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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Große Fahrzeuge
weisen üblicherweise
einen zumindest teilweise über
einen Airbag auf einem Hinterachsenaggregat abgestützten hinteren
Rahmenteil auf. Auch bei kleineren Fahrzeugen wird begonnen, diese
Art von Radaufhängung
zu nutzen. In vielen Fällen
werden Schwingarme dazu verwendet, die horizontale Position des
Rahmens relativ zur Hinterachseinheit zu regeln. Der Schwingarm
weist ein drehbar mit dem Rahmen verbundenes oberes Ende und ein
drehbar mit der Hinterachse verbundenes unteres Ende auf. Ein Airbag
erstreckt sich primär
vertikal zwischen dem Achsenaggregat und dem Fahrzeugrahmen, um
als Feder zu dienen, die einen großen Teil des Gewichts des Rahmens
auf der Achse trägt.
Die Fahrzeughersteller setzen üblicherweise für jeden
Airbag eine vorbestimmte Höhe
fest. Ein Ausgleichsventil wird dazu verwendet, Luft in und aus jedem
Airbag strömen
zu lassen, um einen Airbagdruck zu schaffen, der dazu führt, dass
die Airbags auf der vorbestimmten Höhe verbleiben. Bei einem Beispiel
kann ein Airbag eine optimale Höhe
von fünfzehn
Zoll aufweisen, und der Druck in jedem Airbag kann zwischen 2.760
hPa (40 psi) bei leerem Fahrzeug und 4.830 hPa (70 psi) bei voll
beladenem Fahrzeug (beispielsweise bei 75 % Maximalzuladung) schwanken.
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Die
Höhe eines
Airbags wurde früher
durch eine mechanische Verbindung zwischen einem Achsenaggregat
und einem danebenliegenden Punkt am Fahrzeugrahmen erfasst. In den
Vereinigten Staaten war es üblich,
sich auf die Bewegung einer Stange oder einer anderen mechanischen
mit dem Achsenaggregat verbundenen Komponente zu verlassen, welche
sich zu einer auf dem Rahmen montierten Ventileinheit erstreckte.
Eine solche Bewegung öffnet und
schließt
unmittelbar ausgewählte
Ventile, die jeweils Luft aus einer Druckluftquelle, beispielsweise 9.660
hPa (140 psi) zu den Airbags zuführen
oder die Luft aus den Airbags in die Atmosphäre abgeben. Bei europäischen Fahrzeugen
ist es üblich,
ein elektrisches Signal bereitzustellen, das die Höhe eines
Airbags angibt. Dies wird durch eine mechanische Verbindung erreicht,
welche eine auf einem Fahrzeug-Achsenaggregat montierte Stange umfasst,
die ein auf dem Fahrzeugrahmen montiertes Potentiometer betätigt. Das
elektrische Signal wird dazu verwendet, Ventile zu steuern, die
Druckluft in die Airbags einleiten oder die Luft aus den Airbags
in die Atmosphäre
oder die Umgebung abblasen.
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Einige
Nachteile einer mechanischen Verbindung liegen darin, dass sie üblicherweise
dünn ist und
leicht beschädigt
werden kann und Lager aufweist, die sich abnutzen. Ein Reparateur
stellt sie möglicherweise
in nicht geeigneter Form ein, was zu einer raschen Abnutzung der
Fahrzeugkraftübertragung
und schlechter Fahrzeugaufhängung
führt.
Darüber
hinaus kann das Luftregelventil unmittelbar auf Bodenwellen der
Straße
und Unebenheiten derselben oder auf kurzfristige Fahrzeugbeschleunigung oder
Fahrzeugverzögerung
reagieren. Solche Reaktionen können
zu übermäßigem Verbrauch
von Druckluft führen
und möglicherweise
andere Systeme, wie z. B. das Bremssystem, das Druckluft benötigt, beeinträchtigen.
Eine Vorrichtung für
die Aufrechterhaltung des korrekten Airbagdrucks ohne Verwendung
einer mechanischen Verbindung zwischen dem unteren Ende des Schwingarms
und dem Fahrzeugrahmen wäre
wertvoll.
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Die
internationale Patentveröffentlichung
Nr. WO 98/25779 bezieht sich auf ein System und ein Verfahren für das Detektieren
von Fahrzeugabrollbedingungen. Das System verwendet eine Vielzahl
von Neigungssensoren, die auf dem Fahrzeugrahmen und dem Fahrzeugaufhängungssystem
montiert sind, um seitliche Beschleunigung und seitliche Lastverschiebung
zu detektieren. Das System verwendet diese Messungen, um einen Koeffizienten
der seitlichen Lastverschiebung zu ermitteln, welcher für ein aktuelles
Rollmoment im Vergleich zu einem maximalen Rollmoment charakteristisch
ist. Die Messungen aus den Neigungssensoren werden auch dazu verwendet,
eine effektive Schwerpunkthöhe
zu berechnen. Ein mit dem System verbundenes Display liefert dem
Fahrzeugführer
eine Darstellung des Lastübertragungskoeffizienten
und der effektiven Höhe
des Schwerpunktes. Das Display versetzt den Fahrzeugführer in
die Lage, die Art der Fahrzeuglast umfassender zu verstehen, und
demzufolge wird es dem Fahrzeugführer
ermöglicht,
Zustände
zu vermeiden, die möglicherweise
zu einem Überrollunfall des
Fahrzeugs führen
könnten.
