DE4041407C2 - Einrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem Zylinder eines Schwingungsdämpfers - Google Patents
Einrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem Zylinder eines SchwingungsdämpfersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung
der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und
dem Zylinder eines Schwingungsdämpfers nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Schwingungsdämpfer werden in Verbindung mit
Aufhängungssystemen von Kraftfahrzeugen verwendet, um unerwünschte
Vibrationen zu absorbieren, die während des Fahrens
auftreten. Um diese unerwünschten Vibrationen zu absorbieren,
werden üblicherweise Dämpfer zwischen den gefederten
Massen (Karosserie) und den ungefederten Massen (Räder) des
Kraftfahrzeugs angeordnet. Im Dämpfer ist ein Kolben vorgesehen,
der üblicherweise über eine Kolbenstange mit der
Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Da die Ventile
und Öffnungen des Kolbens den Durchtritt des Dämpfungsmittels
innerhalb der Arbeitskammer des Dämpfers einschränken,
wenn der Dämpfer komprimiert wird, ist dieser in der Lage,
eine Dämpfungskraft zu erzeugen, die der Bewegung des Rades
und/oder der Karosserie entgegenwirkt, die sonst ungedämpft
bleiben würde. Je größer das Ausmaß ist, um das der Durchfluß
des Dämpfungsmittels innerhalb der Arbeitskammer durch
den Kolben eingeschränkt wird, desto größer sind die vom
Dämpfer erzeugten Dämpfungskräfte.
Bei der Auswahl des Dämpfungsgrades, den ein Dämpfer zur
Verfügung stellen soll, werden oft drei Betriebseigenschaften
des Fahrzeugs berücksichtigt: Der Fahrkomfort, die
Handhabung des Fahrzeugs und die Haltefähigkeit des Fahrzeuges
auf der Straße. Der Fahrkomfort ist oft eine Funktion
der Federkonstanten der Hauptaufhängungsfedern des Fahrzeugs
sowie der Federkonstanten der Sitze, Reifen und Dämpfer. Die
Fahrzeughandhabung ist u. a. von einer Änderung der Lage der
Karosserie (Rollen, Nicken und Gieren) abhängig. Für eine
optimale Fahrzeughandhabung sind relativ große Dämpfungskräfte
erforderlich, um eine übermäßig schnelle Änderung der
Lage der Karosserie während des Fahrens um eine Kurve, der
Beschleunigung und der Verzögerung zu vermeiden. Das
Straßenhaltevermögen ist normalerweise eine Funktion der
Änderungsgröße der normalen Belastung zwischen den Reifen
und dem Boden. Um das Straßenhaltevermögen zu optimieren,
werden größere Dämpfungskräfte benötigt, wenn man auf unregelmäßigen
Oberflächen fährt, um die normalen Laständerungen
zu minimieren und einen vollständigen Kontaktverlust
zwischen den Rädern und dem Boden zu verhindern.
Um den Fahrkomfort, die Fahrzeughandhabung und das Straßenhaltevermögen
zu optimieren, ist es allgemein wünschenswert,
daß die vom Dämpfer erzeugten Dämpfungskräfte auf die
Frequenz der von der Straße oder von der Karosserie kommenden
Einwirkungen ansprechen. Wenn die Eingangsfrequenz etwa
der natürlichen Frequenz der Karosserie entspricht (d. h.
etwa zwischen 1-2 Hz liegt), ist es allgemein wünschenswert,
daß der Dämpfer relativ große Dämpfungskräfte (relativ zur
kritischen Dämpfung) liefert, um eine übermäßig schnelle
Änderung der Lage des Fahrzeugs während des Fahrens um eine
Kurve, der Beschleunigung und Verzögerung zu vermeiden. Wenn
die Eingangsfrequenz zwischen 2-10 Hz, wie in den meisten
Fällen von der Straße, liegt, ist es allgemein wünschenswert,
daß der Dämpfer ein niedriges Dämpfungsniveau liefert,
um ein weiches Fahren zu ermöglichen und zu erreichen, so daß
die Räder den Änderungen in der Straßenhöhe folgen. Wenn die
Eingangsfrequenz von der Straße etwa der natürlichen
Frequenz der Fahrzeugaufhängung entspricht (d. h. etwa 10-
15 Hz beträgt), ist es einerseits wünschenswert, relativ
niedrige Dämpfungskräfte zu erhalten, um ein weiches Fahren
zu ermöglichen, und andererseits wünschenswert, hohe
Dämpfungskräfte zur Verfügung zu stellen, um Änderungen in
der Reifennormallast zu minimieren und einen vollständigen
Kontaktverlust zwischen den Rädern und dem Boden zu verhindern.
