EP1520119A1 - Stossdämpfer und anordnung zur erfassung von stossdämpferbewegungen - Google Patents

Stossdämpfer und anordnung zur erfassung von stossdämpferbewegungen

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Publication number
EP1520119A1
EP1520119A1 EP03762554A EP03762554A EP1520119A1 EP 1520119 A1 EP1520119 A1 EP 1520119A1 EP 03762554 A EP03762554 A EP 03762554A EP 03762554 A EP03762554 A EP 03762554A EP 1520119 A1 EP1520119 A1 EP 1520119A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shock absorber
piston rod
encoder
outer housing
magnetic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03762554A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Lohberg
Klaus Rink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP1520119A1 publication Critical patent/EP1520119A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/019—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the type of sensor or the arrangement thereof
    • B60G17/01933—Velocity, e.g. relative velocity-displacement sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3292—Sensor arrangements
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    • B60G2400/252—Stroke; Height; Displacement vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G2401/17—Magnetic/Electromagnetic
    • B60G2401/172—Hall effect

Definitions

  • the invention relates to a shock absorber with a piston rod arranged displaceably in its longitudinal direction in an outer housing. It also relates to an arrangement for detecting shock absorber movements, in particular for such a shock absorber.
  • shock absorbers which usually comprise an outer housing and a piston rod arranged to be displaceable in its longitudinal direction therein, as well as associated arrangements for detecting shock absorber movements can generally be used in machine, plant or apparatus construction, but in particular also in automotive engineering.
  • shock absorber controls can also be used, which are used to stabilize and / or improve driving behavior, but also to use such information in intelligent electronic braking and / or steering control systems are provided.
  • individual shock absorbers can be assigned actuators with which the damping behavior of the respective shock absorber can be changed.
  • situation-dependent stabilization and / or improvement of the driving behavior of the respective motor vehicle can be brought about.
  • a targeted need- and situation-dependent Actual control of the respective actuators in particular with regard to an evaluation of a currently recorded actual state with regard to an intended target state, is provided.
  • concepts for detecting corresponding position parameters and / or shock absorber movements are required.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a shock absorber of the type mentioned above, which is particularly suitable for robust and reliable detection of the position of its piston rod relative to the outer housing with simple means. Furthermore, an arrangement suitable for using such a shock absorber for detecting shock absorber movements is to be specified.
  • the piston rod or the outer housing is provided with a magnetic encoder which comprises a permanent magnetic material with a field line course modulated along the longitudinal direction and / or modulated magnetic field strength.
  • the invention is based on the consideration that a particularly robust and inherently reliable concept for the measurement value recording should be provided, especially when a position characteristic value between the components of a shock absorber is recorded in view of the comparatively high mechanical stresses that may be expected.
  • a non-contact measurement recording should be provided.
  • the measured value recording is provided using magnetic aids, the piston rod or the outer housing being provided with a suitable magnetic coding that is characteristic of a location characteristic in its longitudinal direction.
  • the magnetic encoder is provided in a particularly advantageous embodiment with a separately readable location marker, which can serve as a reference or calibration basis for location evaluation .
  • the location marker is advantageously provided with a code that can be specifically detected by an assigned sensor.
  • a metallic location marker can be provided, which can be selectively detected by an assigned metal detector as a sensor.
  • the location marker can also have a magnetization which differs characteristically from the otherwise provided magnetization of the encoder and which can be specifically detected by an associated magnetic field sensor.
  • magnetic encoders with permanent magnetic materials with location-modulated field line or strength curve from DE 100 10 042 AI are described. known. With regard to the possible configurations of the encoders and the sensors interacting with them, the disclosure content of DE 100 10 042 AI is fully included.
  • the magnetic encoder can, in particular in the longitudinal direction of the piston rod, have a large number of successive magnetization zones with alternating magnetization direction or also permanently magnetic material with magnetization which increases or decreases continuously along the longitudinal direction.
  • a particularly simple construction can be achieved in that the magnetic encoder is advantageously arranged on the piston rod.
  • the magnetic encoder is advantageously designed to be rotationally symmetrical as seen around the longitudinal axis of the piston rod, so that a magnetization that is uniformly pronounced can be detected regardless of the orientation of the magnetic encoder relative to the piston rod.
  • This can be achieved in a particularly simple manner in that the magnetic encoder is advantageously of essentially tubular design and positively encloses the piston rod in an evaluation area.
  • a particularly reliable guidance of the piston rod relative to the outer housing for stabilizing the shock absorber movements can be achieved by the piston rod, with the magnetic encoder surrounding it, in a further advantageous embodiment forming a preferably cylinder jacket-shaped outer surface that is kept largely free of grooves or elevations.
  • the magnetic encoder is surrounded in a further advantageous embodiment by a protective cover made of magnetically non-conductive material.
  • the shock absorber is expediently equipped with sensors suitable for detecting the magnetic coding of the piston rod or the outer housing.