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Die
französische
Patentveröffentlichung
Nr. 2 790 312 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Entfernung zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Fahrzeugrad.
Bei dieser Vorrichtung ist ein erster Neigungssensor, der erste
Neigungssignale erzeugt, die mit der Neigung des Fahrzeugaufbaus
in Bezug auf eine Referenzposition korreliert sind, und diese an
ein Steuergerät
weiterleitet, mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Verbunden mit einer
Kopplungskomponente, die zusammen mit dem Fahrzeugrad relativ zum
Fahrzeugaufbau justiert wird, ist ein zweiter Neigungssensor, welcher zweite
Neigungssignale erzeugt, die mit der Neigung der genannten Kopplungskomponente
hinsichtlich einer Referenzposition korreliert sind, und überträgt diese an
das Steuergerät.
Das Steuergerät
ermittelt anschließend
aufgrund der Neigungssignale der Neigungssensoren ein Distanzsignal,
das mit der vertikalen Entfernung zwischen dem Fahrzeugrad und dem
Fahrzeugaufbau korreliert ist.
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Die
internationale Patentveröffentlichung
Nr. WO 01/89863 bezieht sich auf ein Höhenkontrollsystem und einen
Sensor. Der Sensor für
das Höhenkontrollsystem
in einer Nachlaufarmaufhängung
verwendet einen Transducer, um Veränderungen in der Position eines
Nachlaufarms relativ zu einem Fahrzeug zu detektieren, und sendet
ein proportionales Signal an einen Mikroprozessor, welcher wiederum ein
Pneumatikventil betätigt,
das betriebsbereit mit einer Luftfeder zwischen dem Nachlaufarm
und dem Fahrzeug verbunden ist. Der Transducer umfasst eine optische
Brücke,
einen variablen Kondensator oder einen flexiblen variablen Widerstand.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, gegenüber früheren Systemen Verbesserungen
einzuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für das Erfassen der
Höhe des
Airbags zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt, die ein
elektrisches Signal zur Verwendung durch ein elektrisch gesteuertes Luftventil
erzeugt. Die Vorrichtung umfasst ein Paar elektrischer Neigungssensoren,
wobei ein Neigungssensor am Fahrzeugrahmen montiert und der andere mit
einem Kipparm gekoppelt ist, welcher sich zwischen dem Rahmen und
dem Achsenaggregat erstreckt, und ist drehbar mit jedem von ihnen
verbunden. In den meisten Fällen,
bei denen sich ein Schwingarm vom Rahmen zum Achsenaggregat erstreckt,
dient der Schwingarm als Kipparm, auf dem ein Neigungssensor montiert
ist. Jede Veränderung beim
Neigungswinkel der beiden Sensoren gibt eine Veränderung des Neigungswinkels
des Schwingarms in Bezug auf den Fahrzeugrahmen an, was wiederum
eine Veränderung
bei der Höhe
des Airbags anzeigt. Die elektrischen Ausgänge der Neigungssensoren werden
einer elektronischen Steuerung zugeführt, die Ventile betätigt, die
Luft in den Airbag hinein bzw. aus dem Airbag heraus leiten.
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Einer
der Neigungssensoren kann zwei Teile aufweisen, um die Neigung um
zwei rechtwinkelige horizontale Achsen zu erfassen. Als Ergebnis
können
die beiden Teile des gleichen Neigungssensors dazu verwendet werden,
eine seitliche Neigung des Fahrzeuges zu erfassen, wenn z.B. eine
schwere Last auf einer Seite platziert wird. Die elektronische Steuerung
kann diese Information nutzen, um verschiedene Drücke in auf
verschiedenen Seiten des Fahrzeuges befindliche Airbags bereitzustellen,
um eine seitliche Neigung des Fahrzeuges zu minimieren.