Es sind verschiedenartige Verfahren zum wahlweisen Verändern
der Dämpfungseigenschaften eines Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit
von einer Eingangsfrequenz von der Straße bekannt. In der
OS 49 23 038 ist ein derartiges Verfahren
beschrieben. Die zur Durchführung des Verfahrens
verwendete Vorrichtung umfaßt einen Zylinder, der eine
Arbeitskammer mit einem ersten und einem zweiten Raum
bildet, welche ein Dämpfungsmittel speichern. Die Vorrichtung
besitzt des weiteren ein erstes Ventil zum Steuern
des Durchflusses des Dämpfungsmittels zwischen dem ersten
und zweiten Raum der Arbeitskammer während der Druckstufe
der Vorrichtung. Darüber hinaus weist die Vorrichtung
eine Druckkammer auf, die in Strömungsmittelverbindung
mit dem ersten Raum der Arbeitskammer und dem
ersten Ventil steht. Ein Magnetventil ist ebenfalls vorgesehen,
um den Durchfluß des Dämpfungsmittels zwischen der Druckkammer
und dem zweiten Raum der Arbeitskammer zu regulieren.
Ein zweites Ventil dient zur Steuerung des Durchflusses
des Dämpfungsmittels zwischen dem ersten und zweiten
Raum der Arbeitskammer während der Zugstufe der Vorrichtung.
Wenn solche Methoden zum Verändern der Dämpfungseigenschaften
eines Dämpfers verwendet werden, benötigen sie oft Informationen,
die die Bewegung des Kolbens innerhalb des
Zylinders des Dämpfers betreffen. Diese Informationen
identifizieren nicht nur, ob sich der Dämpfer in der
Zug- oder Druckstufe befindet, sondern können auch
Einzelheiten über die Größe und die Frequenz der Aufhängungsbewegung
liefern.
Zum Erhalten von derartigen Informationen, die die Bewegung
des Kolbens innerhalb des Zylinders betreffen, sind
diverse Vorgehensweisen bekannt. In US 4 923 038
finden ein Drucksensor sowie
ein Beschleunigungsmesser Verwendung, um zu bestimmen, ob
sich der Dämpfer in der Zug- oder Druckstufe
befindet, sowie um die Straßenoberfläche betreffende Informationen
zu erhalten. In der DE 36 20 957 A1 und der DE-
87 02 817 U1 sind Vorrichtungen beschrieben,
bei denen Systeme Anwendung finden, die von
Ultraschallwellen Gebrauch machen, um die Positionsverschiebung
zu ermitteln. Diese Informationen über die Positionsverschiebung
werden durch Bestimmung der Zeitdauer erhalten,
die zwischen der Übertragung einer Ultraschallwelle
und dem Empfang ihrer reflektierten Echowelle verstreicht.
Bei beiden Veröffentlichungen findet ein einziger Wandler
Verwendung, der die gepulsten Ultraschallwellen abgibt und
empfängt. Durch die Verwendung eines einzigen Wandlers
(Schallgebers und Aufnehmers) wird jedoch der Einbau einer
teuren Ultraschallwellenmodulations- und Eichschaltung erforderlich,
um eine kohärente Wellenerfassung sicherzustellen.
Darüber hinaus ist der Wandler bei der
gattungsbildenden DE 87 02 817 U1 so montiert, daß der Kolben die Ultraschallwellen
reflektiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum
Erfassen der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem
Zylinder eines Schwingungsdämpfers
zur Verfügung zu stellen, mit der die
Signalverarbeitung vereinfacht, die Auswertung verbessert und
der Anschluß des Wandlers günstiger gestaltet wird.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Wandler besteht aus einem Schallgeber
und einem Schallaufnehmer, die also jeweils für sich getrennt
vorgesehen sind, so daß sich die Signalverarbeitung
vereinfacht. Bei Anordnung des Wandlers am Kolben erfolgt
der Anschluß über eine Mittelbohrung in der Kolbenstange,
so daß es keiner druckdichten Durchführung im Zylinder bedarf.
