彈簧、特別是用于機(jī)動(dòng)車的承載彈簧的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種彈簧、特別是用于機(jī)動(dòng)車的承載彈簧，由纖維復(fù)合材料構(gòu)成，設(shè)有至少一根金屬絲（5），所述金屬絲的電阻根據(jù)彈簧（1）的變形而改變。
【專利說(shuō)明】彈簧、特別是用于機(jī)動(dòng)車的承載彈簧
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彈簧、特別是用于機(jī)動(dòng)車的承載彈簧/支承彈簧/懸架彈簧，其由纖維復(fù)合材料制成。
【背景技術(shù)】
[0002]彈簧應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域中。一例子是將這種彈簧用作機(jī)動(dòng)車承載彈簧，該承載彈簧被配設(shè)給減振器或者形成這種減振器的一部分。通過包括這種承載彈簧的這種減振器將車輛的各個(gè)車輪支撐在車身一側(cè)。用于這種應(yīng)用的彈簧通常設(shè)計(jì)為螺旋彈簧，也就是說(shuō)具有圓柱形的基本形狀。此外但也充分已知了具有其它幾何結(jié)構(gòu)的彈簧，例如盤簧、板簧、蝶形彈簧等等。這些彈簧也可用于多種用途。
[0003]這種彈簧的基本任務(wù)在于，吸收并減小力或者存儲(chǔ)力。這在力傳遞的情況下無(wú)論如何都導(dǎo)致了彈簧的變形、也就是說(shuō)導(dǎo)致了幾何結(jié)構(gòu)的變化。
[0004]通常，彈簧由金屬或含有金屬的材料制成。但也已知了，這種彈簧由纖維復(fù)合材料制成，例如參閱US7，311，124B2或者US2009/0243174A1。這種復(fù)合材料彈簧例如包括柔性芯，該柔性芯被多層的樹脂浸潰的纖維織物、例如玻璃纖維或碳纖維包圍。樹脂、也就是說(shuō)纖維組織的基體硬化，由此與內(nèi)置的纖維的加強(qiáng)性能相結(jié)合地使彈簧獲得其規(guī)定的彈性。替代于利用完成的纖維織物或纖維層來(lái)包覆柔性芯也可以考慮的是，通過圍繞彈性芯卷繞單個(gè)的纖維或長(zhǎng)絲而形成這種纖維層，其中所述單個(gè)的長(zhǎng)絲穿過液態(tài)樹脂被拉出，對(duì)此例如參閱US7, 311，124B2。正如不僅可以在材料方面而且可以在長(zhǎng)度和布置結(jié)構(gòu)方面應(yīng)用不同的纖維那樣，當(dāng)然也可以應(yīng)用不同的樹脂、也就是說(shuō)基體。優(yōu)選的是硬化樹脂，如環(huán)氧樹月旨、乙烯基酯樹脂或聚酯樹脂。
[0005]如所實(shí)施地，這些彈簧一方面用于實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)通過所述彈簧運(yùn)動(dòng)耦合的部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，另一方面用作蓄能器等等。對(duì)于一些應(yīng)用，例如在機(jī)動(dòng)車中用于控制對(duì)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行產(chǎn)生影響的駕駛員輔助系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如電子穩(wěn)定程序、防抱死系統(tǒng)、自動(dòng)減振調(diào)節(jié)系統(tǒng)等等，可能適宜的是關(guān)于在彈簧區(qū)域中的給出的力關(guān)系/力作用條件的信息，其中這種信息獲得當(dāng)然不限于這些應(yīng)用領(lǐng)域。然而在現(xiàn)有技術(shù)中不能獲取任何相關(guān)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是，提出一種彈簧，該彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)，獲得關(guān)于在彈簧一側(cè)給出的力關(guān)系的信息。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)該目的，對(duì)于開頭所述類型的彈簧根據(jù)本發(fā)明設(shè)有至少一根金屬絲，該金屬絲根據(jù)彈簧的變形而改變其電阻。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的由纖維復(fù)合材料制成的彈簧的突出特點(diǎn)在于，至少一個(gè)在彈簧側(cè)固定布置并且跟隨地執(zhí)行任意彈簧變形的金屬絲，由于施加在彈簧側(cè)的力的變化必然引起的彈簧幾何結(jié)構(gòu)變化使得該金屬絲改變其電阻。該電阻可以通過合適的下游的控制裝置沒有問題地檢測(cè)到。測(cè)得的實(shí)際電阻，正如它也就是說(shuō)被相應(yīng)地測(cè)量到那樣，與彈簧的相應(yīng)變形相互關(guān)聯(lián)，這種變形又必然與規(guī)定的力關(guān)系相互關(guān)聯(lián)。在將四個(gè)承載彈簧形式的根據(jù)本發(fā)明的彈簧集成在機(jī)動(dòng)車中的情況下，在車輛的未受負(fù)載的狀態(tài)中例如給出一種規(guī)定的初始狀態(tài)。其例如可以用作為基準(zhǔn)狀態(tài)。可能由于所裝入的重量或者在運(yùn)行中由于相應(yīng)負(fù)載變化等引起的任意車輛負(fù)載都會(huì)導(dǎo)致各個(gè)彈簧的相應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)變化，該幾何結(jié)構(gòu)變化又引起規(guī)定的電阻變化。通過檢測(cè)各個(gè)電阻，隨后可以實(shí)現(xiàn)與所引入的力的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)，由此可以直接確定出彈簧力或車輪支承力。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的彈簧作為機(jī)動(dòng)車中承載彈簧的應(yīng)用情況下在此情況下該信息可以被用于調(diào)節(jié)相應(yīng)的駕駛員輔助系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如電子穩(wěn)定程序、防抱死系統(tǒng)或減振器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用以對(duì)行駛機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響，據(jù)此也可以根據(jù)所確定的車輪支承力來(lái)充分利用輪胎在行車道上的最大附著能力。