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Zusammenfassend
und nach einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein
Fahrzeugaufhängungssystem
bereitgestellt, welches umfasst einen Fahrzeugrahmen, eine Vielzahl
von Achsenaggregaten, welche sich seitlich erstreckende Achsen aufweisen
und den genannten Rahmen oberhalb des Bodens abstützen, einschließlich eines ersten
Achsenaggregats mit einer ersten Achse und eines ersten Airbags,
der sich im Wesentlichen von dem genannten ersten Achsenaggregat
zu dem genannten Rahmen erstreckt, um zumindest teilweise das Gewicht
des Rahmens auf dem genannten ersten Achsenaggregat aufzunehmen,
einschließlich
einer Vorrichtung für
das Erfassen der Höhe
des Airbags, umfassend: einen Kipparm, welcher erste und zweite
Endstücke
aufweist, die mit dem genannten Rahmen bzw. der genannten ersten
Achse über
im Wesentlichen horizontale Achsen des Rahmens drehbar verbunden
sind; einen ersten elektronischen Neigungssensor, von dem mindestens
eine Komponente an einem ersten Punkt auf dem genannten Kipparm
montiert ist und der ein elektrisches Signal erzeugt, das den Neigungswinkel
des genannten ersten Punktes über
eine im Wesentlichen horizontale Achse anzeigt;
Neigungserfassungsmittel,
welche an einem zweiten Punkt montiert sind, der mit dem genannten
Fahrzeugrahmen fest verbunden ist, um mit diesem zu kippen, wobei
die genannten Neigungserfassungsmittel einen zweiten elektronischen
Neigungssensor für das
Erfassen der Neigung des genannten zweiten Punktes über eine
im Wesentlichen horizontale Achse auf dem genannten Rahmen aufweisen,
und wobei der genannte zweite elektronische Neigungssensor ein elektrisches
Signal erzeugt, das einen Neigungswinkel des genannten zweiten Punktes über die
genannte im Wesentlichen horizontale Achse anzeigt; und eine Steuerung,
welche umfasst: einen mit dem genannten ersten elektronischen Neigungssensor
verbundenen Schaltkreis für
den Empfang des genannten elektrischen Signals, wobei der genannte Schaltkreis
ein Signal erzeugt, das die Differenz zwischen den Neigungswinkeln
der genannten ersten und zweiten elektronischen Sensoren darstellt,
um dadurch die Höhe
des Airbags auch dann anzuzeigen, wenn das Fahrzeug sich auf einer
geneigten Fläche
befindet; zumindest ein mit dem genannten ersten Airbag verbundenes
Ventil für
die Steuerung eines Luftstroms in den und aus dem genannten ersten
Airbag; dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Steuerung des
Weiteren Filtermittel umfasst, die das Aufblasen und Entleeren des
genannten ersten Airbags verhindern, wenn (a) die Differenz zwischen
den Neigungswinkeln der genannten ersten und zweiten Neigungssensoren
eine von einer vorbestimmten Höhe
abweichende Höhe
des Airbags für eine
kürzere
Zeitdauer anzeigt, als es ungefähr
einer vorbestimmten Zeitdauer entspricht, (b) die genannte Höhe des genannten
ersten Airbags innerhalb einer vorbestimmten Distanz über oder
unter der genannten vorbestimmten Höhe liegt.
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Weitere
erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert
werden. In den Zeichnungen zeigen:
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 eine
Darstellung einer Seitenansicht eines Schwerfahrzeuges, die eine
Vorrichtung zum Erfassen der Höhe
des Airbags nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Draufsicht des Fahrzeuges nach 1;
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3 eine
seitliche Aufrissansicht eines Teils der Vorrichtung nach 1 mit
der Darstellung des Schwingarms und damit verbundener Teile des Fahrzeuges;
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4 eine
isometrische Darstellung einer Steuerung der Vorrichtung nach 3;
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5 eine
seitliche bzw. isometrische Ansicht einer Neigungssensoranordnung
nach der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
isometrische Ansicht eines weiteren Sensors;
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7 eine
vereinfachte Seitenansicht eines Teils eines weiteren Fahrzeugaufhängungssystems sowie
eines nach der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
teilweise isometrisches und schematisches Diagramm eines weiteren
Fahrzeugaufhängungs-
und Steuersystems;
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9 eine
teilweise isometrische Ansicht eines weiteren Systems.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
Teile eines großen
Fahrzeuges bzw. LKW 10, welcher umfasst einen Rahmen 12,
ein Vorderachsenaggregat 14 und zwei Hinterachsenaggregate 20, 22.
Das Achsenaggregat 20 ist eine Antriebsachseneinheit, deren
Achsen durch eine Antriebswelle 40 angetrieben werden,
die wiederum durch einen vorne im Fahrzeug gelegenen Motor 54 angetrieben
werden. Das Antriebsachsenaggregat 20 umfasst Lager, die
in drehbarer Weise die Antriebsachse führen, und kann eine Differenzialgetriebeeinheit
bzw. -gehäuse
usw. aufweisen. Das hohe Gewicht eines Anhängers wird an dem rückwärtigen Teil 24 des
LKW angelegt, und die beiden Hinterachsenaggregate tragen dieses
Gewicht. Airbags 26, 30, 32 stützen Punkte
am Rahmen 12 auf den Achsenaggregaten ab. Wie oben erwähnt, ist
die Höhe
jedes Airbags, wie z. B. A, vom Hersteller vorgegeben, und wenn
diese Höhe
eingehalten wird, wird die Achse 34 des Antriebsachsenaggregats 20 bei
einer vorbestimmten Fahrhöhe
B unterhalb des Rahmens gehalten. Eine starke Abweichung gegenüber der
optimalen Airbaghöhe
bei den Airbags 30, 32 während einer beträchtlichen
Zeitdauer führt
zu potentiell zerstörerischen
Kräften,
wie z. B. rasche Abnutzung an Antriebsstrangteilen, die Drehmoment
von der Antriebswelle 40 auf die Antriebsachse 20 übertragen.
Eine starke Abweichung der Airbags von der optimalen Höhe kann
auch zu einer schlechten Aufhängung
des Rahmens führen,
was zum "Trampeln" auf der Straße und zu
anderen unerwünschten
Eigenschaften führen
kann.