Infolge der Auftrennung des Wandlers in den Schallgeber
und Schallaufnehmer ist es möglich, daß der Schallgeber
die Schallwellen kontinuierlich aussendet. Dies ist
für eine einfache, aber auch sehr schnelle Auswertung der
reflektierten Schallwellen vorteilhaft, so daß sich die
Geschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem Zylinder in
Echtzeit erfassen läßt.
Durch Nutzung der Frequenzdifferenz zwischen den abgegebenen
Ultraschallwellen und den reflektierten Ultraschallwellen
kann die Relativgeschwindigkeit des Kolbens in bezug auf das
Zylinderende auf der Basis des Doppler-Prinzips unter Verwendung
eines Computers errechnet werden, wie nachfolgend
beschrieben. Daher kann eine kontinuierliche Bestimmung der
Relativgeschwindigkeit durchgeführt werden, was von einer
Kolbensteuerschaltung zum Steuern der Dämpfungskräfte des
Dämpfers genutzt wird. Die Bestimmung der Relativgeschwindigkeit
kann auch zum Erfassen der Bewegungsrichtung
des Kolbens eingesetzt werden.
Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein
Zweirohrdämpfer Verwendung findet, ist die vorliegende Erfindung
auch ohne weiteres bei Einrohrdämpfern, Federbeinen
und anderen hydraulischen Betätigungseinheiten, die bei
Kraftfahrzeugen Verwendung finden, anwendbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs
mit Schwingungsdämpfern,
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise
im Schnitt, eines in Fig. 1 gezeigten
direkt wirkenden Schwingungsdämpfers
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch Fig. 2,
der die Relativlage und Funktionsweise
der in Fig. 2 dargestellten Ultraschallwandler
zeigt; und
Fig. 4 ein Blockdiagramm der elektrischen Bauteile,
die zum Betrieb der in Fig. 2
gezeigten Wandler sowie zum Verändern
der Dämpfungseigenschaften des Dämpfers
verwendet werden.
Fig. 1 zeigt vier Schwingungsdämpfer 20 für ein
Kraftfahrzeug 22. Das Kraftfahrzeug 22 besitzt eine
hintere Aufhängung 24 mit einer
Hinterachse 26, die die Hinterräder 28 des Kraftfahrzeugs 22
trägt. Die Hinterachse 26 ist über ein Paar von Dämpfern 20
sowie über Schraubenfedern 30 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs
22 verbunden. In entsprechender Weise besitzt das
Kraftfahrzeug 22 ein vorderes Aufhängungssystem 32 mit einer
Vorderachse 34, die die Vorderräder
36 trägt. Die Vorderachse 34 ist über ein zweites Paar
von Dämpfern 20 und Schraubenfedern 38 mit der Karosserie
des Kraftfahrzeugs 22 verbunden. Die Dämpfer 20 dienen
dazu, die Relativbewegung der ungefederten Abschnitte (d. h.
der vorderen und hinteren Aufhängung 32 und 24) und des
gefederten Abschnittes (d. h. der Karosserie 39) des
Kraftfahrzeuges 22 zu dämpfen. Obwohl das Kraftfahrzeug 22
als Personenwagen gezeigt ist, können die Dämpfer 20 auch
bei anderen Kraftfahrzeugtypen Verwendung finden.
Fig. 2 zeigt einen Dämpfer 20 gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Dämpfer 20
besitzt einen länglichen rohrförmigen Zylinder 40, der
einen ein Dämpfungsmittel enthaltenden Innenraum 42 bildet.
