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Dokumentenidentifikation DE202004014323U1 09.03.2006
Titel Sensoreinheit für ein Kraftfahrzeug sowie ein Sensorsystem und ein Kraftfahrzeug hiermit
Anmelder AB Elektronik GmbH, 59368 Werne, DE
Vertreter Wenzel & Kalkoff, 58452 Witten
DE-Aktenzeichen 202004014323
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 09.03.2006
Registration date 02.02.2006
Application date from patent application 15.09.2004
IPC-Hauptklasse B60G 17/015(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B60G 23/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für ein Kraftfahrzeug sowie ein Sensorsystem und ein Kraftfahrzeug hiermit.

Bekannt sind Kfz-Sensoreinheiten mit einem Höhenstandssensor, auch bezeichnet als Fahrzeugniveaugeber. Ein solcher Sensor erzeugt ein Signal zur Messung der Höhe eines Karosserieteils gegenüber einem Achsteil eines Kfz. Als Achsteil wird hierbei ein mit mindestens einem Rad verbundenes Teil bezeichnet. Die vom Höhenstandssensor ermittelte Höhe gibt somit Aufschluß darüber, in welcher relativen Position sich das Achsteil zu einem Karosserieteil befindet, d. h. wie weit bspw. die Radaufhängung eingefedert ist.

Ein entsprechender Höhenstandssensor ist bspw. in der EP-A-318 145 offenbart. Über ein System mit zwei Hebeln wird der zu messende Höhenwert in eine Rotation umgesetzt. Mittels Halleffekt-Schaltern können verschiedene Drehpositionen erkannt werden. Das hieraus gewonnene Signal wird zur Steuerung einer steuerbaren Aufhängevorrichtung verwendet.

Auch die EP-A-943 469 zeigt einen Höhenstandssensor. Dieser weist ein Gehäuse mit einer Welle auf, an der ein Umlenkarm angeordnet ist, der mit einem Achsteil bzw. einem Karosserieteil verbunden wird. Ein erstes Sensorelement ist mit der Welle und ein zweites Sensorelement mit einer Leiterplatte des Gehäuses verbunden. Die Drehbewegung der Welle wird gemessen. Als Meßverfahren sind ein induktives Meßprinzip, ein Potentiometer, eine magneto-resistive Sensoranordnung und ein Hall-Meßprinzip genannt. Das so gebildete Meßsignal wird in einer Leuchtweiten-Steuerschaltung weiterverarbeitet.

Auch der in der DE-A-43 09 226 gezeigte Höhenstandssensor weist zwei beweglich zueinander angeordnete, miteinander verbundene Bauteile auf. Das eine Bauteil ist mit dem Fahrzeugchassis und das andere Bauteil mit der Radaufhängung verbunden. Ein Zapfen ist in einem Kugelgelenk gelagert. Der Zapfen wirkt als Hebel, der Höhenstandsänderungen in eine Drehbewegung im Kugelgelenk umsetzt. Diese Drehbewegung wird mittels eines magneto-resistiven Sensors gemessen.

Schließlich zeigen die DE-A-198 43 388 und DE-A-198 24 862 Verfahren zur Regelung der Leuchtweite von Fahrzeugscheinwerfern. Darin wird jeweils das Signal von einem, bevorzugt zwei Höhenstandssensoren ausgewertet, um Stellelemente anzusteuern und so die Scheinwerferposition im Sinne einer Konstanthaltung der Leuchtweite verstellen. In der DE-A-198 24 862 wird hierbei die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs aus dem Tachosignal ermittelt und bei der Regelung verwendet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Kfz-Sensoreinheit sowie ein entsprechend ausgerüstetes Sensorsystem und Kraftfahrzeug vorzuschlagen, mit der relevante Größen für die Lagekontrolle eines Kfz ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit nach Anspruch 1, ein Sensorsystem nach Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit weist einerseits einen Höhenstandssensor und andererseits einen Beschleunigungssensor auf. Mit dem Beschleunigungssensor kann der Wert einer Beschleunigung in mindestens einer Achse direkt, d. h. ohne Rückgriff bspw. auf das Tachosignal ermittelt werden kann. Hiermit ist eine sehr schnelle und genaue Messung eines momentanen Beschleunigungswerts möglich.

Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinheit ist, daß in einer einzigen, kompakten Einheit zwei Werte erfaßt werden, die für verschiedene Steuerfunktionen ausgewertet werden können. Durch Verwendung einer gemeinsamen Sensoreinheit für beide Erfassungen wird der Installationsaufwand geringer. Es ist ein gemeinsamer Anschluß möglich, so daß der Installationsaufwand weiter sinkt und vorhandene Verkabelung besser ausgenutzt wird. Auch die Gesamtkosten der Bauteile sind geringer, da Komponenten, bspw. das Gehäuse, für beide Komponenten der Sensoreinheit gemeinsam verwendet und nicht doppelt vorgesehen sein müssen.

Der Beschleunigungssensor kann als integrierte Schaltung ausgebildet sein. Bevorzugt umfaßt ein Sensorgehäuse den Beschleunigungssensor und mindestens ein Sensorteil des Höhenstandssensors. Ein Anschlußkabel kann zum gemeinsamen Anschluß von Höhenstandssensor und Beschleunigungssensor vorgesehen sein. Hierbei können die Signalwege von Höhenstands- und Beschleunigungssensor vollständig voneinander getrennt sein. Alternativ kann auch in der Sensoreinheit eine gemeinsame Interface-Einheit vorgesehen sein, die Signale sowohl des Höhenstandssensors als auch des Beschleunigungssensors übermittelt.

Der Höhenstandssensor selbst kann einerseits in der bekannten Bauform mit mindestens einem Hebel ausgeführt sein, der eine Schwenkbewegung entsprechend der Bewegung des Achsteils gegenüber dem Karosserieteil ausführt. Die Sensorgröße wird dann mittels eines Drehsensors ermittelt, der als Induktivsensor ausgeführt ist. In diesem Fall ist der eine Sensorteil der Stator des Drehsensors und der andere Sensorteil umfaßt den Hebel und den Rotor des Drehsensors.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß eines der Sensorteile einen Spulenschaltkreis mit mindestens einer Sendespule und mindestens einer Empfangsspule umfaßt. Das andere Sensorteil umfaßt ein induktives Koppelelement, das bspw. als Resonanzschaltkreis ausgeführt sein kann. Die relative Position der Sensorteile zueinander wird aus der Überkopplung eines Signals von der Sendespule über das induktive Koppelelement in die Empfangsspule ermittelt. Bevorzugt ist hierbei karosserieseitig der Spulenschaltkreis und achsseitig das induktive Koppelelement angeordnet.

Nachfolgende werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 in schematischer Seitenansicht ein Karosserieteil eines Kfz mit Radaufhängung und einer ersten Ausführungsform eines Höhenstandssensors;

2 in schematischer Seitenansicht ein Karosserieteil eines Kfz mit Radaufhängung und einer zweiten Ausführungsform eines Höhenstandssensors;

3 in schematischer Draufsicht ein Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinheit und

4 in schematischer Darstellung elektrische Funktionseinheiten der Sensoreinheit aus 2.

In 1 und 2 sind zunächst allgemein zwei Ausführungen von Höhenstandssensoren dargestellt. In schematischer Darstellung ist jeweils gezeigt ein Karosserieteil 10 eines Kfz, an dem über eine Radaufhängung 12 ein Achsteil 14 mit einem Rad 16 angebracht ist. Bei entsprechenden Kräften auf das Rad 16 federt die Achse 14 in der Radaufhängung 12 ein, so daß es zu einer Relativbewegung zwischen Achsteil 14 und Karosserieteil 10 kommt, wie durch die Doppelpfeile angedeutet. In 1 und 2 sind nun jeweils Höhenstandssensoren angeordnet, wobei 1 eine erste Ausführungsform eines Höhenstandssensors 20a und 2 eine zweite Ausführungsform eines Höhenstandssensors 20b zeigt.

Bei der ersten Ausführungsform eines Höhenstandssensors 20a gemäß 1 sind zwei Hebel 22 jeweils schwenkbar zwischen Befestigungspunkten am Achsteil 14 und Karosserieteil 10 angeordnet. Einer der Hebel 22 endet in einem Rotor 26 einer Sensoreinheit 24.