  • the shock absorber advantageously comprises a number of magnetic field sensors which are connected to the outer housing or to the piston rod in a stationary manner and which can optionally be supplemented by associated sensor circuits.
  • the magnetic field sensors are advantageously designed in such a way that they wholly or partly transform the course of the magnetic field into output signals that can be processed further, the magnetic field sensors used for path measurement being able to work in particular according to the AMR principle, the GMR principle or the Hall principle.
  • the magnetic probes used are preferably AMR bridge combinations known from WO 0151893, for example.
  • the magnetic field sensors are advantageously arranged on a sensor carrier which concentrically surrounds the piston rod provided with the magnetic encoder.
  • the sensor carrier is preferably arranged, possibly together with an associated sensor signal processing, inside the outer housing and thus within the shock absorber tube as a whole, so that in addition to the compact design, particularly effective mechanical protection of the sensitive sensors is ensured.
  • the magnetic field sensors are structurally combined to form a sensor assembly which comprises a feed line and / or a plug element for connecting a feed line.
  • the sensor module is advantageously connected to the outer housing via a snap-in or latching connection, in particular via an annular snap.
  • a magnetic encoder arranged on a piston rod or on the outer housing of the shock absorber which uses a permanent magnetic material with a field line course modulated along the longitudinal direction and / or modulated magnetic field strength, for the generation of further processable output signals characteristic of a local characteristic value, cooperates with a number of magnetic field sensors which are fixedly connected to the outer housing or to the piston rod.
  • the shock absorber and the associated arrangement for detecting shock absorber movements are used in a system for shock absorber control.
  • This includes a controller unit, which is connected on the input side to an arrangement for detecting shock absorber movements of the type mentioned, and which generates actuating commands for actuators assigned to the shock absorber as a function of the output signals generated thereby.
  • the arrangement for detecting the shock absorber control can be used in particular for a displacement of the piston rod deliver characteristic output signals to the outer housing and / or for the position of the piston rod relative to the outer housing. These can be used, for example, to determine speed characteristic values to characterize the movement of the piston rod relative to the outer housing or to determine acceleration characteristic values derived therefrom. Depending on these characteristic values, for example, a targeted situation-dependent influencing of the damping behavior of the shock absorber can be carried out, whereby depending on the speed of the piston rod relative to the outer housing, through suitable control of valves or throttle valves, flow openings for the hydraulic or damper oil are released.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that the use of a magnetic encoder in a shock absorber with a comparatively simple design enables contactless and thus particularly robust detection of measurement values characteristic of the deflection of the piston rod relative to the outer housing of the shock absorber.
  • 1 is a diagram of a device for damper control
  • 3 shows a damper with a modified piston rod
  • 4 shows a schematic representation of the arrangement
  • FIG. 5 shows a first exemplary embodiment of a sensor / encoder combination
  • FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a sensor / encoder combination
  • FIG. 7 shows a third exemplary embodiment of a sensor / encoder combination
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of a sensor / encoder combination.
  • Fig. 1 shows the diagram of a system 1 for shock absorber control.
  • the shock absorbers 2 are equipped with an arrangement 4 for detecting the piston rod movement and have actuators 6 with which the damping behavior can be changed. Sensors and actuators 6 interact with an electronic controller 8 in order to bring about a situation-dependent stabilization and / or improvement of driving behavior.
  • the sensory measurement variables of the piston rod movements can also be fed to other information-processing vehicle systems, in particular braking and steering systems.
  • a signal connection 10 is present, advantageously in one embodiment as a data bus (e.g. CAN).
  • 2 shows the illustration of a simple shock absorber 2 from the Krupp Bilstein company. In operation, the piston rod 12 moves relative to the outer housing 14.
  • the arrangement according to the invention serves to measure this linear movement.
  • the displacement sensor comprises a displaceable element and a stator.
  • the displaceable element has a magnetic encoder.
  • Sensor modules are fixedly connected to the stator and can operate according to the AMR principle, the GMR principle or the Hall principle.
  • the displaceable element is in particular guided through a bearing connected to the stator.
  • FIG. 3 shows the illustration of such a shock absorber 2 with a modified piston rod 12.
  • the piston rod 12 is tapered concentrically in an evaluation area 16 and is surrounded by a tubular magnetic encoder 18.
  • the encoder 18 is connected to the piston rod 12 in a stationary manner.
  • the encoder 18 is in turn surrounded by a protective cover 20 formed from magnetically non-conductive material.
  • the outer diameter of the encoder tube is reduced by the inner dimension of the magnetically non-conductive protective tube or the protective sleeve 20 compared to the untapered diameter of the piston rod 12.
  • the outer diameter of the protective tube is chosen such that the composite formed from the piston rod 12, encoder 18 and protective cover 20 in the outer region 16 with the unjuvenated piston rod 17 complements an edgeless piston rod, the mechanical friction and sliding properties of which of a conventional piston rod according to FIG. 2 corresponds.