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3 zeigt
im Detail die Aufhängung 42 in der
Nähe des
Antriebsachsenaggregats 20, welches Lager aufweist, die
die Achse über
eine seitliche Achse 34 drehbar führen. Ein Schwingarm 112 weist
ein um die Achse 45 mit einer Klammer 46 des Fahrzeugrahmens
drehbar verbundenes Endstück 44 auf. Der
Schwingarm weist ein weiteres Endstück 47 auf, das mit
dem Achsenaggregat 20 verbunden ist. Der Schwingarm kann
in Bezug auf die Lager 48 des Achsenaggregats fixiert werden,
und der Schwingarm ist drehbar (und in der Rotation) mit der Achse 110 des Achsenaggregats
verbunden. Der Airbag 30 trägt den Fahrzeugrahmen 12 über der
Achse bei dem Fahrhöhenstand
B. Wenn der Fahrhöhenstand
B der vom Hersteller eingestellte richtige Höhenstand ist, weist der Airbag
eine Höhe
A auf, und die Antriebswelle 40 erstreckt sich in dem vorbestimmten
Winkel für
minimale Abnutzung an den Getrieberädern, die eine Verbindung zur
Antriebswelle 40 herstellen. Der Schwingarm 112 (und
ein weiterer Schwingarm an der gegenüberliegenden Seite des Rahmens)
ermöglicht
die Regelung der horizontalen Position des Achsenaggregats 20 in
Bezug auf den Rahmen 12. Es wird angemerkt, dass andere
Elemente als Schwingarme, wie z.B. Träger in Form von Blattfedern
usw., für
die Regelung der horizontalen Position des Achsenaggregats verwendet
werden können, wobei
deren eingeschränkte
vertikale Bewegung zugelassen wird.
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Um
zu bestimmen, wann der Airbag sich im richtigen Höhenstand
A befindet, montiert der Anmelder ein Paar elektronische Neigungssensoren 50, 52, von
denen einer 50 an einem Punkt 56 auf dem Schwingarm 112 montiert
ist, um den Neigungswinkel des Schwingarms in Bezug auf die Schwerkraft
zu erfassen. Der andere Sensor 52 ist an einem Punkt 53 auf
dem Fahrzeugrahmen montiert. Die Differenz bei den Neigungswinkeln
entspricht dem Winkel H zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem Winkel
des Schwingarms, und der Sinus des Winkels H ist in der Darstellung
im Wesentlichen proportional zur Airbaghöhe A und zum Fahrhöhenstand
B. Wenn sich auch der Neigungswinkel H vorübergehend verändern kann,
so z.B. wenn das Fahrzeug beschleunigt, sollte der Winkel H im Prinzip
bei einem Wert verbleiben, der dazu führt, dass ein Fahrhöhenstand
B dem durch den Hersteller vorbestimmten entspricht. In 3 beträgt der Neigungswinkel
20,5°, und
der bevorzugte Airbaghöhenstand
A beträgt
38 cm (fünfzehn
Zoll). In dem Maße,
wie der Neigungswinkel H zunimmt, wird der Druck im Airbag gemindert,
um auf die vorangegangene Höhe
zurückzuführen und
umgekehrt, es sei denn, dass andere Überlegungen einen anderen Airbaghöhenstand
erfordern.
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Zu
Zeiten, zu denen die Fahrzeugausrichtung sich ändert, so z. B. wenn das Fahrzeug
eine Steigung hinauffährt
oder ein Gefälle
hinunterfährt. Diese
Veränderung
wird in gleichem Maße
die beiden Neigungssensoren 50 und 52 beeinflussen.
Wenn jedoch eine Last auf dem LKW platziert wird, tendiert die Höhe A des
Airbags dahin, abzunehmen, und auch der Winkel H nimmt ab, was zu
einer Veränderung
in der Differenz zwischen den Ausgängen der beiden Neigungssensoren 50, 52 führt. Das
Steuerungssystem erhöht
den Airbagdruck, um den Winkel H und demzufolge die Airbaghöhe A und
den Fahrhöhenstand
B auf die vorangegangenen optimalen Werte zurückzuführen. Entsprechend werden die
Airbaghöhe
A und der Winkel der Antriebswelle 40 dadurch gefunden,
dass die Differenz zwischen zwei Neigungssensoren herangezogen wird.
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Die
Ausgänge
der einzelnen Neigungssensoren werden für eine weitere Funktion herangezogen.
Sie zeigen an, wenn der LKW stabil und in einem Zustand befindlich
ist, in dem die Differenz der Ausgänge der beiden Neigungssensoren
ausreichend verlässlich
ist. Es gibt einige Bedingungen, wie z. B. starke Beschleunigung,
Verzögerung,
Durchfahren von Kurven usw., bei denen die Steuerung sämtliche
Korrekturen unterdrücken
wird, weil die Zustände
vorübergehender
Natur sind. Dies wird dadurch bestimmt, dass die einzelnen Neigungssensorausgänge durch
einen Software-Algorithmus geführt werden,
der kurzfristige (d.h. weniger als einige Sekunden dauernde) Veränderungen
herausfiltert. Beschleunigungsmesser und entsprechende elektrische
Steuerkreise können
ebenfalls für
das Abtasten und die Kompensation dieser kurzfristigen Zustände herangezogen
werden.
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Es
ist möglich,
lediglich die Neigung des Sensors auf dem Schwingarm für die Regelung
des Airbaghöhenstandes
heranzuziehen. Wenn beispielsweise das Gewicht auf der Vorderachse
zunimmt, während
das Fahrzeug in Bewegung ist, zeigt dies an, dass das Fahrzeug ein
Gefälle
befährt,
obwohl dies als (das Ergebnis) eines Neigungssensors betrachtet
werden könnte.
Alternativ kann der Anmelder die Anpassung des Airbagdrucks so lange
verzögern,
bis das Fahrzeug horizontal fährt
oder angehalten wird. Der Anmelder bevorzugt es, diese Verfahren
nicht zu nutzen.