In diesem ist ein hin- und herbeweglicher
Kolben 44 angeordnet, der an einem Ende einer
axial verlaufenden Kolbenstange 46 befestigt ist. Der Kolben
44 besitzt eine Umfangsnut 48, die einen Kolbenring 50 haltert,
wie dies bekannt ist. Der Kolbenring 50 dient dazu,
während der Bewegung des Kolbens 44 einen Dämpfungsmitteldurchtritt
zwischen dem Außenumfang des Kolbens 44 und dem
Innenumfang des Zylinders 40 zu verhindern. Ein Bodenventil 52
ist im
unteren Ende des Zylinders 40 angeordnet und wird zum
Steuern des Durchtritts des Dämpfungsmittels zwischen dem
Innenraum 42 und einem ringförmigen Strömungsmittelspeicher
54 verwendet. Der ringförmige Strömungsmittelspeicher
54 wird durch den Raum zwischen dem Außenumfang des
Zylinders 40 und dem Innenumfang eines Speicherrohres oder
Zylinders 56 gebildet, das bzw. der mittig um die Außenseite
des Zylinders 40 herum angeordnet ist. Das Bodenventil
52 kann von einer Bauart sein, wie sie in der US-PS 37 71 626
beschrieben ist. Diese Veröffentlichung wird hiermit in
die vorliegende Offenbarung aufgenommen. Des weiteren besitzt
das Bodenventil 52 eine stufenförmige obere Ausbildung
mit einer ersten Reflexionsfläche 51 und einer zweiten Reflexionsfläche 53,
die im Detail hiernach beschrieben werden. Es versteht sich,
daß die vorliegende Erfindung auch bei hydraulischen Betätigungseinheiten
Anwendung findet, die ohne Bodenventile,
Rückschlagventile o. ä. arbeiten.
Die oberen und unteren Enden der Dämpfer 20 sind mit allgemein
becherförmigen oberen und unteren Endkappen 58 und 60
versehen. Die Endkappen 58 und 60 sind über geeignete Mittel,
beispielsweise durch Schweißen, an den gegenüberliegenden
Enden des Speicherrohres 56 befestigt. Die Dämpfer 20
sind mit einer Schutzhaube 62 versehen, die mit ihrem oberen
Ende am oberen Ende der Kolbenstange 46 befestigt ist. Geeignete
Endfittings 64 sind am oberen Ende der Kolbenstange
46 und an der unteren Endkappe 60 befestigt, um die Dämpfer
20 zwischen der Karosserie und der Achse des Kraftfahrzeuges
22 zu fixieren. Es ist für den Fachmann klar, daß
durch eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 44 Dämpfungsmittel
im Zylinder 40 zwischen dem oberen Ringraum und unteren
Zylinderraum und zwischen dem Innenraum
42 und dem Strömungsmittelspeicher 54 übertragen wird. Durch
Steuern des Durchtritts des Dämpfungsmittels zwischen dem
oberen und unteren Abschnitt des Innenraums 42 sind die
Dämpfer 20 in der Lage, die Relativbewegung zwischen der
Karosserie und einem Rad des Kraftfahrzeugs 22 in gesteuerter
Weise zu dämpfen.
Der Kolben 44 ist mit einer Ventilanordnung (nicht gezeigt)
zum gesteuerten Dosieren des Durchtritts des Dämpfungsmittels
zwischen dem Ringraum und dem Zylinderraum
während der Hin- und Herbewegung des Kolbens versehen.
Eine solche Ventilanordnung ist in US 4 923 038
beschrieben, auf die hiermit Bezug
genommen wird. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende
Erfindung auch in Verbindung mit anderen geeigneten Ventilanordnungen
sowie anderen geeigneten Dämpfungsvorrichtungen
Anwendung finden kann.
Erfindungsgemäß umfaßt der Dämpfer 20 des weiteren einen
Schallgeber 66 und einen Aufnehmer 68, die beide an der
Fläche des Kolbens 44 gegenüber der Kolbenstange 46 befestigt
sind. Der Schallgeber 66 erzeugt Ultraschallwellen
mit einer vorgegebenen Frequenz f₁ in Richtung der Endwand
des Zylinders 40, die zum Schallgeber und Aufnehmer hinweist
und an der das Bodenventil 52 befestigt ist. Bei dem
Schallgeber 66 kann es sich um eine piezoelektrische oder
magnetorestriktive Vorrichtung handeln. Andere geeignete
Vorrichtungen können jedoch ebenfalls Verwendung finden.
