DE19701713C1 - Appliance for contactless measurement of clearance within an air spring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung innerhalb der Luftfeder eines Kraftfahrzeuges mit einer Ultraschallanordnung nach der Impuls/Echo-Methode.The invention relates to a device for non-contact distance measurement within the air spring of a motor vehicle with an ultrasonic arrangement the impulse / echo method.
Entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Anordnung aus einer chassisfesten Sende-/Empfangskomponente und einer achsfesten Reflektorkomponente, wie sie z. B. aus der DE 36 20 957 A1 vorbekannt ist.According to the generic term of Claim 1, the arrangement consists of a chassis-fixed Transceiver component and a fixed axis Reflector component, as z. B. from DE 36 20 957 A1 is known.
Luftfedern sind als tragende Teile im Fahrzeug zwischen Achse und Aufbau angeordnet. Da sich der Abstand zwischen Aufbau und Achse auch bei unterschiedlichen Beladungszuständen nicht ändern soll, ist es erforderlich, die Luftfederhöhe zu messen und bei Abweichungen das System durch Aufpumpen bzw. Ablassen von Luft nachzuregeln.Air springs are used as load-bearing parts in the vehicle Axis and body arranged. Because the distance between Structure and axis even with different Load conditions should not change, it is necessary to measure the air spring height and, in the event of deviations, the system readjust by inflating or deflating air.
Luftultraschall-Abstandsmessung wird z. B. bei der Füllstandsmessung von Behältern, zur Vermessung von Wohnräumen, zur Abstandsmessung beim Einparken mit dem Kraftfahrzeug, zur Entfernungsmessung bei Autofokus- Fotoapparaten usw. eingesetzt.Air-ultrasonic distance measurement is e.g. B. at the Level measurement of containers, for measuring Living spaces, for distance measurement when parking with the Motor vehicle, for distance measurement with autofocus Cameras etc. used.
Zur Bestimmung des Abstands zwischen Fahrzeugaufbau und Achse sind innerhalb des Luftfederbalges Strecken von ca. 0-600 mm Länge bei Temperaturen zwischen -40°C und +120°C zu vermessen. To determine the distance between the vehicle body and Axis are distances of approx. 0-600 mm within the air bag Length at temperatures between -40 ° C and + 120 ° C to measure.
Ein Vorteil bei der Verwendung von Ultraschall innerhalb von Luftfedern besteht darin, daß keine Verwirbelung der Schallwellen durch den Fahrtwind möglich ist.An advantage when using ultrasound within of air springs is that there is no swirling of the Sound waves from the airstream is possible.
In der genannten Offenlegungsschrift wird ein Luftfedersystem beschrieben, welches eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Abstands zwischen dem karosseriefesten Teil der Feder, einerseits, und dem achsfesten Teil der Feder, andererseits, enthält. Die Meßvorrichtung besteht aus einem Ultraschallwandler zur Aussendung einer Reihe von Impulsen in axialer Richtung der Feder. Weiterhin sind Mittel zum Empfang dieser axial ausgerichteten Impulse vorgesehen, nachdem sie mindestens einmal die Höhe des Gehäuseinneren durchlaufen haben. Vorzugsweise ist das zweite Endglied ein Reflektor, und der Empfänger befindet sich im Bereich des Senders.In the aforementioned publication, a Air spring system described, which is a measuring device to determine the distance between the body-fixed Part of the spring, on the one hand, and the axially fixed part of the Feather, on the other hand, contains. The measuring device exists from an ultrasonic transducer to emit a number of Pulses in the axial direction of the spring. Furthermore are Means for receiving these axially aligned pulses provided after at least once the amount of Have passed through the interior of the housing. Preferably that is second end link a reflector, and the receiver is located yourself in the area of the transmitter.