Über die Hebel 22 wird die Linearbewegung beim Einfedern der Achse 14 in eine Drehbewegung des Rotors 26 der Sensoreinheit 24 umgesetzt, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Die Stellung des Rotors 26 gegenüber einem in der Sensoreinheit 24 angeordneten Stator (nicht dargestellt) wird mittels eines induktiven Drehsensors oder eines Halleffekt-Drehsensors ermittelt. Die Sensoreinheit 24 ist über einen Steckkontakt 28 an ein Leitungskabel 30 des Kabelbaums des Kfz angeschlossen.

Bei der alternativen Ausgestaltung eines Höhenstandssensors 20b gemäß 2 sind keine Hebel vorgesehen, mit denen die Bewegung beim Einfedern in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Stattdessen bilden ein fest mit dem Achsteil 14 verbundenes induktives Koppelelement 36 und eine in einer Sensoreinheit 34 angeordnete Spulenanordnung einen induktiven Linearsensor.

Entsprechende induktive Linearsensoren sind an sich bekannt. Sie umfassen mindestens eine Sende- und eine Empfangsspule. Die Überkopplung zwischen den Spulen erfolgt positionsabhängig über das induktive Koppelelement 36. Eine mögliche Realisierung eines induktiven Linearsensors ist angegeben in der WO 03/038379.

Beim Einfedern der Achse 14 bewegt sich das unmittelbar vor der Sensoreinheit 34 angeordnete induktive Koppelelement 36 in Längsrichtung der Sensoreinheit. Die Stellung des induktiven Koppelelements gegenüber der Sensoreinheit 34 wird gemessen. Der Sensorwert wird als elektrisches Signal über eine Leitung 30 des Kabelbaums des Kfz weitergegeben, die über einen Stecker 28 mit der Sensoreinheit 34 verbunden ist.

In 3 ist in schematischer Draufsicht ein Kfz 40 gezeigt, an dessen Hinterachse eine Sensoreinheit 24, 34 (je nach Ausführung) angeordnet ist.

Hierbei umfaßt die Sensoreinheit 24, 34 außer den oben beschriebenen Teilen eines Höhenstandssensors 20a, 20b einen Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor ist als integrierte Schaltung auf einer Platine im Gehäuse der Sensoreinheit 24, 34 angeordnet.

Der Beschleunigungssensor ist als Mikrostruktur ausgebildet mit einer mittels Polysilizium-Federn aufgehängten zentralen Masse. Wirken Beschleunigungskräfte auf die Masse so wird diese gegen die Federn ausgelenkt. Die Auslenkung wird durch eine Kapazitätsänderung von an der Masse angebrachten Mikro-Kondensatoren ermittelt.

Ein Beispiel für einen entsprechenden Beschleunigungssensor ist ein ADXL103 erhältlich von Analoge Devices. In diesem Fall handelt es sich um einen Sensor für Beschleunigung in nur einer Achse. Der Sensor wird hierbei im Kfz 40 so angeordnet, daß die Beschleunigung in dessen Längsrichtung X gemessen wird.

Alternativ kann auch die Beschleunigung in mehr als einer Achse gemessen werden. Bspw. kann ein ADXL203 der Firma Analog Devices eingesetzt werden, mit dem Beschleunigungen in zwei senkrecht zueinander angeordneten Achsen meßbar sind. In diesem Fall wird die Beschleunigung in Längsrichtung (X) und Querrichtung (Y) des Kfz 40 gemessen.

Der Beschleunigungssensor der Sensoreinheiten 24, 34 ist ebenfalls über Stecker 28 an dem Kabelbaum 30 angeschlossen. Über diesen werden die Signale des Sensors zu einer Steuereinheit 50 des Kfz 40 übermittelt. Im gezeigten Beispiel werden hierbei die Signale des Beschleunigungssensors und des Höhenstandssensors der Sensoreinheiten 24, 34 jeweils separat voneinander übertragen. In der Steuereinheit 50 können die Signale geeignet verarbeitet werden, bspw. für ESP, Leuchtweitekorrektur oder Fahrwerksabstimmung.