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4 zeigt
den Aufbau einer Steuerung 60, die der Anmelder bereitstellt,
um den gewünschten Höhenstand
des Airbags zu halten und entsprechend den gewünschten Höhenstand in Fahrt bzw. den
Antriebswellenwinkel. Die Steuerung umfasst einen eine CPU (central
processing unit) und einen Speicher 74 umfassenden Schaltkreis,
der mit dem Neigungssensor 52 verbunden ist, welcher an
dem Fahrzeugrahmen montiert ist, um eine Neigungum die Seitenachse 64 zu
erfassen, die sich in einer seitlichen Richtung L erstreckt. Unter
anderem erzeugt der Schaltkreis ein Signal, das für den Unterschied der
Neigungswinkel charakteristisch ist. Die CPU 74 und der
Sensor 52 werden vorzugsweise im gleichen Gehäuse 75 montiert.
Die Steuerung ist auch mit dem Neigungssensor 50 verbunden,
der auf dem Schwingarm montiert ist und die Neigung um eine weitere
seitliche Achse erfasst. Die Steuerung steuert ein Paar Ventileinheiten 70, 72.
Ein Schlauch 76 führt
Druckluft, d.h. 9.660 hPa (140 psi) aus einer Druckluftquelle 78 am
Fahrzeug zu den Ventileinheiten 70, 72. Ein Elektrokabel 80 leitet
elektrischen Strom für
den Betrieb der Ventile und anderer Teile des Systems.
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Wenn
sich die von den Neigungssensoren 50, 52 erfasste
Differenz zwischen den Neigungswinkeln ändert, gibt der Schaltkreis 74 Signale
ab, die das Ventil 70 so betätigen, dass entweder Druckluft von
dem Schlauch 76 zu den Airbags 30, 32 fließt oder
dass die Airbags mit der Atmosphäre
verbunden werden, so dass Luft aus den Airbags abgelassen wird.
Es ist allgemein wünschenswert,
keine Luft in den Airbag zu leiten oder aus diesem abzulassen, wenn
er sich innerhalb einer vorbestimmten geringen Distanz oberhalb
oder unterhalb eines vorbestimmten Höhenstandes befindet. Entsprechend
erfasst die CPU kurz andauernde Veränderungen bei den Neigungswinkeldifferenzen
(d.h. solche, die weniger als einige Sekunden andauern), wie z.
B. wenn das Fahrzeug über
eine Unregelmäßigkeit
auf der Fahrbahn rollt, und ignoriert diese (ändert den Druck des Airbags
nicht). Dies kann mit einem Filter erreicht werden, der eine Frequenz
in der Größenordnung von
0,1 Hz und mehr blockiert.
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Das
Fahrzeug wird manchmal während
einer längeren
Zeitspanne geneigt sein, weil es sich nach oben oder nach unten
längs einer
geneigten Straße bewegt
oder weil es auf einer geneigten Fahrbahn abgestellt wird, und es
wird manchmal geneigt werden, weil es beschleunigt oder verzögert. Wie
oben erwähnt
ist die Einheit 74 so programmiert, dass eine Veränderung
des Luftdrucks als Ergebnis vorübergehender Änderungen,
wenn das Fahrzeug beschleunigt, verzögert, über eine Unebenheit fährt oder
in ein Schlagloch gerät,
verhindert wird.
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5 zeigt
einen bevorzugten Neigungssensor 52, den der Anmelder verwendet.
Der Neigungssensor 52 ist von dem Typ, der üblicherweise als
Beschleunigungsmesser verwendet wird und der ein Gewicht 80 aufweist,
das am Ende eines freitragenden Trägers 82 hängt. Ein
Detektor 84 erfasst das Biegen des Trägers, das zu einer vertikalen
Bewegung des Gewichtes führt.
Der Detektor 84 kann durch ein Paar Kondensatorplatten 85, 87 gebildet werden.
Die Kapazität
zwischen ihnen ändert
sich in dem Maße,
wie sich das Gewicht nach oben und unten bewegt, so dass gesagt
werden kann, dass der Detektor ein die Neigung anzeigendes Signal
erzeugt. Die Neigungssensoren können
in jeder beliebigen anfänglichen
Ausrichtung positioniert werden (erfassen jedoch eine Neigung um
parallele Achsen), und die anfängliche
Differenz in ihren Ausgängen wird
so betrachtet, dass sie den anfänglichen
Winkel H anzeigt. Eine Variante des Detektors 52 nach 5 ist
ein Detektor, der einen Widerstand oder einen sonstigen Streckungs-,
Schrumpfungssensor enthält,
der oben oder unten am Träger 82 befestigt ist,
um Veränderungen
beim Durchbiegen des Trägers
zu erfassen.
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Wenn
bei dem Detektor nach 5 das innere Ende 86 des
Trägers
horizontal verläuft,
entspricht dies einer vorbestimmten Trägerverbiegung und entsprechenden
Kapazität
des Detektors 84. Jede Veränderung der Kapazität zeigt
eine Neigung des inneren Endes 86 an. Es wird angemerkt,
dass Beschleunigungsmesser des bei 52 in 5 dargestellten
Typs sehr klein und üblicherweise
durch geätztes
Silizium gebildet werden, dass sie bei Joy Stick-Steuerungen zum
Detektieren von Neigungen verwendet wurden und dass sie beliebige Änderungen
der Neigung von ca. 0,2° erfassen
können,
wenn sie entsprechend konstruiert werden. Der Anmelder bevorzugt
derzeit, dass die Neigungssensoren Vorrichtungen mit zwei Achsen
sind, die jeweils einen zweiten Neigungssensor umfassen, um Neigungen in
der seitlichen Richtung L und in den Längsrichtungen M jeweils unabhängig voneinander
zu erfassen. Der Anmelder kann jeden Neigungssensor für maximale
Empfindlichkeit montieren. Beispielsweise kann der Anmelder den
Sensor 50 nach 3 in der Position 50A montieren,
um den Träger 86 nach 5 nahe
an der horizontalen Ausrichtung auszurichten.
