Radaufhängung für ein Fahrzeug

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einer an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigten oder von dieser gebildeten Halterung, einem Radträger, der mittels wenigstens eines Lenkers an der Halterung angelenkt ist, und einem Fahrzeugrad, welches drehbar an dem Radträger gelagert ist.

Derzeit werden Signale, um Sicherheits- und Komfortregler wie ABS, ESP etc. anzusteuern, durch Größen wie Gierrate, Radbeschleunigung, Höhenstand und Aufbaubeschleunigung sensiert und die nicht gemessenen Größen geschätzt. Alle Daten werden benötigt, um letztendlich die Regler so anzusteuern, dass sie für den Fahrer für die jeweiligen Fahrsituationen gegebenenfalls in das Fahrgeschehen eingreifen, um das Fahrzeug sicher und komfortabel auf der Straße zu halten. Durch die Schätzung einiger Größen und teilweise indirektes Messen derselben, stellt sich die Frage, ob eine Kraftsensierung im Fahrwerk mit Fx,y,z am Rad eine direkte Größe messen kann, die auch gleichzeitig beim Einsetzten der Regler zum einen dafür sorgt, dass jedes Rad optimal und mit maximaler Auslastung zur Straße geführt wird, und zum anderen sich durch den Regiereinsatz ändernde Eigenschaften oder Straßenbahnänderungen sofort registriert, um das Manöver entsprechend anzupassen. Herkömmliche Systeme sind dazu nicht in der Lage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auf das Rad wirkende Kräfte auf einfache Weise erfasst werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Radaufhängung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.

Die erfindungsgemäße Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, weist eine an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigte oder von dieser gebildete Halterung, einen Radträger, der mittels wenigstens eines Lenkers an der Halterung angelenkt ist, und ein Fahrzeugrad auf, welches drehbar an dem Radträger gelagert ist, wobei in wenigstens einem Bauteil der Radaufhängung zumindest eine Bohrung eingebracht ist, deren Verformung mittels einer Messanordnung erfasst wird oder werden kann, die insbesondere in der Bohrung sitzt.

Durch auf das Rad wirkende Kräfte wird das Bauteil verformt, sodass auch die darin eingebrachte Bohrung verformt wird. Somit lässt die Verformung der Bohrung Rückschlüsse auf die auf das Fahrzeugrad wirkenden Kräfte zu. Mittels der Messanordnung ist bevorzugt wenigstens ein Verformungssignal generierbar, welches die Verformung der Bohrung und somit wenigstens eine auf das Fahrzeugrad wirkende Kraft charakterisiert. Insbesondere kann die Kraft aus dem Verformungssignal bestimmt werden. Die Messanordnung kann somit ein Kraftmesssystem oder Teil eines solchen Systems sein. Vorzugsweise ist das Verformungssignal ein elektrisches Signal.

Die Verformung des Bauteils und somit auch die Verformung der Bohrung erfolgen insbesondere elastisch, sofern die auf das Fahrzeugrad bzw. auf das Bauteil wirkenden Kräfte innerhalb vorgegebener Schranken bleiben. Das Bauteil wird bevorzugt von dem Lenker und/oder von dem Radträger gebildet. Alternativ kann das Bauteil aber auch von einem anderen Bauteil der Radaufhängung gebildet sein, welches zwischen der Karosserie und dem Fahrzeugrad angeordnet ist. Wird das Bauteil von dem Lenker gebildet, so ist dieser vorzugsweise ein 3-Punkt-Lenker oder ein 4-Punkt-Lenker . Eine andere Ausbildung des Lenkers, zum Beispiel als 2-Punkt-Lenker, ist aber auch möglich.

Die Längsachse der Bohrung liegt bevorzugt in einer Hauptbelastungsrichtung des Bauteils oder senkrecht zu dieser. Insbesondere ist die Längsachse der Bohrung horizontal oder vertikal ausgerichtet. Die Längsrichtung der Bohrung liegt beispielsweise in oder senkrecht zur Fahrzeughochrichtung, Fahrzeugquerrichtung oder Fahrzeuglängsrichtung.

