkeit des Stoßdämpfers variiert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Fluidbetätigungselement, das fluidisch mit der Fluidvorrichtung verbunden ist, angepasst, um zwischen einem Nabenträger und einem Stoßdämpfer platziert zu sein, und/oder zwischen einem Nabenträger und einem Federelement, um den Stoßdämpfer und/oder das Federelement ansprechend auf den Fluiddruck, der durch die Fluidvorrichtung erzeugt wird, entlang einer Einstellachse zu bewegen.
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Vorzugsweise ist auch ein Druckvervielfältiger vorgesehen, der fluidisch zwischen die Fluidvorrichtung und das Fluidbetätigungselement geschaltet ist.
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Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, wird die Fluidvorrichtung komprimiert, was Fluid, das in derselben beinhaltet ist, an das Einstellventil des Fluid-Durchlaufquerschnitts des Stoßdämpfers sendet. Außerdem kann das Fluid auch an einen Druckvervielfältiger gesendet werden, der wiederum dasselbe an das Fluidbetätigungselement sendet, das zwischen dem Nabenträger und dem Stoßdämpfer und/oder dem Federelement platziert ist.
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Auf diese Weise gilt, je mehr das Verbindungsbauteil aufgrund der Zentripetalkraft komprimiert wird, umso höher wird die Basis der Feder/ des Stoßdämpfers angehoben, was den Körper des Fahrzeugs gerade richtet und/oder den Stoßdämpfer versteift.
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Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird das Fluidbetätigungselement, das zwischen dem Nabenträger und dem Stoßdämpfer und/oder dem Federelement platziert ist, durch einen Sensor gesteuert, der sich an einem Verbindungsbauteil befindet und in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf das Verbindungsbauteil ausgeübt wird, ein Ausgangssignal zu erzeugen.
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Ähnlich ist es, wenn eine Fluidvorrichtung an einem Verbindungsbauteil platziert ist, das Lasten unterworfen ist, die von Beschleunigung und Bremsen herrühren, möglich, das System reaktiv auf das Bremsen und die Beschleunigung des Fahrzeugs zu machen, wodurch es möglich ist, auf der Basis von Ausgangssignalen, die durch die lastreaktive Vorrichtung geliefert werden, in das Verhalten des Fahrzeugs einzugreifen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel vorgesehen ist, Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
- 1 eine Darstellung eines Fahrzeugs in einem Kartesischen Koordinatensystem ist;
- 2 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Aufhängung gemäß der Erfindung darstellt;
- 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Aufhängung, die nicht gemäß der Erfindung ist, darstellt;
- 4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Aufhängung gemäß der Erfindung darstellt;
- 5 eine voraussichtliche Ansicht eines Details der Aufhängung in 4 darstellt; und
- 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 5 ist.
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Bezug nehmend auf die 2, 3 und 4 ist eine MacPherson-Type-Aufhängung gezeigt, die kollektiv bei 1 angezeigt ist.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diesen Typ Aufhängung eingeschränkt ist, sondern allgemein auf jeden beliebigen Typ Aufhängung für ein Fahrzeug zutrifft, bei dem an einem Verbindungsbauteil zwischen der aufgehängten Struktur des Fahrzeugs und dem Rad in dem Fall einer Beschleunigung, von Bremsen oder Lenken eine Last erfasst werden kann.
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Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet „Verbindungsbauteil“ ein beliebiges Bauteil (Arm, Gelenk, Stange, Hebel, Nabenträger usw.), das die aufgehängte Struktur des Fahrzeugs mit der Radnabe verbindet und die auftretenden Kräfte überträgt.
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Die in 2 gezeigte Aufhängung 1 weist einen Nabenträger 2 auf, an dem die Nabe eines Rads (nicht gezeigt) befestigt sein kann, der ein oberes Ende 2a und ein unteres Ende 2b aufweist.
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Die Aufhängung 1 weist ferner eine Feder-Stoßdämpfer-Einheit 3 mit einem Stoßdämpfer 4 und einer Feder 5 auf. Die Feder-Stoßdämpfer-Einheit 3 weist ein unteres Ende 3a, das starr mit dem oberen Ende 2a des Nabenträgers 2 verbunden ist, und ein oberes Ende 3b auf, das angepasst ist, um mit einer aufgehängten Struktur S des Fahrzeugs verbunden zu sein.