Wenn die vom Schallgeber 66 abgegebenen Ultraschallwellen
auf das Bodenventil 52 treffen, werden sie in einer Richtung
auf den Aufnehmer 68 zu reflektiert. Der Aufnehmer 68 dient
dazu, die Ultraschallwellen einer Frequenz F₂, die vom
Bodenventil 52 reflektiert wurden, zu empfangen und in Abhängigkeit
davon ein Ausgangssignal zu erzeugen. Auch der
Aufnehmer 68 bzw. Empfänger kann eine piezoelektrische oder
magnetorestriktive Vorrichtung sein. Es können jedoch auch
andere geeignete Vorrichtungen Verwendung finden. Für die
nachfolgende Erläuterung werden die vom Schallgeber 66 erzeugten
Ultraschallwellen als abgegebene Ultraschallwellen
bezeichnet, während die vom Bodenventil 52 zum Aufnehmer 69
reflektierten Ultraschallwellen als reflektierte Ultraschallwellen
bezeichnet werden.
Das Bodenventil 52 ist mit einer ersten Reflexionsfläche 51 versehen,
die in Axialrichtung um einen vorgegebenen Abstand
über einer zweiten Reflexionsfläche 53 senkrecht zur Achse des
Zylinders 40 liegt. Dieser vorgegebene axiale Abstand
zwischen den Reflexionsflächen 51 und 53 bildet eine Einrichtung
zum Kompensieren von Änderungen in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Wellen durch das Dämpfungsmittel aufgrund
von Temperatur- und Druckauswirkungen auf die Viskosität des
Strömungsmittels. Die Reflexionsflächen 51 und 53 erzeugen eine
getrennte reflektierte Welle und Echowelle, die beide vom
Aufnehmer 68 empfangen werden. Die Echowelle läuft hinter
der reflektierten Welle her und wird nach dem Empfang der
reflektierten Welle vom Aufnehmer 68 empfangen. Die Beziehung
zwischen dem vorgegebenen axialen Abstand und der
Zeit zwischen dem Empfang der reflektierten Welle und der
Echowelle ermöglicht Einstellungen zur Kompensation von
Viskositätsänderungen des Strömungsmittels. Obwohl bei der
bevorzugten Ausführungsform ein Zweirohrdämpfer mit einem
Bodenventil Verwendung findet, liegt im Rahmen der Erfindung
jeder beliebige hydraulische Dämpfer, der mit einer
abgestuften Endplatte oder einer abgestuften Endfläche
versehen ist, welche in einer zueinander ausgerichteten
Weise dem Schallgeber 66 und Aufnehmer 68 gegenüberliegen.
Wenn der Kolben 44 relativ zum Bodenventil 52 stationär ist,
besitzen die reflektierten Ultraschallwellen die gleiche
Frequenz wie die abgegebenen Ultraschallwellen. Wenn sich
der Kolben 44 jedoch in einer Richtung zum Zylinderende hin,
an dem das Bodenventil 52 befestigt ist, bewegt, liegt
die Frequenz der reflektierten Ultraschallwellen über der
Frequenz der abgegebenen Ultraschallwellen. Wenn sich der
Kolben 44 im Gegensatz dazu in einer Richtung vom Zylinderende,
an dem das Bodenventil 52 angeordnet ist, weg bewegt,
besitzen die reflektierten Ultraschallwellen eine geringere
Frequenz als die abgegebenen Ultraschallwellen. Dieses
Phänomen wird als Doppler-Effekt bezeichnet.
Unter Ausnutzung des Doppler-Effektes kann die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Kolben 44 und einer gegenüberliegenden
distalen Endfläche des Zylinders 40, wie der
vom Bodenventil 52 vorgegebenen Reflexionsfläche, bestimmt
werden. Dabei kann die Geschwindigkeit des Kolbens 44
relativ zur Endfläche des Zylinders 40 nach einer der
folgenden Gleichungen errechnet werden:
worin bedeuten:
f₁ = Frequenz der vom Schallgeber 66 erzeugten abgegebenen Ultraschallwellen,
f₂ = Frequenz der vom Aufnehmer 68 empfangenen reflektierten Ultraschallwellen,
fb = "Schlagfrequenz" definiert als f₂-f₁,
v = Relativgeschwindigkeit zwischen Kolben 44 und einer Zylinderendfläche (Basisventil 52),
c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im Dämpfungsmittel.
f₁ = Frequenz der vom Schallgeber 66 erzeugten abgegebenen Ultraschallwellen,
f₂ = Frequenz der vom Aufnehmer 68 empfangenen reflektierten Ultraschallwellen,
fb = "Schlagfrequenz" definiert als f₂-f₁,
v = Relativgeschwindigkeit zwischen Kolben 44 und einer Zylinderendfläche (Basisventil 52),
c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im Dämpfungsmittel.
Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen
hängt zum großen Teil von den
Eigenschaften des Dämpfungsmediums ab, durch das sich die
Wellen fortpflanzen. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein hydraulisches Dämpfungsmittel
als Dämpfungsmedium Verwendung findet, ist die Erfindung
naturgemäß auch für eine Vielzahl von anderen
Strömungsmitteln geeignet.
Als Einrichtung zum Betreiben des Schallgebers 66 ist eine
Einrichtung 72 vorgesehen, die
an den Schallgeber 66 elektrisch angeschlossen
ist, so daß der Schallgeber 66 Ultraschallwellen einer
vorgegebenen Frequenz f₁ erzeugen kann. Die Einrichtung
72 bewirkt vorzugsweise, daß die vom Schallgeber
66 erzeugten Ultraschallwellen eine kontinuierliche
Form besitzen, so daß wirksame und kontinuierliche Realzeit-
Bestimmungen der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben
44 und dem Bodenventil 52 möglich sind. Bei der Einrichtung
72 kann es sich um einen Oszillator handeln.
Es können jedoch auch andere Arten von Wellenerzeugungsschaltungen
Anwendung finden, wie beispielsweise
Impulswellengeneratoren.
Als Einrichtung zum Messen der Änderung der Frequenz
zwischen den reflektierten Ultraschallwellen und den abgegebenen
Ultraschallwellen umfaßt der Dämpfer 20 des weiteren
eine Meßeinrichtung 80. Wie in Fig. 4 gezeigt,
empfängt die Meßeinrichtung 80 die
Signale von der Einrichtung 72 sowie vom Aufnehmer
68 und ermittelt die
Frequenzänderung, indem sie die Ausgangssignale der
Einrichtung 72 und vom Schallaufnehmer 68 addiert
bzw. "überlagert". Die Überlagerung der Ausgangssignale entsprechend
den abgegebenen Ultraschallwellen und den reflektierten
Ultraschallwellen stellt ein Frequenzermittlungsverfahren
dar, das in Doppler-Radar-Systemen üblich ist. Wie
Gleichung (2) zeigt, ist die überlagerte Schlagfrequenz fb
linear proportional zur Relativgeschwindigkeit v des Kolbens,
so daß eine kontinuierliche Ermittlung von Änderungen
in der Relativbewegung zwischen dem Zylinder 40 und dem
Kolben 44 möglich ist. Es versteht sich jedoch, daß auch
jede andere geeignete Einrichtung zum Messen der Differenz
zwischen der Frequenz der reflektierten Ultraschallwellen
und der abgegebenen Ultraschallwellen verwendet werden kann.
Nach der Bestimmung der Schlagfrequenz wird die Relativgeschwindigkeit
des Kolbens 44 zum Bodenventil 52 in der vorstehend
beschriebenen Weise errechnet. Als Einrichtung zum
Errechnen der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben 44
und dem Zylinder 40 wird ein elektronischer Prozessor
(Computer) 90 verwendet. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform
benutzt der Computer 90 die Ausgangssignale der
Meßeinrichtung 80, um die Relativgeschwindigkeit
des Kolbens 44 zum Bodenventil 52 zu ermitteln. Nachdem
der Computer 90 diese Relativgeschwindigkeit ermittelt
hat, erzeugt er in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsberechnung
ein Ausgangssignal, das bei verschiedenen Aufhängungssteuer-Algorithmen,
die als Eingangssignal die
Relativgeschwindigkeit benötigen, verwendet werden kann. Ein
derartiges Steuerschema besteht darin, den errechneten Geschwindigkeitswert
einer Kolbensteuerschaltung 100 zuzuführen.