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Wie
in 2 gezeigt, stellt der Anmelder Paare von Airbags 26A, 26B, 30A, 30B und 32A, 32B bereit,
um entgegengesetzte Seiten des Fahrzeuges abzustützen. Jedes Paar wird jeweils
durch die bei 26, 30 und 32 in Fig. angegebenen
Airbags dargestellt. Bei früheren Systemen
wurde üblicherweise
angenommen, dass der Druckwert von Airbags, wie z. B. 30A und 30B,
an gegenüberliegenden Seiten
des Fahrzeuges jeweils beim gleichen Luftdruck liegen sollte. Wenn
die Last auf dem Fahrzeug gut verteilt ist, so dass gegenüberliegende
Seiten die gleiche Belastung aufweisen, wird dies ausreichend sein.
Jedoch ist die Last in vielen Fällen
an gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeuges nicht gleichmäßig verteilt. Wenn in diesem
Fall der Luftdruck in jedem Paar Airbags, wie z.B. 30A, 30B,
gleich ist, dann wird sich die Rückseite
des Fahrzeugrahmens neigen, was zu einer beträchtlichen Neigung an der Oberseite
eines hohen Anhängers
führen
wird. Eine solche Neigung ist nicht wünschenswert, da dies dahin
tendiert, ein Verschieben der Last und ein Stampfen des Fahrzeuges
zu verursachen.
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Um
die Neigung eines Fahrzeuges, wie z. B. eines hohen Anhängers, zu
vermeiden, stellt der Anmelder einen weiteren, bei 100 in 5 gezeigten Neigungssensor
bereit, der sich in einer seitlichen Richtung L erstreckt, um ein
Seitwärtsneigen
des Fahrzeuges zu erfassen, was also eine Neigung über die
Längsrichtung
M ist (oder über
eine sich in der Längsrichtung
erstreckende Achse). Die Neigungssensorkonstruktion wird verwendet
mit der Ausnahme, dass der Neigungssensor 100 um 90° in Bezug auf
die Ausrichtung des Neigungssensors 52 ausgerichtet ist,
wobei jedoch sein Detektor 102 nach wie vor so positioniert
ist, dass die Neigung des Neigungssensors 100 bezogen auf
die Horizontale erfasst wird. Bei einer solchen Ausrichtung des
Neigungssensors 100 kann die Anwendung einen unterschiedlichen
Druck in einem Airbag, wie z.B. 30A, gegenüber einem
anderen Airbag 30B an der gegenüberliegenden Seite des Fahrzeuges
einhalten (die jedoch jeweils im gleichen Abstand von der Vorder- und
der Rückseite
eines Fahrzeuges angeordnet sind). Solche unterschiedlichen Drücke auf
gegenüberliegenden
Seiten werden üblicherweise
vorgehalten, um die Airbags an den gegenüberliegenden Seiten jeweils
ungefähr
bei dem vorgeschriebenen Höhenstand
zu halten. In 4 kann dies dadurch erreicht
werden, dass der Ausgang des Neigungssensors 100 verwendet
wird, um die Steuerung 60 in die Lage zu versetzen, den
durch die Ventile 70, 72 geregelten Luftdruck
in den beiden gegenüberliegenden
Airbags 30A, 30B (und 32A, 32B)
zu ändern.
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8 zeigt
ein System 174, bei dem eine Steuerung 176 die
Ausgänge
von drei Neigungssensoren 50P, 52P und 100P erfasst,
um den Luftdruck in jedem der vier Airbags 30A, 30B, 32A, 32B zu steuern.
Zwei der Neigungssensoren 50P, 52P entsprechen
den Neigungssensoren 50 und 52 nach 3 und
sind montiert zum einen auf einem Kipparm 112P und zum
anderen an dem Fahrzeugrahmen 12P. Der dritte Neigungssensor 100P entspricht dem
Neigungssensor 100 in 5 und wird
vorzugsweise an dem Rahmen 12P montiert. Der Neigungssensor 100P erfasst
die Neigung über
eine Längsachse
M1, die horizontal verläuft
und die zu den seitlichen Achsen L1, L2 der anderen Neigungssensoren senkrecht
ist.
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Die
Steuerung 176 passt den Luftdruck im Airbag 30A an,
der neben dem Schwingarm 112P liegt, um einen vorbestimmten
Höhenstand
des Airbags einzuhalten, was durch eine vorbestimmte Differenz in
den durch die Sensoren 50P und 52P erfassten Winkeln
erreicht wird. Die Steuerung passt den Luftdruck (4)
im Airbag 30B an, so dass, wenn der Airbag 30A sich
auf dem richtigen Höhenstand
befindet, es null Veränderung
des Neigens des Neigungssensors 100P (8)
um die Längsachse bezogen
auf eine Anfangsposition gibt. Ein zusätzlicher Neigungssensor 200P wird
eingesetzt, der auf dem entsprechenden Achsenaggregat 20 montiert ist,
um jede Neigung des Fahrzeuges aufgrund seitwärtiger Neigung der Straße zu messen.