  • Fig. 4 shows the schematic representation of the overall arrangement according to the invention.
  • the piston rod 12 equipped with the encoder 18 is concentrated by a sensor carrier 22.
  • trisch includes.
  • the sensor carrier 22 is mechanically firmly connected to the outer housing 14 of the shock absorber 2, as symbolized here by way of example by a ring-shaped latch 24.
  • One or more magnetically sensitive magnetic field sensors 26, which scan the magnetic pole pattern of the encoder 18, are introduced into the sensor carrier 22.
  • there are two magnetic field sensors 26 which are cast or injected into the sensor carrier 22.
  • the sensor modules contain both the magnetic field-sensitive probes and the associated electronic circuits for preprocessing the encoder signals obtained.
  • a cable 28 leads the signals from the sensor modules to the electronic controller 8 from the sensor carrier 22 (FIG. 1).
  • FIG. 5 shows, as the first exemplary embodiment, a sensor / encoder combination with rotationally symmetrical magnetization, an encoder tube 30 provided as encoder 18.
  • the magnetization pattern consists of similar, ring-shaped, alternating north / south polar areas, which are transmitted through an air gap 32 by a magnetic field sensor 26 be scanned.
  • the signals of the probe are processed by an electronic circuit arrangement 34 in such a way that both electrical signals 36 with an increment information, i.e. information about a displacement ⁇ x when a period of alternating magnetization direction is covered, and an electrical sign identifier 38 are available at their output the electronic controller 8 can be transmitted.
  • the probe and circuit arrangement 34 together form the sensor module explained.
  • the incremental signals identify the event of a completed piston rod displacement by the increment ⁇ x, while the sign code encodes the direction of movement.
  • the encoder 18 has the technical advantage that the sensor carrier 22 can be mounted in a rotationally unaligned manner relative to the encoder 18, and subsequent rotary relative movements between the sensor carrier 22 and the piston rod 12 do not influence the measurement.
  • This sensor / encoder combination should preferably be used for dynamic damper control on the basis of relative displacements, their speeds and accelerations.
  • the encoder 18 has a location marker 40 which can be read out specifically and selectively in the manner of a reference or calibration base.
  • the actual magnetic coding of the encoder 18 only partially surrounds it in its U direction.
  • the location marker 40 comprises a pair of poles 42, 44, which completely encloses the encoder 18 in its circumferential direction, and to which a fixed number of increments 46 of the step length Ay is assigned.
  • the location marker 40 is specifically assigned a suitably positioned magnetic field sensor as the sensor 50, which, due to its positioning, responds exclusively to the magnetization of the pole pair 42, 44.
  • the absolute local assignments are unambiguous and can be calibrated when passing through the location marker 40.
  • the piston rod must be structurally aligned with respect to the sensor carrier 22.
  • FIG. 7 shows a third exemplary embodiment for a sensor / encoder combination, in which the location marker 40 was realized by a non-magnetic identifier.
  • the location marker 40 is here implemented by a magnetically inactive material zone, which in the example is designed with a capacitive probe or a probe according to the principle of action of a metal detector as a specifically assigned sensor 50.
  • the signals of the metal detector provided as sensor 50 are processed by a signal processing circuit 52 to form a identification signal 54.
  • a calibration of the absolute position is automatically possible due to the fixed local assignment of the zone to the location marker 40.
  • the advantage of unaligned installation can also be used here.
  • a sensor module of the type described above scans a tubular encoder 18, the magnetization of which is caused by a pair of north / south poles, whose neutral zone (field lines run essentially parallel to the surface of the cylinder) winds like a helix along the longitudinal axis of the encoder.
  • the length of rotation of the helix is selected so that each location of the encoder 18 with respect to the sensor module has a magnetic vector direction that is uniquely linked to the encoder position. device is assigned, which is detected by the sensor module.

Landscapes

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Abstract

Ein Stossdämpfer (2) mit einer in einem Aussengehäuse (14) in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordneten Kolbenstange (12) soll in besonderem Masse für eine robuste und zuverlässige Erfassung der Position seiner Kolbenstange (12) relativ zum Aussengehäuse (14) mit einfachen Mitteln geeignet sein. Dazu ist die Kolbenstange (12) erfindungsgemäss mit einem magnetischen Encoder (18) versehen, der einen permanentmagnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung moduliertem Feldlinienverlauf und/oder modulierter magnetische Feldstärke umfasst.

Description

Stoßdämpfer und Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbe e- gungen
Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer mit einer in einem Außengehäuse in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordneten Kolbenstange, Sie bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen, insbesondere für einen derartigen Stoßdämpfer.
Stoßdämpfer, die üblicherweise ein Außengehäuse und eine darin in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnete Kolbenstange umfassen, sowie zugeordnete Anordnungen zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen können allgemein im Maschinen-, Anlagen- oder Apparatebau, insbesondere aber auch in der Kraftfahrzeugtechnik zur Anwendung kommen. Gerade bei modernen Konzepten zur elektronischen Stabilitätskontrolle in Kraftfahrzeugen, aber auch allgemein im Zusammenhang mit Konzepten zur dynamischen Fahrzeugregelung können auch Stoßdämpferregelungen zum Einsatz kommen, die zur Stabilisierung und/oder Verbesserung des Fahrverhaltens, aber auch zur Nutzung derartiger Informationen in intelligenten elektronischen Brems- und/oder Lenkungsregelsystemen vorgesehen sind.
In derartigen Systemen können einzelnen Stoßdämpfern Aktoren zugeordnet sein, mit denen das Dämpfungsverhalten des jeweiligen Stoßdämpfers verändert werden kann. Durch gezielte An- steuerung der Aktoren kann dabei eine situationsabhängige Stabilisierung und/oder Verbesserung des Fahrverhaltens des jeweiligen Kraftfahrzeugs herbeigeführt werden. Um dies zu ermöglichen, ist eine gezielte bedarfs- und situationsabhän- gige Ansteuerung der jeweiligen Aktoren, insbesondere im Hinblick auf eine Auswertung eines aktuell erfassten Istzustandes im Hinblick auf einen vorgesehenen Sollzustand, vorgesehen. Um bei einem derartigen System den Istzustand des jeweiligen Stoßdämpfers, also insbesondere die aktuelle Positionierung seiner Kolbenstange im Hinblick auf das üblicherweise fest am Fahrzeugchassis montierte Außengehäuse, geeignet berücksichtigen zu können, sind Konzepte zur Erfassung entsprechender Positionskennwerte und/oder von Stoßdämpferbewegungen erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stoßdämpfer der oben genannten Art anzugeben, der in besonderem Maße für eine robuste und zuverlässige Erfassung der Position seiner Kolbenstange relativ zum Außengehäuse mit einfachen Mitteln geeignet ist. Des Weiteren soll eine zur Verwendung eines derartigen Stoßdämpfers geeignete Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen angegeben werden.
Bezüglich des Stoßdämpfers wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kolbenstange oder das Außengehäuse mit einem magnetischen Encoder versehen ist, der einen permanent magnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung moduliertem Feldlinienverlauf und/oder modulierter magnetischer Feldstärke umfasst.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass gerade bei der Erfassung eines Positionskennwerts zwischen den Komponenten eines Stoßdämpfers im Hinblick auf die dabei möglicherweise zu erwartenden vergleichsweise hohen mechanischen Beanspruchungen ein besonders robustes und an sich zuverlässiges Konzept für die Messwertaufnahme vorgesehen sein sollte. Für eine hohe Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit sollte dabei insbesondere eine berührungslose Messwertaufnahme vorgesehen sein. Um dies zu ermöglichen, ist die Messwertaufnahme unter Rückgriff auf magnetische Hilfsmittel vorgesehen, wobei die Kolbenstange oder das Außengehäuse mit einer geeigneten, für einen Ortskennwert in ihrer Längsrichtung charakteristischen magnetischen Codierung versehen sein sollte.
Die Erfassung der Modulation von Feldlinienverlauf bzw. Feldstärke des magnetischen Encoders eignet sich in besonderem Maße zur Ermittlung von Positionsveränderungen der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse. Um darüber hinaus aber auch einen für eine Weiterverarbeitung besonders günstig nutzbaren Kennwert für die Absolutposition der Kolbenstange bezogen auf das Außengehäuse bereitstellen zu können, ist der magnetische Encoder in besonders vorteilhafter Ausgestaltung mit einer gesondert auslesbaren Ortsmarkierung versehen, die als Referenz oder Eichbasis zur Ortsauswertung dienen kann. Die Ortsmarkierung ist dabei vorteilhafterweise mit einer spezifisch durch einen zugeordneten Sensor detek- tierbaren Codierung versehen. Zur Codierung kann dabei beispielsweise eine metallische Ortsmarkierung vorgesehen sein, die selektiv durch einen zugeordneten Metalldetektor als Sensor detektierbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Ortsmarkierung auch eine von der ansonsten vorgesehenen Magnetisierung des Encoders charakteristisch abweichende Magnetisierung aufweisen, die von einem zugeordneten Magnetfeldsensor spezifisch detektierbar ist.
Für Anwendungen bei der Feststellung eines Positionskennwerts für Pedalantriebe sind magnetische Encoder mit permanent magnetischen Werkstoffen mit ortsabhängig moduliertem Feldlinien- oder Stärkeverlauf aus der DE 100 10 042 AI be- kannt. Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen der Encoder und der mit diesen zusammenwirkenden Sensoren wird der Offenbarungsgehalt der DE 100 10 042 AI voll umfänglich einbezogen. Der magnetische Encoder kann dabei insbesondere in Längsrichtung der Kolbenstange gesehen eine Vielzahl aufeinanderfolgender Magnetisierungszonen mit alternierender Magnetisierungsrichtung oder auch permanent magnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung kontinuierlich ansteigender oder abfallender Magnetisierung aufweisen.
Eine besonders einfache Bauweise ist dabei erreichbar, indem der magnetische Encoder vorteilhafterweise an der Kolbenstange angeordnet ist. Um eine besonders einfache Montage des Stoßdämpfers und einer zugeordneten Aufnahmevorrichtung für Messwerte zu ermöglichen, ist der magnetische Encoder vorteilhafterweise um die Längsachse der Kolbenstange gesehen rotationssymmetrisch ausgestaltet, so dass unabhängig von der Orientierung des magnetischen Encoders relativ zur Kolbenstange eine gleichmäßig stark ausgeprägte Magnetisierung detektierbar ist. Dies ist auf besonders einfache Weise erreichbar, in dem der magnetische Encoder vorteilhafterweise im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und die Kolbenstange in einem Auswertebereich formschlüssig umschließt. Eine besonders zuverlässige Führung der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse zur Stabilisierung der Stoßdämpferbewegungen ist dabei erreichbar, indem die Kolbenstange mit dem sie umgebenden magnetischen Encoder in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung eine weitgehend frei von Nuten oder Erhebungen gehaltene, vorzugsweise zylindermantelförmige Außenoberfläche bildet.
Um einerseits eine Beschädigung des magnetischen Encoders durch mechanische Einflüsse zu vermeiden und andererseits eine besonders kompakte Bauweise zu ermöglichen, ist der magnetische Encoder in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung von einer aus magnetisch nicht leitendem Material gebildeten Schutzhülle umgeben.
Zur Aufnahme eines für die Positionierung der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse charakteristischen Messwerts ist der Stoßdämpfer zweckmäßigerweise mit zur Erfassung der magnetischen Codierung der Kolbenstange bzw. des Außengehäuses geeigneten Sensoren ausgerüstet. Dazu umfasst der Stoßdämpfer vorteilhafterweise eine Anzahl von mit dem Außengehäuse bzw. mit der Kolbenstange ortsfest verbundenen Magnetfeldsensoren, die ggf. durch zugeordnete Sensorschaltkreise ergänzt sein können. Die Magnetfeldsensoren sind dabei vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass sie den Magnetfeldlinienverlauf ganz oder teilweise in weiter verarbeitbare Ausgangssignale umformen, wobei die zur Wegmessung eingesetzten Magnetfeldsensoren insbesondere nach dem AMR-Prin- zip, dem GMR-Prinzip oder dem Hall-Prinzip arbeiten können. Als magnetische Sonden werden dabei vorzugsweise beispielsweise aus der WO 0151893 bekannte AMR-Brückenkombinationen verwendet.
Für eine kompakte und zudem zuverlässige und robuste Bauweise sind die Magnetfeldsensoren vorteilhafterweise auf einem Sensorträger angeordnet, der die mit dem magnetischen Encoder versehene Kolbenstange konzentrisch umschließt. Der Sensorträger ist dabei vorzugsweise, ggf. gemeinsam mit einer zugeordneten Sensorsignalverarbeitung, innerhalb des Außengehäuses und somit innerhalb des Stoßdämpferrohres insgesamt angeordnet, so dass zusätzlich zur kompakten Bauform ein besonders wirksamer mechanischer Schutz der empfindlichen Sensoren gewährleistet ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Magnetfeldsensoren baulich zu einer Sensorbaugruppe vereinigt, die eine Zuleitung und/oder ein Steckerelement zum Anschluss einer Zuleitung umfasst. Die Sensorbaugruppe ist dabei vorteilhafterweise über eine schnappende oder rastende Verbindung, insbesondere über eine ringförmige Einrastung, mit dem Außengehäuse verbunden.
Bezüglich der Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen, insbesondere für einen Stoßdämpfer der vorgenannten Art, wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein an einer Kolbenstange oder am Außengehäuse des Stoßdämpfers angeordneter magnetischer Encoder, der einen permanent magnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung moduliertem Feldlinienverlauf und/oder modulierter magnetischer Feldstärke umfasst, zur Erzeugung von für einen Ortskennwert charakteristischen weiter verarbeitbaren Ausgangssignalen mit einer Anzahl von mit dem Außengehäuse bzw. mit der Kolbenstange ortsfest verbundenen Magnetfeldsensoren zusammenwirkt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kommen der Stoßdämpfer und die zugeordnete Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen in einem System zur Stoßdämpferregelung zum Einsatz. Dies umfasst eine Reglereinheit, die ein- gangsseitig mit einer Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen der genannten Art verbunden ist, und die in Abhängigkeit der von dieser erzeugten Ausgangssignale Stellbefehle für dem Stoßdämpfer zugeordnete Aktoren erzeugt.
Die Anordnung zur Erfassung der Stoßdämpferregelung kann dabei insbesondere für eine Ortsverschiebung der Kolbenstange zum Äußengehäuse und/oder für die Position der Kolbenstange relativ zum Äußengehäuse charakteristische Ausgangssignale liefern. Diese können beispielsweise zur Ermittlung von Geschwindigkeitskennwerten zur Charakterisierung der Bewegung der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse oder zur Ermittlung von daraus abgeleiteten Beschleunigungskennwerten herangezogen werden. In Abhängigkeit von diesen Kennwerten kann beispielsweise eine gezielte situationsabhängige Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens des Stoßdämpfers vorgenommen werden, wobei in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse durch geeignete An- steuerung von Ventilen oder Drosselklappen eine Freigabe von Durchflussöffnungen für das Hydraulik- oder Dämpferöl erfolgt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines magnetischen Encoders in einem Stoßdämpfer bei vergleichsweise einfacher Bauweise eine berührungslose und somit besonders robuste Erfassung von für die Auslenkung der Kolbenstange relativ zum Außengehäuse des Stoßdämpfers charakteristischen Messwerten ermöglicht ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer Einrichtung zur Dämpferregelung,
Fig. 2 eine Darstellung eines einfachen Stoßdämpfers,
Fig. 3 eine Darstellung eines Dämpfers mit modifizierter Kolbenstange, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung,
Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensor-/Enco- der-Kombination,
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensor-/En- coder-Kombination,
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sensor-/En- coder-Kombination, und
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Sensor-/En- coder-Kombination.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt das Schema eines Systems 1 zur Stoßdämpferregelung. Die Stoßdämpfer 2 sind mit einer Anordnung 4 zur Erfassung der Kolbenstangenbewegung ausgerüstet und verfügen über Aktuatoren 6, mit denen das Dämpfungsverhalten verändert werden kann. Sensoren und Aktuatoren 6 wirken mit einem elektronischen Regler 8 zusammen, um eine situationsabhängige Stabilisierung und/oder Verbesserung des Fahrverhaltens herbeizuführen. Weiterhin können die sensorischen Messgrößen der Kolbenstangenbewegungen auch anderen informationsverarbeitenden Fahrzeugsystemen zugeführt werden, insbesondere Brems- und Lenksystemen. Zu diesem Zweck ist eine Signalverbindung 10 vorhanden, vorteilhafterweise in einer Ausführungsform als Datenbus (z. B. CAN) . Fig. 2 zeigt die Darstellung eines einfachen Stoßdämpfers 2 der Firma Krupp Bilstein. Im Betriebsfall bewegt sich die Kolbenstange 12 relativ zum Außengehäuse 14. Die erfindungsgemäße Anordnung dient dazu, diese Linearbewegung zu messen. Der Wegaufnehmer umfasst ein verschiebbares Element und einen Stator. Das verschiebbare Element weist einen magnetischen Encoder auf. Mit dem Stator sind Sensormodule ortsfest verbunden, die nach dem AMR-Prinzip, dem GMR-Prinzip oder dem Hall-Prinzip arbeiten können. Das verschiebbare Element wird insbesondere durch ein mit dem Stator verbundenes Lager geführt .
Fig. 3 zeigt die Darstellung eines derartigen Stoßdämpfers 2 mit modifizierter Kolbenstange 12. Die Kolbenstange 12 ist in einem Auswertebereich 16 konzentrisch verjüngt und von einem rohrförmigen magnetischen Encoder 18 umgeben. Der Encoder 18 ist ortsfest mit der Kolbenstange 12 verbunden. Der Encoder 18 ist seinerseits von einer aus magnetisch nichtleitendem Material gebildeten Schutzhülle 20 umgeben. Der äußere Durchmesser des Encoderrohres ist dabei um das Innenmaß des magnetisch nichtleitenden Schutzrohres oder der Schutzhülle 20 gegenüber dem unverjungten Durchmesser der Kolbenstange 12 verringert. Der Außendurchmesser des Schutzrohres ist dabei derart gewählt, dass sich der aus Kolbenstange 12, Encoder 18 und Schutzhülle 20 im Außenbereich 16 gebildete Verbund mit der unverjungten Kolbenstange 17 zu einer kantenlosen Kolbenstange ergänzt, deren mechanische Reib- und Gleiteigenschaften derjenigen einer herkömmlichen Kolbenstange gemäß Fig. 2 entspricht.
Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gesamt nordnung. Die mit dem Encoder 18 ausgerüstete Kolbenstange 12 wird durch einen Sensorträger 22 konzen- trisch umfasst. Der Sensorträger 22 ist mit dem Außengehäuse 14 des Stoßdämpfers 2 mechanisch fest verbunden, wie hier beispielhaft durch eine ringförmige Einrastung 24 symbolisiert. In den Sensorträger 22 eingebracht sind ein oder mehrere magnetisch empfindliche Magnetfeldsensoren 26, die das magnetische Polmuster des Encoders 18 abtasten. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Magnetfeldsensoren 26 vorhanden, die in den Sensorträger 22 eingegossen oder eingespritzt sind. Die Sensormodule enthalten in einer vorteilhaften Ausführungsform sowohl die magnetfeldempfindlichen Sonden als auch die zugehörigen elektronischen Schaltkreise zur Vorverarbeitung der gewonnenen Encodersignale. Aus dem Sensorträger 22 führt ein Kabel 28 die Signale der Sensormodule an den elektronischen Regler 8 (Fig. 1) .
Fig. 5 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel eine Sensor-/En- coder-Kombination mit rotationssymmetrischer Magnetisierung ein als Encoder 18 vorgesehenes Encoderrohr 30. Das Magnetisierungsmuster besteht aus gleichartigen, ringförmigen, alternierenden Nord-/Südpolarealen, die durch einen Magnetfeldsensor 26 über einen Luftspalt 32 abgetastet werden. Die Signale der Sonde werden durch eine elektronische Schaltkreisanordnung 34 so aufbereitet, dass an ihrem Ausgang sowohl elektrische Signale 36 mit einer InkrementInformation, also einer Information über eine Wegverschiebung Δx beim Überstreichen einer Periode alternierender Magnetisierungsrichtung, als auch eine elektrische Vorzeichenkennung 38 verfügbar sind, die an den elektronischen Regler 8 übertragen werden können. Sonde und Schaltkreisanordnung 34 bilden zusammen das erläuterte Sensormodul. Die inkre entalen Signale kennzeichnen hierbei das Ereignis einer vollzogenen Kolbenstangenverschiebung um das Weginkrement Δx , während die Vorzeichenkennung die Bewegungsrichtung kodiert. Mit der Anwendung des Encoders 18 ist der technische Vorteil verbunden, dass der Sensorträger 22 zum Encoder 18 rotatorisch un- ausgerichtet montiert sein kann und spätere rotatorische Relativbewegungen zwischen Sensorträger 22 und Kolbenstange 12 die Messung nicht beeinflussen. Diese Sensor-/Encoder-Kombi- nation soll vorzugsweise zur dynamischen Dämpferregelung auf Basis von relativen Wegverschiebungen, deren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen verwendet werden.
Fig. 6 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel eine Sensor- /Encoder-Kombination, die in besonderem Maße auch zur Ermittlung einer Absolutposition der Kolbenstange 12 relativ zum Außengehäuse 14 geeignet ist. Dazu weist der Encoder 18 eine Ortsmarkierung 40 auf, die in der Art einer Referenz oder Eichbasis spezifisch und selektiv auslesbar ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 umschließt dabei die eigentliche magnetische Codierung des Encoders 18 diesen in seiner U fangsrichtung lediglich teilweise. Die Ortsmarkierung 40 hingegen umfasst ein Polpaar 42, 44, das den Encoder 18 in seiner Umfangsrichtung vollständig umschließt, und dem eine feste Anzahl von Inkrementen 46 der Schrittlänge Ay zugeordnet ist. Der Ortsmarkierung 40 ist in diesem Fall ein geeignet positionierter Magnetfeldsensor als Sensor 50 spezifisch zugeordnet, der aufgrund seiner Positionierung ausschließlich auf die Magnetisierung des Polpaares 42, 44 anspricht. Durch die Fixierung des Encoderrohres an der Kolbenstange 12 und die Kenntnis des Ortes der Ortsmarkierung 40 ist Eindeutigkeit der absoluten örtlichen Zuordnungen gegeben und beim Durchlaufen der Ortsmarkierung 40 kann auf diese kalibriert werden. Gleichzeitig besteht im Bereich der Ortsmarkierung 40 Redundanz im Hinblick auf die Ortserfassung. Diese kann für Sicherheitskonzepte genutzt werden. Dieses Ausführungs- beispiel erfordert jedoch eine konstruktive Ausrichtung der Kolbenstange bezüglich dem Sensorträger 22.
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Sen- sor-/Encoder-Kombination, bei der die Ortsmarkierung 40 durch eine nichtmagnetische Kennung realisiert wurde. Bei dieser Ausführungsform kommen zwei unterschiedliche Magnetfeldsensoren 26 und jeweils zugeordnete Schaltkreisanordnungen 34 zum Einsatz, die im Prinzip in der zuvor beschriebenen Weise wirksam sind. Die Ortsmarkierung 40 ist hier durch eine magnetisch inaktive Materialzone ausgeführt, die im Beispiel mit einer kapazitiven Sonde oder einer Sonde entsprechend des Wirkprinzips eines Metalldetektors als spezifisch zugeordnetem Sensor 50 ausgeführt ist. Die Signale des als Sensor 50 vorgesehenen Metalldetektors werden von einer Signalaufbereitungsschaltung 52 zu einem Kennsignal 54 aufbereitet. Wie zuvor beschrieben, ist durch die fixe örtliche Zuordnung der Zone auf die Ortsmarkierung 40 eine Kalibrierung der Absolutposition automatisch möglich. Wie im Beispiel gemäß Fig. 5 kann auch hier der Vorteil des unausge- richteten Einbaus genutzt werden.
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Ausrichtung zwischen Encoder 18 und Magnetfeldsensor 26 erfordert. Ein Sensormodul der zuvor beschriebenen Art tastet einen rohrförmigen Encoder 18 ab, dessen Magnetisierung durch ein Nord-/Südpolpaar hervorgerufen wird, dessen neutrale Zone (Feldlinien laufen im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Zylinders) sich nach Art einer Schraubenlinie entlang der Encoderlängsachse windet. Die Drehlänge der Schraubenlinie ist so gewählt, dass jedem Ort des Encoders 18 gegenüber dem Sensormodul eine eineindeutig mit der Encoderposition verknüpfte magnetische Vektorrich- tung zugeordnet ist, die vom Sensormodul detektiert wird. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass für jede mögliche Position der Kolbenstange 12 ein eindeutiger Absolutwert für die Relativposition gegenüber dem Außenrohr des Stoßdämpfers 2 zugeordnet werden kann.
Bezugszeichenliste
1 System
2 Stoßdämpfer 4 Anordnung
6 Aktuatoren
8 Regler
10 Signalverbindung
12 Kolbenstange
14 Außengehäuse
16 Auswertebereich
18 Encoder
20 Schutzhülle
22 Sensorträger
24 Einrastung
26 Magnetfeldsensoren
28 Kabel
30 Encoderrohr
32 Luftspalt
34 Schaltkreisanordnung
36 elektrische Signale
38 Vorkennzeichnung
40 Ortsmarkierung 42, 44 Polpaar
46 Inkre ente
50 Sensor
52 Signalaufbereitungsschaltung
54 Kennsignal

Claims

Patentansprüche
1. Stoßdämpfer (2) mit einer in einem Außengehäuse (14) in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordneten Kolbenstange (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (12) oder das Außengehäuse (14) mit einem magnetischen Encoder (18) versehen ist, der einen permanentmagnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung moduliertem Feldlinienverlauf und/oder modulierter magnetischer Feldstärke umfasst.
2. Stoßdämpfer (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Encoder (18) im wesentlichen rohr- förmig ausgebildet ist und die Kolbenstange (12) in einem Auswertebereich (16) formschlüssig umschließt.
3. Stoßdämpfer (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Encoder (18) von einer aus magnetisch nichtleitendem Material gebildeten Schutzhülle (20) umgeben ist.
4. Stoßdämpfer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (18) eine Orts-' markierung (40) mit einer von einem zugeordneten Sensor
(50) spezifisch detektierbaren Codierung aufweist.
5. Stoßdämpfer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anzahl von mit dem Außengehäuse (14) bzw. der Kolbenstange (12) ortsfest verbundenen Magnetfeldsensoren (26) .
6. Stoßdämpfer (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Magnetfeldsensoren (26) auf einem Sen- sorträger angeordnet sind, der die mit dem magnetischen Encoder (18) versehene Kolbenstange (12) konzentrisch umschließt.
7. Stoßdämpfer (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (26) baulich zu einer Sensorbaugruppe vereinigt sind, die eine Zuleitung und/oder ein Steckerelement zum Anschluss einer Zuleitung umfasst.
8. Stoßdämpfer (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorbaugruppe über eine schnappende oder rastende Verbindung, insbesondere über eine ringförmige Einrastung, mit dem Außengehäuse (14) verbunden ist.
9. Anordnung (4) zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen, insbesondere für einen Stoßdämpfer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein an einer Kolbenstange (12) oder am Außengehäuse (14) des Stoßdämpfers (2) angeordneter magnetischer Encoder (18), der einen permanentmagnetischen Werkstoff mit entlang der Längsrichtung moduliertem Feldlinienverlauf und/oder modulierter magnetischer Feldstärke umfasst, zur Erzeugung von für einen Ortskennwert charakteristischen wei- terverarbeitbaren Ausgangssignalen mit einer Anzahl von mit dem Außengehäuse (14) bzw. der Kolbenstange (12) ortsfest verbundenen Magnetfeldsensoren (26) zusammenwirkt.
10. System (1) zur Stoßdämpferregelung mit einer Reglereinheit (8), die eingangsseitig mit einer Anordnung zur Erfassung von Stoßdämpferbewegungen nach Anspruch 9 verbunden ist, und die in Abhängigkeit der von dieser er- zeugten Ausgangssignale Stellbefehle für dem Stoßdämpfer (2) zugeordnete Aktoren (6) erzeugt.
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