In 4 ist in schematischer Darstellung das Sensorsystem bestehend aus der Kfz-Steuereinheit 50, dem Kabelbaum 30 und der Sensoreinheit 34 dargestellt. Die Sensoreinheit 34 umfaßt ein Gehäuse 38, in dem auf einer gemeinsamen Platine einerseits ein integrierter Beschleunigungssensor 42 angeordnet ist, bspw. ein ADXL203 (hier symbolisch gezeigt mit einer Beschleunigungsmasse 44 und einer Auswerte- und Signalelektronik 46). Andererseits umfaßt das Gehäuse 38 eine ausgedehnte Spulenanordnung 48 und zugehörige Auswerteelektronik 52. Wie in der WO-A-03/038379 beschrieben umfaßt die Spulenanordnung 48 räumlich in Quadratur angeordnete Sendespulen und eine als Leiterschleife ausgebildete Empfangsspule. Ein induktives Koppelelement 36, das bevorzugt als Resonanzkreis ausgeführt ist, sorgt für eine ortsabhängige Überkopplung eines Wechselspannungs-Signals an den Erregerspulen in die Empfängerspule. Durch Auswertung der Phase des in der Empfängerspule empfangenen Signals in der Auswerteelektronik 52 kann so die relative Position des Elements 36 gegenüber der Spulenanordnung 48 festgestellt werden.

Die Elektronik-Schaltungen 52, 46 umfassen jeweils Ausgabeschaltungen zum Anschluß an den Kabelbaum 30, so daß die jeweiligen Sensorsignale bspw. als analoge Spannungssignale oder digital, bspw. als PWM-Signale zur Steuereinheit 50 übertragen werden können.


Anspruch[de]
  1. Sensoreinheit für ein Kraftfahrzeug

    – mit einem induktiven Höhenstandssensor (20a, 20b) zur Messung der Position eines Karosserieteils (10) gegenüber einem Achsteil (14), wobei der Höhenstandssensor mindestens zwei Sensorteile umfaßt, von denen ein erstes Sensorteil (48) mit dem Karosserieteil (10) und ein zweites Sensorteil (36) mit dem Achsteil (14) verbindbar ist, und wobei der Höhenstandssensor einen Meßwert entsprechend der relativen Position der Sensorteile zueinander ermittelt,

    – und mit einem Beschleunigungssensor (42) zur Messung einer Beschleunigung.
  2. Einheit nach Anspruch 1, bei der

    – die Sensoreinheit (24, 34) ein Sensorgehäuse (38) umfaßt, in dem mindestens ein Sensorteil (48) und der Beschleunigungssensor (42) enthalten sind.
  3. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – ein Anschlußkabel (30) zum gemeinsamen Anschluß des Höhenstandssensors (20a, 20b) und des Beschleunigungssensors (42) vorgesehen ist.
  4. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – eines der Sensorteile einen Spulenschaltkreis (48) umfaßt mit mindestens einer Sendespule und mindestens einer Empfangsspule,

    – und das andere Sensorteil ein induktives Koppelelement (36) umfaßt,

    – wobei die relative Position der Sensorteile (48, 36) zueinander aus einer Überkopplung eines Signals von der Sendespule in die Empfangsspule ermittelt wird.
  5. Einheit nach Anspruch 4, bei der

    – der Spulenschaltkreis (48) am Karosserieteil (10) befestigt ist,

    – und das induktive Koppelelement (36) mit dem Achsteil (14) verbunden ist, so daß es sich mit diesem bewegt.
  6. Einheit nach einem der Ansprüche 1–3, bei der

    – mindestens ein Hebel zwischen dem Achsteil (14) und dem Karosserieteil (10) angeordnet ist, der eine Schwenkbewegung entsprechend der Bewegung des Achsteils (14) gegenüber dem Karosserieteil (10) ausführt,

    – wobei der Höhenstandssensor (20a) eine Vorrichtung zur Messung der Schwenkposition des Hebels (22) umfaßt.
  7. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der

    – der Beschleunigungssensor (42) als integrierte Schaltung ausgebildet ist.
  8. Sensorsystem mit

    – einer Sensoreinheit (24, 34) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

    – einer Steuereinheit (50) zur Auswertung der Signale des Beschleunigungssensors (42) und des Höhenstandssensors (20a, 20b),

    – und einer Verbindungsleitung (30) zwischen Sensoreinheit (24, 34) und Steuereinheit (50).
  9. Kraftfahrzeug mit

    – einer Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1–7,

    – und einer elektronischen Steuereinheit (50),

    – wobei die Steuereinheit (50) mit der Sensoreinheit (24, 34) verbunden ist, so daß Meßwerte von der Sensoreinheit (24, 34) zur Steuereinheit (50) übermittelt werden können.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
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B Arbeitsverfahren; Transportieren
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