Lediglich die Differenz zwischen den von den beiden Neigungssensoren 100P, 200P erfassten
Neigungswinkeln bzw. die Netto-Seitwärtsneigung
wird herangezogen, um den Luftdruck im Airbag 30B zu regeln. Der
Druck im Airbag 30B wird so angepasst, dass die Netto-Seitwärtsneigung
des Fahrzeuges auf im Wesentlichen null zurückgeführt wird. Der Höhenstand der
beiden Airbags 30A, 30B wird dann gleich sein (oder
aber eine Höhe
haben, die gleich ist der für
diesen Airbag vorbestimmten Höhe).
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Bei
dem vorstehenden Beispiel werden vier Neigungssensoren verwendet,
wobei ein Neigungssensor 50P auf einem Schwingarm, ein
Neigungssensor 200P auf dem Achsenaggregat und zwei Neigungssensoren 52P, 100P am
Rahmen montiert werden. Stattdessen kann der Anmelder auch einen
Neigungssensor auf jedem der beiden Schwingarme montieren.
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In 9 liegen
die Schwingarme 214, 216 an Punkten auf gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeugrahmens 220 und werden durch die beiden Airbags 30A, 30B abgestützt. Zwei
Neigungssensoren 230, 232 werden jeweils auf einem
der Schwingarme 214, 216 montiert. Jeder der Letztgenannten erfasst
eine Neigung über
die seitlichen Achsen L11 oder L12. Ein zusätzlicher Neigungssensor 234,
der eine Neigung über
die seitliche Achse L13 erfasst, ist an dem Rahmen 220 montiert.
Eine Steuerung, wie z. B. 172 in 8, erzeugt
ein Signal gleich der Differenz zwischen der Fahrzeugneigung über eine
seitliche Achse L13 und der Neigung jedes Schwingarms. Die Steuerung
passt den Luftdruck in jedem Airbag 30A, 30B in
der Weise an, dass die Differenz bei den Neigungswinkeln angibt,
dass der Airbag sich auf dem vorbestimmten Höhenstand befindet.
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Bei
den obigen Beispielen geht der Anmelder davon aus, dass der Fahrzeugrahmen
steif ist, so dass also die Neigung auf beiden Seiten gleich ist. Wenn
nicht, kann auf jeder Seite des Rahmens ein getrennter Neigungssensor
montiert werden.
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Der
Anmelder kann auch Sensoren, wie z. B. bei 110 in 6 und
bei 52 und 100 gezeigt, verwenden, um Vibrationen
des Fahrzeuges zu erfassen. Eine solche Vibration wird häufig durch
unzweckmäßiges Aufblasen
von Airbags, insbesondere bei leerem Fahrzeug verursacht. Das Vorhandensein
solcher Vibrationen, die von den Sensoren detektiert werden, wenn
diese als Beschleunigungsmesser herangezogen werden, kann dazu dienen,
den Airbagdruck leicht zu ändern
und diese Veränderung
zu verstetigen, wenn die Vibrationen abnehmen. Der besondere Sensor 110 hat
ein Gewicht 112, das unten an einem Träger 114 befestigt
ist. Seitlich beabstandete Wände 116 begrenzen
die Ablenkung, wenn das Fahrzeug eine kurvige Straße befährt.
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7 zeigt
einen Teil 150 eines weiteren Fahrzeugaufhängungssystems,
welches obere und untere Schwingarme 152, 154 aufweist,
deren obere Enden jeweils drehbar mit dem Fahrzeugrahmen 162 verbunden
sind. Die Schwingarme weisen untere Enden 161, 163 auf,
die drehbar mit einem Achsrahmen 164 verbunden sind, auf
dem eine Fahrzeugachse schwenkbar über Lager geführt wird.
Das untere Ende des unteren Schwingarms 154 weist eine
nach hinten gerichtete Verlängerung
auf, die einen Airbag 170 trägt. Ein Stoßdämpfer 172 verbindet
ebenfalls den Fahrzeugrahmen 162 mit dem Achsrahmen. Bei dieser
Art von Aufhängung
erfährt
der Achsrahmen 164 lediglich eine leichte Schaukelbewegung
(typischerweise innerhalb von 3°),
wenn der untere Schwingarm 154 sich über einen weiten Bereich (beispielsweise
bis zu 20°)
verschwenkt. Ein Neigungssensor 54A ist auf einem Kipparm
montiert, der durch den unteren Schwingarm 154 gebildet
wird, und der andere Neigungssensor 52A ist an dem Fahrzeugrahmen 162 montiert.
Eine Steuerung ähnlich
zur Steuerung 60 verwendet Ausgänge aus den Neigungssensoren 52A, 54B,
um den Höhenstand
der Airbags zu regeln.
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Wie
oben erwähnt,
ist ein Hauptzweck der Schwingarme 112 (3)
die Steuerung der horizontalen Position der Achsenaggregate, wie
z. B. 20 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen 12. Jedoch
können weitere
Elemente verwendet werden, um dies zu erreichen, entsprechend sind
Schwingarme nicht zwingend erforderlich. Ob bei der Aufhängung ein Schwingarm
verwendet wird oder nicht, kann unabhängig davon ein Kipparm verwendet
werden, dessen eines Ende drehbar mit dem Rahmen verbunden ist und dessen
anderes Ende drehbar mit dem Achsenaggregat verbunden ist, und wobei
ein Neigungssensor am Rahmen und der andere an dem Kipparm montiert
ist. In 3 dient der Schwingarm als solch ein
Kipparm.