Die Halterung ist zum Beispiel von der Karosserie gebildet. Alternativ

kann die Halterung aber auch durch einen an der Karosserie befestigten Hilfsrahmen oder Fahrschemel gebildet sein. Insbesondere wird die Halterung der Karosserie zugerechnet.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Messanordnung eine in die Bohrung eingebrachte, magnetisch kodierte Hülse und eine in der Hülse sitzende, magnetfeldempfindliche Sensoranordnung, mittels welcher das wenigstens eine Verformungssignal erzeugt wird oder werden kann. Die Verformung der Bohrung führt zu einer Verformung des magnetisch kodierten Bereichs der Hülse und somit zu einer änderung der magnetischen Eigenschaften der Hülse, was mittels der magnetfeldempfindlichen Sensoranordnung erfasst wird oder werden kann. Aus dem Verformungssignal kann dann die wenigstens eine auf das Fahrzeugrad wirkende Kraft, zum Beispiel mittels einer mit der Sensoranordnung verbundenen Auswerteeinrichtung, bestimmt werden.

Bevorzugt ist die Hülse, insbesondere mit einer genau festzulegenden Passung, in die Bohrung eingepresst. Somit weist die Hülse einen festen Verbund mit dem die Bohrung umgebenden Material des Bauteils auf und kann eine Verformung der Bohrung mitmachen.

Die Sensoranordnung weist bevorzugt eine oder mehrere magnetfeldempfindliche Sensoren auf, die insbesondere als elektrische Spulen ausgebildet sind. Zumindest einige der Sensoren sind vorzugsweise über die Länge der Hülse verteilt angeordnet, sodass die Verformung der Hülse an unterschiedlichen Stellen erfasst werden kann. Somit sind zum Beispiel auch Verbiegungen der Hülse erfassbar. Ferner besteht die magnetisch kodierte Hülse bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus Stahl.

Bevorzugt ist in das wenigstens eine Bauteil der Radaufhängung zumindest eine zweite Bohrung eingebracht, deren Verformung mittels einer zweiten Messanordnung erfasst wird oder werden kann. Insbesondere umfasst die zweite Messanordnung eine in die zweite Bohrung eingebrachte, magnetisch kodierte zweite Hülse und eine in der zweiten Hülse sitzende, magnetfeldempfindliche zweite Sensoranordnung, mittels welcher ein zweites Verformungssignal erzeugt wird oder werden kann. Die Verformung der zweiten Bohrung führt zu einer Verformung des magnetisch kodierten Bereichs der zweiten Hülse und somit zu einer änderung der magnetischen Eigenschaften der zweiten Hülse, was mittels der magnetfeldempfindlichen

zweiten Sensoranordnung erfasst wird oder werden kann. Aus den beiden Verformungssignalen kann dann zum Beispiel die wenigstens eine Kraft bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend können aus den

Verformungssignalen mehrere auf das Fahrzeugrad wirkende Kräfte bestimmt werden. Die Bestimmung der Kraft oder Kräfte erfolgt insbesondere mittels der Auswerteeinrichtung.

Bevorzugt ist die zweite Hülse, insbesondere mit einer genau festzulegenden Passung, in die zweite Bohrung eingepresst. Somit weist die zweite Hülse einen festen Verbund mit dem die zweite Bohrung umgebenden Material des Bauteils auf und kann eine Verformung der zweiten Bohrung mitmachen.

Die zweite Sensoranordnung weist bevorzugt eine oder mehrere magnetfeldempfindliche Sensoren auf, die insbesondere als elektrische Spulen ausgebildet sind. Zumindest einige der Sensoren sind vorzugsweise über die Länge der zweiten Hülse verteilt angeordnet, sodass die Verformung der zweiten Hülse an unterschiedlichen Stellen erfasst werden kann. Somit sind zum Beispiel auch Verbiegungen der zweiten Hülse erfassbar. Ferner besteht die magnetisch kodierte zweite Hülse bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus Stahl.

Die Bohrungen in dem Bauteil können schräg zueinander verlaufen oder parallel oder senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Insbesondere verlaufen die Bohrungen in vertikaler oder horizontaler Richtung. Mit der oder mit den Messanordnungen der erfindungsgemäßen Radaufhängung können auf das Fahrzeugrad einwirkende Kräfte bevorzugt in mehreren, zum Beispiel in drei Raumrichtungen erfasst werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind in den Lenker und/oder in den Radträger vertikale oder horizontale Bohrungen eingebracht, deren Verformung mit einer als Kraftmesssystem ausgebildeten Messanordnung gemessen wird oder werden kann. Vorzugsweise misst dabei jede Sensoranordnung eine Magnetfeldänderung, die durch die Verformung der jeweiligen Hülse hervorgerufen wird, die zuvor magnetisch kodiert worden ist. Je nach dem ob zum Beispiel axiale Kräfte durch den Lenker geleitet werden, verformt sich die Hülse über die Gesamtbauhöhe gleich oder bei Biegebelastung verhält sich der Lenker wie ein idealer Biegebalken. Die Spulen, die vorzugsweise jeweils oben, mittig und unten in der Hülse

angeordnet sind, können so die verschiedenen Kraftsignale voneinander trennen. Damit die Hülsen jegliche Verformung des Lenkers und/oder Radträgers mitbekommen, ist es vorteilhaft, dass die Hülsen mit einer genau festzulegenden Passung in den Lenker und/oder Radträger eingepresst werden und somit einen festen Verbund mit dem umgebenden Material darstellen .