Eine solche Kolbensteuerschaltung 100 verändert dann
die Dämpfungseigenschaften der Kolbenventile, um die gewünschten
Eigenschaften in bezug auf die Beherrschung der
Straße zu erhalten. Anstelle oder zusätzlich zu einer
Dämpfungssteuerung können derartige Relativgeschwindigkeitsbestimmungen
jedoch auch dazu eingesetzt werden, um
Informationen in bezug auf die Lage, Richtung und/oder
Kräfte zu liefern, welche zur Steuerung von aktiven oder
dynamischen Niveaureglern geeignet sind.
Die vorliegende Erfindung besitzt eine Einrichtung zum
Einstellen der Relativgeschwindigkeitsbestimmung v, um auf
diese Weise Frequenzänderungen durch die Temperaturviskosität
des Dämpfungsmediums zu kompensieren. Eine solche
Einstellung beinhaltet die periodische Berechnung des
momentanen Wertes der Fortpflanzungsgeschwindigkeit c der
Wellen unter Verwendung der Echowelle und der reflektierten
Welle, die durch die vorstehend erwähnten Reflexionsflächen erzeugt
werden.
Es versteht sich, daß mit der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
die eingangs genannte Aufgabe gelöst werden
kann. An der Erfindung können jedoch auch Änderungen vorgenommen
werden, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung
verlassen wird. Beispielsweise können die Meßeinrichtung
80, der Computer 90 und die Einrichtung
70 alle entweder innerhalb oder außerhalb
des Dämpfers vorgesehen sein. Wenn diese Bauteile außerhalb
des Dämpfers 20 vorgesehen sind, kann ein einziger Computer
90 Verwendung finden, um die Relativgeschwindigkeit zu errechnen
und irgendwelche Aufhängungsparameter (Niveau,
Dämpfung, Federverhalten etc.) für jeden Dämpfer in der
Aufhängung des Fahrzeuges zu steuern.
Auch liegen andere Einrichtungen zum Kompensieren von
Freqeuenzänderungen aufgrund von Temperatur- und Viskositätseffekten
des Dämpfungsmittels im Rahmen der Erfindung.
Solche alternativen Kompensationsmethoden können die Erfassung
von Temperaturänderungen des Strömungsmittels zum
Schätzen von Frequenzänderungen auf der Basis von bekannten
Eigenschaften des Dämpfungsmittels einschließen.
Claims (10)
1. Einrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Kolben und dem Zylinder eines zwischen
der gefederten und ungefederten Masse eines Fahrzeugs
angeordneten Schwingungsdämpfers mit
einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder (40), einem mit einer Kolbenstange (46) verbundenen Kolben (44), welcher im Zylinder (40) axial beweglich geführt ist und den Innenraum (42) in einem kolbenstangenseitigen Ringraum und einen kolbenstangenfernen Zylinderraum unterteilt, einem Wandler (66, 68) zur Aussendung von Schallwellen in den kolbenstangenfernen Zylinderraum und zum Empfang der reflektierten Schallwellen,
einer Einrichtung (72), welche dem Wandler (66, 68) Signale zur Erzeugung der Schallwellen zuführt,
einer im kolbenstangenfernen Zylinderraum angeordneten Einrichtung zur Reflexion der vom Wandler (66, 68) abgegebenen Schallwellen,
einer Meßeinrichtung (80), welcher die Signale der Einrichtung (72) und der vom Wandler (66, 68) empfangenen Schallwellen zugeführt werden und welche die Frequenzänderung zwischen den ausgesandten und den empfangenen Schallwellen ermittelt und in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal erzeugt, und
einer Einrichtung (90), welcher das Ausgangssignal der Meßeinrichtung (80) zugeführt wird und welche daraus die Relativgeschwindigkeit zwischen Kolben (44) und Zylinder (40) berechnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (66, 68) aus einem separaten Schallgeber (66) zur Aussendung von Schallwellen und einem separaten Schallaufnehmer (68) zum Empfang der reflektierten Schallwellen besteht,
beide gemeinsam an dem dem kolbenstangenfernen Zylinderraum zugekehrten Kolbenende angeordnet sind und die Einrichtung zur Reflexion der Schallwellen an dem dem Schallgeber (66) und -aufnehmer (68) gegenüberliegenden Zylinderende angeordnet ist.
einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Zylinder (40), einem mit einer Kolbenstange (46) verbundenen Kolben (44), welcher im Zylinder (40) axial beweglich geführt ist und den Innenraum (42) in einem kolbenstangenseitigen Ringraum und einen kolbenstangenfernen Zylinderraum unterteilt, einem Wandler (66, 68) zur Aussendung von Schallwellen in den kolbenstangenfernen Zylinderraum und zum Empfang der reflektierten Schallwellen,
einer Einrichtung (72), welche dem Wandler (66, 68) Signale zur Erzeugung der Schallwellen zuführt,
einer im kolbenstangenfernen Zylinderraum angeordneten Einrichtung zur Reflexion der vom Wandler (66, 68) abgegebenen Schallwellen,
einer Meßeinrichtung (80), welcher die Signale der Einrichtung (72) und der vom Wandler (66, 68) empfangenen Schallwellen zugeführt werden und welche die Frequenzänderung zwischen den ausgesandten und den empfangenen Schallwellen ermittelt und in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal erzeugt, und
einer Einrichtung (90), welcher das Ausgangssignal der Meßeinrichtung (80) zugeführt wird und welche daraus die Relativgeschwindigkeit zwischen Kolben (44) und Zylinder (40) berechnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (66, 68) aus einem separaten Schallgeber (66) zur Aussendung von Schallwellen und einem separaten Schallaufnehmer (68) zum Empfang der reflektierten Schallwellen besteht,
beide gemeinsam an dem dem kolbenstangenfernen Zylinderraum zugekehrten Kolbenende angeordnet sind und die Einrichtung zur Reflexion der Schallwellen an dem dem Schallgeber (66) und -aufnehmer (68) gegenüberliegenden Zylinderende angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuereinrichtung (100) vorgesehen ist, die
wahlweise mindestens einen Aufhängungsparameter in Abhängigkeit
von der Relativgeschwindigkeit des Kolbens (44) im Zylinder
verändert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz der vom Schallgeber (66) abgegebenen
Schallwellen im Ultraschallspektrum liegt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (72) zur Erzeugung der Schallwellen
über den Schallgeber (66) Ultraschallwellen aussendet,
die eine feste gesteuerte Frequenz besitzen.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schallgeber (66) und der Schallaufnehmer (68)
als piezoelektrische Wandler ausgebildet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schallgeber (66) und der Schallaufnehmer (68)
als magnetorestriktive Wandler ausgebildet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Reflexion der Schallwellen
ein Bodenventil (52) ist, das an dem Zylinderende befestigt
ist, das dem Schallgeber (66) und -aufnehmer (68) gegenüberliegt.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Reflexion der Schallwellen
durch das Zylinderende selbst gebildet wird, das dem
Schallgeber (66) und -aufnehmer (68) gegenüberliegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Reflexion der
Schallwellen eine stufenförmige Endfläche mit einer ersten
und zweiten Reflexionsfläche (51 und 53) zur Kompensation
von Viskositätsänderungen des Strömungsmittels aufweist,
wobei diese erste und zweite Reflexionsfläche (51 und 53)
um eine vorgegebene axiale Strecke senkrecht zur Achse des
Zylinders (40) gegeneinander verschoben sind, so daß der
Schallaufnehmer (68) von der ersten und zweiten Reflexionsfläche
(51 und 53) reflektierte Schallwellen empfängt,
um ein Bezugssignal zu erhalten.
10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (90) die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Kolben (44) und der festen Innenfläche
des Zylinders (40) nach einer der folgenden Gleichungen
ermittelt:
worin bedeuten:
f₁ = Frequenz der vom Ultraschallgeber abgegebenen Ultraschallwellen,
f₂ = Frequenz der vom Ultraschallempfänger empfangenen Ultraschallwellen,
fb = "Schlagfrequenz" definiert als f₂-f₁,
v = Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem festen Element,
c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen im Dämpfungsmittel.
f₁ = Frequenz der vom Ultraschallgeber abgegebenen Ultraschallwellen,
f₂ = Frequenz der vom Ultraschallempfänger empfangenen Ultraschallwellen,
fb = "Schlagfrequenz" definiert als f₂-f₁,
v = Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben und dem festen Element,
c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen im Dämpfungsmittel.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TENNECO AUTOMOTIVE INC., MONROE, MICH., US |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |