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 Schwingungsdämpfers

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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.
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.
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.
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