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3 zeigt
einen Stoßdämpfer 170,
welcher einen Zylinder 172 und einen Kolben 174 umfasst, die
innerhalb des Zylinders zu gleiten vermögen (Teleskop). Die Oberseite
des Zylinders ist bei 180 am Rahmen über eine horizontale Achse
drehbar montiert, und die Unterseite des Kolbens ist bei 182 an dem
Achsenaggregat über
eine andere horizontale Achse drehbar verbunden (am unteren Ende
des Schwingarms 112). Es ist möglich, einen Neigungssensor
an dem Kolben oder Zylinder des Stoßdämpfers statt am Schwingarm 112 zu
montieren, wenn auch die Länge
des Stoßdämpfers sich
leicht verändert,
so dass der Stoßdämpfer als
ein Schwingarm dient. Jedoch zieht es der Anmelder vor, den Schwingarm
als Kipparm zu verwenden, wenn der Schwingarm Teil der Aufhängung ist.
Die Schwenkachsen bei 180, 182 an den entgegengesetzten
Enden des Kipparms sind vorzugsweise horizontal, wenn sie jedoch
um mehr als einige Grade von der Parallele zu den Achsen 34 abgewinkelt
sind, dann sollte der zweite Neigungssensor 52 so ausgerichtet sein,
dass er die Neigung über
eine parallele Achse erfasst.
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Während der
Anmelder den Ausdruck "drehbare
Verbindung" (pivotal
connection) oder Ähnliches herangezogen
hat, um bewegliche Gelenke, die ein Drehen erlauben, zu beschreiben,
sollte angemerkt werden, dass solche beweglichen Gelenke häufig andere
Bewegungen oder Freiheitsgrade am Gelenk ermöglichen und dass Ausdrücke wie "drehbare Verbindung" (pivotal connection)
so auszulegen sind, dass sie Verbindungen einschließen, die
eine oder mehrere Bewegungen zusätzlich
zum Drehen über eine
Achse erlauben.
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Entsprechend
liefert die Erfindung ein Fahrzeugaufhängungssystem mit einer elektronischen Sensoranordnung
für das
Erfassen von Veränderungen
des Airbaghöhenstandes
durch Erfassen der Neigung eines Kipparms, der drehbar mit dem Rahmen
und einem Achsenaggregat verbunden ist. Soweit ein Schwingarm herangezogen
wird, um die Regelung der horizontalen Position des Achsenaggregates
in Bezug auf den Rahmen zu ermöglichen, zieht
es die Anmeldung vor, den Neigungssensor auf dem Schwingarm zu montieren.
Allgemein wird ein weiterer Neigungssensor am Fahrzeugrahmen montiert,
wobei die Differenz zwischen den beiden Neigungswinkeln für die Neigung
des Schwingarms relativ zum Rahmen charakteristisch ist. Dies vermeidet das
Erfordernis mechanischer Mechanismen (mechanical mechanisms), deren
Genauigkeit beeinträchtigt werden
kann und die eher beschädigt
und abgenutzt werden können.
Die beiden Neigungssensoren können
die Neigung des gesamten Fahrzeuges erfassen, wie z.B. wenn das
Fahrzeug auf einer geneigten Straße bzw. Fahrbahn befindlich
ist. Der Anmelder zieht es vor, Neigungssensoren in Form von Beschleunigungsmessern
des Typs zu verwenden, bei dem ein Gewicht am Ende eines freihängenden
Trägers
hängt,
um die Neigung in dem Luftfederungsanpassungssystem zu erfassen.
Jedoch kann jeder beliebige Sensor herangezogen werden, der die
Neigung eines Arms in Bezug auf den Schwerpunkt oder den Rahmen
oder die Achse erfasst, wobei die entsprechende Neigung eine Veränderung des
Airbaghöhenstandes
anzeigt, soweit der Sensor einen elektrischen Ausgangswert ohne
mechanische Verbindungen zwischen dem Arm und dem Sensor erzeugt.
Ein Neigungssensor kann herangezogen werden, um die Neigung auf
einer Seite des Fahrzeuges relativ zu einer gegenüberliegenden
Seite zu erfassen. Ein solches seitliches Neigen und Neigungssensoren
auf einem Arm und am Rahmen können verwendet
werden, um einen korrekten Airbaghöhenstand auf beiden gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeuges aufrecht zu erhalten. Es ist weiter möglich, Neigungssensoren
an Schwingarmen (oder weiteren Kipparmen) an gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeuges neben gegenüberliegenden Airbags zu montieren.
Dann verwendet der Anmelder die Differenz zwischen jedem Sensor
an einem Schwingarm und einem Sensor am Rahmen für die Steuerung des Drucks
in Airbags neben den beiden Schwingarmen.
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Wiewohl
bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben und hierin gezeigt wurden, ist es offensichtlich,
dass Änderungen
und Varianten für den
Fachmann gegebenenfalls offensichtlich sind, und es besteht entsprechend
die Absicht, dass die Patentansprüche so ausgelegt werden, dass
solche Modifikationen und Äquivalente
mit abgedeckt werden.