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Die Aufhängung 1 weist ferner einen Dreipunkt-Aufhängungsarm 6 mit Gabelform auf, der in etwa quer zu der Längs- (und Lauf-) Richtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Aufhängungsarm 6 weist ein äußeres Ende 6a auf, das durch ein kugelförmiges Gelenk mit dem unteren Ende 2b des Nabenträgers 2 verbunden ist, und mit zwei inneren Enden 6b (entsprechend den beiden Armen des Aufhängungsarms), die geeignet sind, um mittels eines Gelenks mit der aufgehängten Struktur S des Fahrzeugs verbunden zu sein. In 2 ist bei 7 ein Kugelgelenk angezeigt, das in einer Auflage platziert ist, die an dem äußeren Ende 6a des Aufhängungsarms vorhanden ist, und sind bei 8 Silent-Block- bzw. Gummilager-Hülsen angezeigt, die in jeweiligen Auflagen angeordnet sind, die in den inneren Enden 6b des Aufhängungsarms gebildet sind.
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Zumindest eine lastreaktive Vorrichtung befindet sich an dem Aufhängungsarm 6 und/oder an dem Gelenk des äußeren Endes des Aufhängungsarms und/oder an den Gelenken der inneren Enden des Aufhängungsarms und/oder an dem Nabenträger. Eine derartige lastreaktive Vorrichtung ist in der Lage, ansprechend auf eine Last, die auf den Aufhängungsarm 6 ausgeübt wird, eine Ausgabe zu erzeugen.
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Bei dem Beispiel in 2 ist die lastreaktive Vorrichtung als ein Sensor ausgebildet, der in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf den Aufhängungsarm 6 ausgeübt wird, ein Ausgangssignal zu erzeugen. Insbesondere sind zwei Sensoren 10 dargestellt, die an den jeweiligen Armen des Aufhängungsarms 6 positioniert sind, außerdem zwei Sensoren 20, die zwischen den jeweiligen Gummilager-Hülsen 8 und den jeweiligen Auflagen positioniert sind, die die Gummilager-Hülsen unterbringen, sowie ein Sensor 30, der zwischen dem Kugelgelenk 7 und der Auflage positioniert ist, die das Kugelgelenk 7 unterbringt, das an dem äußeren Ende 6a des Aufhängungsarms 6 vorhanden ist.
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Die Sensoren 10, 20 und 30 ermöglichen außerdem eine individuelle Erfassung der Lasten, denen der Aufhängungsarm 6 unterworfen ist, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, beschleunigt/bremst. Bei geeigneter Positionierung ermöglichen die Sensoren außerdem eine Unterscheidung zwischen Lasten aufgrund von Beschleunigung und Lasten aufgrund von Bremsen.
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Die Sensoren 10, 20, 30 können Dehnungssensoren, Drucksensoren oder Verschiebungssensoren oder ein beliebiger anderer Typ Sensor sein, der angepasst ist, um die Lasten zu erfassen, denen der Arm unterworfen ist.
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Die Sensoren 10, 20, 30 sind wirksam mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die ausgebildet ist, um das durch die Sensoren 10, 20, 30 erzeugte Ausgangssignal zu empfangen, und können ausgebildet sein, um die Bewegung des Fahrzeugs basierend auf einem derartigen Ausgangssignal einzustellen.
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Alternativ oder in Kombination kann die Steuereinheit 40 ausgebildet sein, um den Zähigkeitsdämpfungskoeffizienten des Stoßdämpfers 4 einzustellen, oder ein Ventil V zu steuern, um den Durchlaufquerschnitt von Fluid, das in dem Stoßdämpfer beinhaltet ist, basierend auf dem Ausgangssignal des Sensoren 10, 20, 30 einzustellen.
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Alternativ oder in Kombination kann die Steuereinheit 40 ausgebildet sein, um einen Fluidrollsteuerzylinder (nicht gezeigt) zu steuern, der zwischen dem Nabenträger und dem Stoßdämpfer und/oder dem Federelement platziert ist, oder um ein Aktivaufhängungsbetätigungselement (nicht gezeigt) basierend auf dem Ausgangssignal zu steuern.