Die mit solchen Sende-/Empfangseinheiten ausgestatteten Luftfedern konnten sich in der Praxis nicht durchsetzen. Als nachteilig hat sich nämlich herausgestellt, daß sich die Sende-/Empfangseinheit mittig auf der Längsachse an dem oberen Teil der Luftfeder befindet. Um den nötigen Bauraum für dieses Teil und deren Zuleitungen zu schaffen, ist es erforderlich, den mittig oberhalb der Luftfeder befindlichen Fahrzeuglängsträger anzubohren oder ihn konstruktiv mit einer entsprechenden Aussparung zu versehen. Dies erfordert zusätzliche Fertigungsschritte und ist schwer zu montieren.Those equipped with such transmitting / receiving units Air springs could not prevail in practice. It has been found to be disadvantageous that the transmitter / receiver unit is centered on the longitudinal axis on the upper part of the air spring. To the necessary space It is to create for this part and its supply lines required, in the middle above the air spring drilling the existing vehicle side member or him constructively with a corresponding recess Mistake. This requires additional manufacturing steps and is difficult to assemble.
Auch sind Tragkonstruktionen bekannt, bei denen Tragböcke seitlich am Fahrzeugrahmen angebracht sind, wodurch die gesamte Luftfederplatte bedeckt ist. Support structures are also known in which support frames are attached to the side of the vehicle frame, making the entire air spring plate is covered.
Aus diesem Grunde ist eine externe Anbringung einer Sende/Empfangs-Komponente zur Messung der Federhöhe problematisch.For this reason, an external attachment is a Send / receive component for measuring the spring height problematic.
Andererseits ist der Einsatz eines Sensors innerhalb der Luftfeder durch den in den meisten Fällen vorhandenen Anschlag- bzw. Notlaufpuffer bzw. bei Federbeinen auch durch den innenliegenden Dämpfer mit PU-Zusatzfeder und den daraus resultierenden Bauraumproblemen schwierig.On the other hand, the use of a sensor within the Air spring through the existing in most cases Stop or emergency running buffers or with struts too thanks to the internal damper with additional PU spring and the resulting space problems difficult.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme zu lösen und die damit verbundenen Schwierigkeiten mit Hilfe einer einfachen und universell einsetzbaren Ultraschall-Vorrichtung zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The present invention is based on the object solve the problems mentioned and the related Difficulties with the help of a simple and universal overcome usable ultrasound device. This object is achieved by the specified in claim 1 Features resolved.
Die Erfindung basiert auf dem Einsatz der Ultraschall- Laufzeitmessung als Methode zur Abstandsmessung in Luftfedern. Entsprechend Anspruch 1 wird der Ultraschall hierbei nicht direkt von einem an oder in der Luftfeder montierten Schallwandler in die Meßstrecke sondern durch die Druckluftzuleitung in den Innenraum der Feder abgestrahlt und nach Reflexion an einer achsfesten Reflektorkomponente wieder empfangen.The invention is based on the use of ultrasound Runtime measurement as a method for measuring distance in Air springs. According to claim 1, the ultrasound not directly on or in the air spring mounted transducers in the test section but through the compressed air supply in the interior of the spring emitted and after reflection on a fixed axis Reflector component received again.
Dadurch wird der Einsatz des Sensors auch dort ermöglicht, wo aufgrund von beengten Einbauverhältnissen die direkte Integration in die Luftfeder nicht möglich ist.This also enables the sensor to be used there, where due to cramped installation conditions the direct Integration in the air spring is not possible.
Man ist weder auf eine spezielle Fahrzeugträgerkonstruktion noch auf eine besondere Ausgestaltung der Luftfeder angewiesen.One is not on a special vehicle carrier construction still on a special design of the air spring reliant.
Auch braucht kein Eingriff in den vorhandenen Fahrzeugträger vorgenommen zu werden.Also, there is no need to interfere with the existing one Vehicle carrier to be made.
Die zu der Ultraschall-Komponente korrespondierende Reflektorkomponente kann Teil des üblichen Gummipuffers sein. D. h.: Für den Reflektor werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Auch gibt es durch die Reflektorkomponente keine Verringerung des Federfreiwegs. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Reflektors wird stets genügend Ultraschall auf den Empfänger zurückgeworfen. Das Nutzsignal ist so groß, daß es eindeutig aus diversen Störstrahlen (Mehrfachreflexionen usw.) herausgelesen werden kann.The one corresponding to the ultrasound component Reflector component can be part of the usual rubber buffer be. I.e .: There are no additional ones for the reflector Components needed. There are also through the Reflector component no reduction in spring clearance. By a suitable design of the reflector always enough ultrasound on the receiver thrown back. The useful signal is so large that it clearly from various interfering rays (multiple reflections etc.) can be read out.