Aus dem oder den Verformungssignalen können die auf das Rad wirkenden Kräfte berechnet werden, wobei vorzugsweise lediglich die Hauptkräfte gemessen werden. Hauptkräfte sind dabei solche Kräfte, welche die größten Anteile der einzelnen Kraftrichtungen ausmachen. Hauptkräfte sind zum Beispiel Fahrzeuggewichtskräfte, Bremskräfte, Beschleunigungskräfte, vertikale Federkräfte, Abstützkräfte bei Kurvenfahrt usw. Die Anzahl der für das Bestimmen der gewünschten Kräfte erforderlichen Messstellen ist abhängig vom Achstyp. Vorzugsweise sind aber bereits zwei Messstellen ausreichend, wobei ^ede Messstelle eine der Bohrungen mit zugehöriger Messanordnung umfasst. Um dynamische Ereignisse fehlerfrei zu sensieren, ist bevorzugt ein Radbeschleunigungssensor vorgesehen, der zum Beispiel ungefederte Massen berücksichtigt. Der Radbeschleunigungssensor ist zum Beispiel am Rad, am Radträger, am Lenker oder an einem anderen Bauteil der Radaufhängung befestigt.

Eine der größten Vorteile der erfindungsgemäßen Radaufhängung ist die Möglichkeit, die RadaufStandskraft direkt zu messen. Damit können Regler unmittelbar die maximal mögliche Verzögerung oder Spurführung am Rad einstellen, ohne zu irgendeinem Zeitpunkt über den Grenzbereich des Reifens zu regeln. Daher ermöglicht die erfindungsgemäße Radaufhängung eine Bremswegverkürzung sowie eine Erhöhung der maximal erreichbaren Kurvengeschwindigkeit. Ferner ist das System in der Lage, alle Missbrauchsmanöver/Kräfte in einem Fehlerspeicher abzulegen, um das Fahrzeug in den Inspektionsintervallen zum Beispiel auf Beschädigungen zu kontrollieren. Die erfindungsgemäße Radaufhängung kann als Basis für verschiedene Funktionsüberwachungen eingesetzt werden. Beispielsweise können verschlissene Stoßdämpfer, defekte Lenker/Gelenke, zu hohe Fahrzeuggewichte bei überladung, eine defekte Lenkung etc. erkannt werden .

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Radaufhängung, die bevorzugt eine erfindungsgemäße

Radaufhängung ist und gemäß allen in diesem Zusammenhang beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet sein kann. Vorzugsweise weist das Fahrzeug mehrere erfindungsgemäße Radaufhängungen auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Radaufhängung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Lenkers aus Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Messanordnung aus Fig. 2 und

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild mit der Messanordnung aus Fig. 3.

Aus Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Radaufhängung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei ein Fahrzeugrad 2 um eine Radachse 3 drehbar an einem Radträger 4 gelagert ist. Der Radträger 4 ist durch wenigstens zwei Lenker 7 und 8 an einer Karosserie 5 eines teilweise dargestellten Fahrzeugs 6 angelenkt, wobei mit dem Bezugszeichen 7 ein unterer Querlenker und mit dem Bezugszeichen 8 ein oberer Querlenker bezeichnet ist. Der untere Querlenker 7 ist mittels eines Gummilagers 9 mit der Karosserie 5 und mittels eines Kugelgelenks 10 mit dem Radträger 4 verbunden. Ferner ist der obere Querlenker 8 mittels eines Gummilagers 11 mit der Karosserie 5 und mittels eines Kugelgelenks 12 mit dem Radträger 4 verbunden. Die Fahrzeugquerrichtung y, die Fahrzeughochrichtung z und die in die Zeichenebene hineinlaufende Fahrzeuglängsrichtung x sind schematisch dargestellt. Ferner ist die RadaufStandskraft Fa angedeutet, die hier parallel zur Fahrzeughochrichtung z verläuft.

Aus Fig. 2 ist eine schematische Teilansicht des unteren Querlenkers 7 ersichtlich, in dem zwei vertikale Bohrungen 13 und 14 eingebracht sind, in denen jeweils eine Messanordnung 15, 25 sitzt. Die Längsrichtungen 16 und 17 der Bohrungen 13 bzw. 14 verlaufen in dieser Darstellung in oder im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung z (vertikale Richtung) , sodass die Bohrungen vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.

Es ist selbstverständlich, dass durch Schwenken des Lenkers 7 in Richtung des Pfeils 18 die Längsrichtungen 16, 17 auch schräg zur vertikalen Richtung z verlaufen können. Ein solches Schwenken kann zum Beispiel durch ein Einfedern oder ein Ausfedern des Rads 2 erfolgen. Wirken auf das Fahrzeugrad 2 Kräfte in Richtung des Pfeils 19, so wirken diese Kräfte auch auf den Lenker 7 und führen dort zu einer Verformung der Bohrungen 13 und 14. Ferner können Biegekräfte in Richtung des Pfeils 18 auf den Lenker 7 wirken, die ebenfalls zu einer Verformung der Bohrungen 13 und 14 führen. Kräfte in Richtung des Pfeils 19 führen dabei zu einer Verformung, die in Längsrichtung 16, 17 der Bohrungen 13, 14 gesehen im Wesentlichen konstant ist. Im Gegensatz dazu führen Biegekräfte in Richtung des Pfeils 18 zu Verformungen, die entlang der Längsrichtungen 16, 17 der Bohrungen 13, 14 variieren.

Aus Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der in der Bohrung 13 sitzenden Messanordnung 15 ersichtlich, die eine magnetisch kodierte Hülse 20 aufweist, in der mehrere elektrische Spulen 21 und 22 angeordnet sind. Der magnetisch kodierte Bereich der Hülse 20 ist dabei mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet. Die Hülse 20 liegt mit ihrer Außenwandung an der Innenwandung der Bohrung 13 an, sodass eine Verformung der Bohrung 13 auch zu einer Verformung der Hülse 20 führt, wodurch sich die magnetischen Eigenschaften der Hülse 20 ändern. Diese Veränderung der magnetischen Eigenschaften ist mittels der als magnetfeldempfindliche Sensoren dienenden Spulen 21 und 22 erfassbar und in Form eines elektrischen Signals über elektrische Leitungen 23 an eine Auswerteeinrichtung 24 weitergebbar.

Aus Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild ersichtlich, wonach die Auswerteeinrichtung 24 auch mit der zweiten Messanordnung 25 über elektrische Leitungen 26 verbunden ist. Dabei ist die Messanordnung 25 identisch zur Messanordnung 15 aufgebaut und sitzt in der Bohrung 14. Ferner ist ein zum Beispiel am Radträger 4 angeordneter

Radbeschleunigungssensor 27 vorgesehen und mit der Auswerteeinrichtung 24 verbunden. Die Messanordnungen 15 und 25 erzeugen jeweils ein Verformungssignal Vl und V2 , welches der Auswerteinrichtung 24 zugeführt wird, die daraus ein Kraftsignal F bestimmt, welches zum Beispiel die RadaufStandskraft Fa repräsentiert. Bevorzugt wird bei der Bestimmung des Kraftsignals F ein von dem Radbeschleunigungssensor 27 geliefertes Radbeschleunigungssignal a berücksichtigt.

Bezugszeichenliste

1 Radaufhängung

2 Fahrzeugrad

3 Drehachse des Fahrzeugrads

4 Radträger

5 Karosserie

6 Fahrzeug

7 unterer Querlenker

8 oberer Querlenker

9 Gummilager

10 Kugelgelenk

11 Gummilager

12 Kugelgelenk

13 Bohrung in Lenker

14 Bohrung in Lenker

15 Messanordnung

16 Längsrichtung

17 Längsrichtung

18 Pfeil

19 Pfeil

20 magnetisch kodierte Hülse

21 elektrische Spule

22 elektrische Spule

23 elektrische Leitung

24 Auswerteeinrichtung

25 Messanordnung

26 elektrische Leitung

27 Radbeschleunigungssensor

28 magnetisch kodierter Bereich der Hülse x Längsrichtung y Querrichtung z Hochrichtung

F Kraft

Fa RadaufStandskraft

Vl Verformungssignal

V2 Verformungssignal a Radbeschleunigungssignal