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Die Ausgangssignale aus den Sensoren 10, 20, 30 können mit denjenigen von anderen Sensoren kombiniert werden, die an dem Fahrzeug platziert sind, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Beispielsweise könnte ein nützlicher Sensor ein Thermometer und/oder ein Hygrometer sein, um den Reifenreibungskoeffizienten zu schätzen.
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Bezug nehmend auf 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das nicht gemäß der Erfindung ist. Die gleichen Bezugszeichen wurden Elementen zugewiesen, die denjenigen bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel entsprechen. Diese Elemente werden nicht weiter beschrieben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3 ist die lastreaktive Vorrichtung als ein Fluidzylinder 50 (bei dem Beispiel zwei Zylinder, die an den Armen des Aufhängungsarms 6 positioniert sind) ausgebildet, der in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf den Aufhängungsarm 6 ausgeübt wird, einen Fluiddruck zu erzeugen (z. B. durch Kompression der Zylinder). Ein Rollsteuerbetätigungselement oder -zylinder 60, das/der fluidisch mit dem Fluidzylinder 50 verbunden ist, ist zwischen dem Nabenträger 2 und der Feder-Stoßdämpfer-Einheit 3 angeordnet, um die Höhe der Feder-Stoßdämpfer-Einheit 3 ansprechend auf den Fluiddruck einzustellen, der durch den Fluidzylinder 50 erzeugt wird. Ein Druckvervielfältiger 70 kann zwischen dem Fluidzylinder 50 und dem Rollsteuerzylinder 60 eingebaut sein.
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Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) kann anstelle der Feder-Stoßdämpfer-Einheit auch nur eine Feder oder nur ein Stoßdämpfer verwendet werden.
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Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) kann anstelle des Fluidzylinders ein anderer Typ von Fluidvorrichtung vorgesehen und in dem Bereich des Gelenks oder der Gummilager-Hülsen oder in einem beliebigen Bereich der Verbindungsbauteile positioniert sein, die eine beliebige Ausbildung (z. B. Membran oder verformbare Wand) aufweisen kann, um so einen Fluidauslass/Einlass zu erzeugen, der einer Last folgt, die auf das Verbindungsbauteil selbst ausgeübt wird.
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Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, werden die Fluidzylinder 50 komprimiert, was das Fluid, das in demselben beinhaltet ist, an den Druckvervielfältiger 70 sendet, der wiederum dasselbe in den Rollsteuerzylinder 60 sendet, der zwischen dem Nabenträger 2 und der Feder-Stoßdämpfer-Einheit 3 platziert ist.
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Ein Flussmesssensor (nicht gezeigt) kann zwischen dem Zylinder 50 und dem Zylinder 60 positioniert sein. Ein solcher Flussmesssensor ist wirksam mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden, die ausgebildet ist, um das Ausgangssignal zu empfangen, das durch den Sensor erzeugt wird, und ausgebildet sein kann, um die Bewegung des Fahrzeugs basierend auf einem derartigen Ausgangssignal einzustellen, mit möglicher Hilfe eines Temperatur- und/oder Feuchtigkeitssensor.
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Alternativ oder in Kombination kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um basierend auf dem Ausgangssignal des Flussmesssensors den Zähigkeitsdämpfungskoeffizienten des Stoßdämpfers 4 einzustellen und/oder ein Aktivaufhängungsbetätigungselement (nicht gezeigt) zu steuern.
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Die Steuerung, die durch das oben beschriebene System implementiert ist, kann mit der Steuerung kombiniert werden, die mittels Sensoren implementiert ist, die an dem Fahrzeug positioniert sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) könnte zwischen dem Nabenträger und der Feder-Stoßdämpfer-Einheit, der Feder oder dem Stoßdämpfer ein Rollsteuerzylinder vorgesehen sein, der mit einem Fluidreservoir desselben verbunden ist, und könnte dieser Zylinder durch eine Steuereinheit auf der Basis von Signalen gesteuert werden, die durch Sensoren geliefert werden, die an einem oder mehreren Verbindungsbauteilen der Aufhängung angeordnet sind.
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Bezug nehmend auf 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die gleichen Bezugszeichen wurden Elementen zugewiesen, die denjenigen der vorherigen Ausführungsbeispiele entsprechen. Diese Elemente werden nicht weiter beschrieben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 4 ist die lastreaktive Vorrichtung als ein Fluidzylinder 50 ausgebildet (bei dem Beispiel zwei Zylinder, die an den Armen des Aufhängungsarm 6 positioniert sind, oder alternativ eine Fluidvorrichtung 50, die in dem gemeinsamen Bereich angeordnet ist, oder alternativ eine Fluidvorrichtung 50, die in dem Bereich der Gummilager-Hülsen angeordnet ist), der in der Lage ist, ansprechend auf eine Last, die auf den Aufhängungsarm 6 ausgeübt wird, einen Fluiddruck zu erzeugen (z. B. durch Komprimierung der Zylinder). Der Stoßdämpfer kann seine Steifigkeit durch ein Einstellventil V mit variierender Größe der Durchlaufquerschnitte von Fluid, das in den Feldern beinhaltet ist, variieren. Dieses Ventil wiederum wird durch den Druck des Fluids der lastreaktiven Vorrichtung 50 gesteuert.
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Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) kann anstelle des Fluidzylinders ein weiterer Typ Fluidvorrichtung in dem Bereich der Verbindungsbauteile positioniert sein, die eine beliebige Konfiguration (beispielsweise Membran oder verformbare Wand) aufweisen können, um so einen Fluidauslass/Einlass zu erzeugen, der einer Last folgt, die auf das Verbindungsbauteil ausgeübt wird.
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Bezug nehmend auf die 5 und 6 ist insbesondere eine Fluidvorrichtung 50 sichtbar, die an dem Kugelgelenk 7 angeordnet ist. Das Kugelgelenk weist herkömmlicherweise einen Kugelschaft 7a zum Verbinden mit dem Nabenträger 2, einen Kugelgelenkkörper 7b und ein Kunststofflager 7c auf, das zwischen dem Kugelschaft 7a und dem Kugelgelenkkörper 7b angeordnet ist. Das Kugelgelenk weist außerdem einen Träger 7d aus einem Elastomermaterial auf, der mit einem Anker 7e versehen ist, der aus einem Metallmaterial hergestellt ist, durch den der Körper 7b des Kugelgelenks mit dem Ende 6a des Aufhängungsarms 6 verbunden ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Fluidvorrichtung 50 als Paar von Kammern in dem Träger 7d hergestellt, der aus einem Elastomermaterial hergestellt ist, und ist mit Fluid gefüllt. Die Kammern der Fluidvorrichtung 50 sind fluidisch mittels kleiner Verbindungsröhren 51 mit dem Einstellventil V verbunden.
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Wenn das Fahrzeug um die Kurve fährt, werden die Fluidvorrichtung 50 komprimiert, was das Fluid, das in demselben beinhaltet ist, an das Einstellventil V sendet, das die Steifigkeit des Stoßdämpfers einstellt.
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Ein Flussmesssensor (nicht gezeigt) kann zwischen dem Zylinder 50 und dem Einstellventil des Stoßdämpfers positioniert sein. Der Flussmesssensor ist wirksam mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden, die ausgebildet ist, um das durch den Sensor erzeugte Ausgangssignal zu empfangen, und ausgebildet sein kann, um die Bewegung des Fahrzeugs auf der Basis dieses Ausgangssignals einzustellen, mit der möglichen Hilfe eines Temperatur- und/oder Feuchtigkeitssensors.
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Alternativ oder in Kombination damit kann die Steuereinheit (nicht gezeigt) ausgebildet sein, um basierend auf dem Ausgangssignal des Flussmesssensors den Zähigkeitsdämpfungskoeffizienten des Stoßdämpfers 4 einzustellen und/oder ein Aktivaufhängungsbetätigungselement (nicht gezeigt) zu steuern.
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Die durch das oben beschriebene System ausgeführte Steuerung kann mit derjenigen kombiniert werden, die mittels Sensoren ausgeführt wird, die sich an dem Fahrzeug befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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