Wegen der mittigen Anordnung des Reflektors haben Torkelschwankungen keinen Einfluß auf die zu messende (mittlere) Federhöhe.Because of the central arrangement of the reflector Torkel fluctuations have no influence on the measured (medium) spring height.
Für den Fall, daß sich der Gummipuffer nicht auf dem Abrollkolben sondern an der Abdeckplatte befindet, kann auch ein sonstiges erfindungsgemäß geformtes, auf dem Abrollkolben angebrachtes Aufbauteil als Reflektor dienen.In the event that the rubber buffer is not on the Roll piston but located on the cover plate, can also another according to the invention, on which Roll-off piston attached body serve as a reflector.
Die Anordnung der Ultraschall-Komponente in der Luftzuleitung hat den Vorteil, daß von dem Einfederweg nichts verlorengeht. Die Luftzuleitung ist von außen demontierbar. Damit ist die Ultraschall-Komponente leicht zugänglich. Eine elastische Lagerung der Ultraschall- Komponente verhindert Ausbreitung von Körperschall in der Anschlußplatte der Luftfeder und gewährleistet eine zuverlässige Dichtheit gegenüber dem Außenraum. Ein im Bereich der Ultraschall-Komponente zu installierender Thermofühler kann zur rechnerischen Kompensation der sich mit den Temperaturschwankungen ergebenden Variation der Schallgeschwindigkeit dienen.The arrangement of the ultrasound component in the Air supply has the advantage that of the deflection nothing is lost. The air supply line is from the outside removable. This makes the ultrasonic component light accessible. Elastic support of the ultrasound Component prevents the spread of structure-borne noise in the Connection plate of the air spring and ensures a reliable tightness to the outside. An im Area of the ultrasound component to be installed Thermal sensor can be used for computational compensation with the variation of the temperature fluctuations Serve the speed of sound.
Wählt man als Luftzuleitung ein vorgeformtes Rohr aus Metall oder Kunststoff, das innen durchgehend glatt ist, so ergibt sich Totalreflexion an den Innenwänden. Damit ist ein hoher Wirkungsgrad gegeben. Eine weitere Verbesserung der Signalausbeute wird erreicht, wenn sich der Schallkanal vom Sender zum Luftfederraum hin konisch erweitert.If you select a preformed tube as the air supply Metal or plastic that is smooth throughout, so there is total reflection on the inner walls. So that is given a high degree of efficiency. Another improvement The signal yield is achieved when the sound channel flared from the transmitter to the air suspension chamber.
Soll eine Relativmessung (siehe z. B. DE 36 20 957 A1, Ansprüche 3ff) durchgeführt werden, so kann eine im Zuleitungsquerschnitt befindliche Sprungstelle als Fixpunkt einer Reflexion dienen und damit zur Bildung einer Referenzstrecke verwendet werden.If a relative measurement (see e.g. DE 36 20 957 A1, Claims 3ff) are carried out, one can in Cross-section of the supply line as a fixed point serve a reflection and thus to form a Reference route can be used.
Als Reflektor für eine Referenzstrecke kann z. B. eine in der Luftzuleitung befindliche vorspringende Kante dienen. Weist die in die Abdeckplatte eingelassene Luftzuleitung keine abgerundeten Kanten auf, so ergibt sich hier eine Sprungstelle des Ultraschall-Wellenwiderstands, was ebenfalls zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Reflexion des Ultraschallsignals führt.As a reflector for a reference path z. B. one in projecting edge located on the air supply line. Indicates the air supply line embedded in the cover plate no rounded edges, there is one here Jump point of the ultrasonic wave resistance what also to a more or less pronounced reflection of the ultrasound signal.
Will man eine Reflexion an der Übergangsstelle Luftzuleitung/Luftfederraum weitgehend vermeiden, so sollte ein hornförmiges Endstück (z. B. Exponential- oder Katenoid-Horn) der Luftzuleitung gewählt werden.If you want a reflection at the transition point Avoid air supply line / air spring chamber as far as possible a horn-shaped end piece (e.g. exponential or Catenoid horn) of the air supply line.
Eine weitere Optimierung bezüglich unerwünschter Reflexionen kann erreicht werden, wenn der Rohrdurchmesser der Zuleitung (bedeutend) kleiner als ein evtl. am Rohr befindlicher Krümmungsradius ist.Another optimization regarding unwanted Reflections can be achieved if the pipe diameter the supply line (significantly) smaller than one possibly on the pipe is the radius of curvature.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention shown.
Die Abbildung zeigt ausschnittsweise eine Luftfeder nebst Ultraschall-Anordnung im Längsschnitt.The illustration shows a section of an air spring and its parts Ultrasonic arrangement in longitudinal section.
Üblicherweise besteht eine Luftfeder 2 im wesentlichen aus einer Abdeckplatte (Bördelplatte) 4, einem Rollbalg 6 und einem Abrollkolben. Die Abdeckplatte 4, die am Fahrzeuglängsträger 8 chassisfest angebracht ist, ist von einer Luftzuleitung 10 durchbrochen.An air spring 2 usually consists essentially of a cover plate (flare plate) 4 , a rolling bellows 6 and a rolling piston. The cover plate 4 , which is attached to the vehicle side member 8 fixed to the chassis, is pierced by an air supply line 10 .
Der Abrollkolben ist radseitig befestigt. Beim Einfederungsvorgang rollt der Rollbalg 6 auf dem Abrollkolben ab, wobei sich der (lichte) Abstand zwischen Abdeckplatte 4 und Abrollkolben entsprechend ändert. Diesen Abstand gilt es zu messen.The rolling piston is attached to the wheel. During the deflection process, the bellows 6 rolls on the rolling piston, the (clear) distance between the cover plate 4 and the rolling piston changing accordingly. This distance has to be measured.
Zu diesem Zweck befindet sich in der Luftzuleitung 10 erfindungsgemäß eine als Sender und Empfänger ausgebildete Ultraschall-Komponente 12.For this purpose, according to the invention there is an ultrasound component 12 designed as a transmitter and receiver in the air supply line 10 .
Um ein Aufpumpen oder Ablassen von Druckluft in den Luftfedrraum 16 nicht zu behindern, ist diese Sende/Empfangskomponente 12 in einer rohrstutzenförmigen Verlängerung 22 der Zuleitung 10 angeordnet, wobei der Eintritt der Druckluft vorzugsweise seitlich erfolgt.In order not to impede the inflating or discharging of compressed air into the air suspension space 16 , this transmitting / receiving component 12 is arranged in a pipe socket-shaped extension 22 of the feed line 10 , the compressed air preferably entering laterally.
Die Ultraschall-Komponente 12 ist mittels eines Lagers 14 elastisch in der Weise angebracht, daß Luftdichtheit zwischen der Druckkammer (Innenraum der Luftfeder) 16 und dem Außenraum 18 besteht.The ultrasonic component 12 is elastically attached by means of a bearing 14 in such a way that there is airtightness between the pressure chamber (interior of the air spring) 16 and the exterior 18 .
Neben dem Ultraschallwandler 12 kann ein Temperaturfühler 20 angeordnet sein.A temperature sensor 20 can be arranged in addition to the ultrasound transducer 12 .
Durch die erfindungsgemäß gestaltete Luftzuleitung 10 wird der in der Luftfeder 2 befindliche Freiraum genausowenig eingeschränkt wie mit einer herkömmlichen Luftzuleitung.The air supply line 10 designed according to the invention restricts the free space in the air spring 2 just as little as with a conventional air supply line.
Mitten auf dem Abrollkolben befindet sich üblicherweise ein Gummipuffer, der als Reflektorkomponente dienen kann.In the middle of the rolling piston there is usually a Rubber buffer that can serve as a reflector component.
22nd
Luftfeder
Air spring
44th
Abdeckplatte (Bördelplatte)
Cover plate (flare plate)
66
Rollbalg
Bellows
88th
Fahrzeug(längs)träger
Vehicle (longitudinal) carrier
1010th
Luftzuleitung
Air supply
1212th
Sender und Empfänger, Ultraschall-Komponente
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1414
elastisches Lager
elastic bearing
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Druckkammer, Luftfederraum
Pressure chamber, air suspension chamber
1818th
Außenraum
Outside space
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120801 |