[0010]作為所述金屬絲可以應(yīng)用任何如下的長(zhǎng)絲:其與彈簧變形相關(guān)地具有規(guī)定的——優(yōu)選線性的一電阻變化曲線，其中線性的相關(guān)性當(dāng)然不是先決條件。如果僅是原則上給定并且已知了在電阻和絲幾何結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系并且該關(guān)系被存儲(chǔ)在控制裝置中，便足夠了。
[0011]在此當(dāng)在機(jī)動(dòng)車中應(yīng)用時(shí)原則上存在這樣的可能性:即針對(duì)不同的溫度，例如被分級(jí)地在間隔開的、相應(yīng)的電阻力特征曲線簇中存儲(chǔ)。已知電阻也與溫度相關(guān)。為了在機(jī)動(dòng)車的使用領(lǐng)域方面較大的溫度波動(dòng)的情況下——機(jī)動(dòng)車在直至-40°的低的零度以下溫度并且也在直至+60°的高溫下運(yùn)行一即使在極端情況下仍能正確地確定相應(yīng)的力關(guān)系，提出了這樣一種溫度分級(jí)的特征曲線簇展開形式(Kennfeldaufspreizung)。得出的溫度例如可以在機(jī)動(dòng)車側(cè)沒有問題地通過相應(yīng)的、檢測(cè)外界溫度的溫度傳感器檢測(cè)出，緊接著控制裝置選出相應(yīng)的、與溫度有關(guān)的特征曲線簇并且根據(jù)該特征曲線簇結(jié)合電阻測(cè)量來(lái)確定相應(yīng)的力。
[0012]盡管已經(jīng)足夠的是，在彈簧側(cè)僅設(shè)置一個(gè)金屬絲，然而適宜的是，設(shè)有多個(gè)在其電阻變化方面可分開檢測(cè)的金屬絲。由此得出這樣的可能性，一方面檢測(cè)冗余的電阻值，以便確保，在不管由于何種原因也出現(xiàn)了金屬絲故障的情況下提供至少一個(gè)另外的電阻測(cè)量值。此外存在這樣的可能性，在檢測(cè)多個(gè)電阻值時(shí)，通過與另外的電阻值進(jìn)行比較對(duì)主要的電阻值在其可信度方面進(jìn)行檢查并且在測(cè)得的可信度的情況下將該主要的電阻值作為其它控制/調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。
[0013]在所述金屬絲的幾何布置結(jié)構(gòu)方面可以考慮不同的設(shè)計(jì)方案。可能的是，將金屬絲集成在彈簧的內(nèi)部或者布置在彈簧的外側(cè)上，可能在相應(yīng)的保護(hù)漆或類似物的情況下。例如，金屬絲可以簡(jiǎn)單地沿彈簧、也就是說(shuō)平行于位于內(nèi)部的芯延伸并且被嵌入一樹脂纖維基體中。例如可能的是，該基體通過給在初始狀態(tài)中為長(zhǎng)形的芯纏繞經(jīng)樹脂浸潰的纖維織物和類似物以及隨后壓縮成型為期望的彈簧形狀而形成。另選地可以考慮，所述金屬絲、如基體絲圍繞位于內(nèi)部的芯纏繞，這例如可以通過應(yīng)用根據(jù)US7，311，124B2的制造原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，在那里從圍繞縱向運(yùn)動(dòng)的芯轉(zhuǎn)動(dòng)的絲儲(chǔ)存容器(Fadenreservoir)中將絲退卷。如果在這里通過金屬絲儲(chǔ)存容器輸送金屬絲，則這強(qiáng)制性地導(dǎo)致了盤旋形地由金屬絲纏繞內(nèi)芯。
[0014]金屬絲的端部為了能夠?qū)崿F(xiàn)觸點(diǎn)接通而在彈簧側(cè)一優(yōu)選在彈簧的端部處一被從相應(yīng)的樹脂纖維基體中引出，以便能夠?qū)崿F(xiàn)集成的金屬絲的盡可能大的長(zhǎng)度。在彈簧端部上可以設(shè)置相應(yīng)的連接可能性，用以與控制裝置或類似裝置的觸點(diǎn)接通和連接。
[0015]纖維復(fù)合材料可以是任意的天然材料，優(yōu)選的是GFK、也就是說(shuō)玻璃纖維增強(qiáng)的塑料，或者是CFK、也就是說(shuō)碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。
[0016]彈簧可以設(shè)計(jì)為任意類型?？梢钥紤]的是，彈簧設(shè)計(jì)為螺旋彈簧、盤簧、板簧、蝶形彈簧或者扭桿彈簧，其中這里列出的彈簧類型當(dāng)然不是排它的(所有類型)。
[0017]除了彈簧自身之外，本發(fā)明還涉及一種機(jī)動(dòng)車，其中每個(gè)車輪配設(shè)有具有至少一個(gè)前述類型彈簧的減振裝置。
[0018]每個(gè)彈簧或所有彈簧共同地可以配設(shè)有控制裝置，該控制裝置根據(jù)測(cè)得的電阻值確定出相應(yīng)車輪的彈簧力和/或車輪支承力并且根據(jù)所確定的力值來(lái)控制機(jī)動(dòng)車的至少一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)。如所設(shè)計(jì)地，其在此可以涉及車輛的任意的駕駛員輔助或調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0019]在此適宜的是，控制裝置根據(jù)在一彈簧上確定的另一電阻值來(lái)確定測(cè)得的電阻值的可信度。其前提是，在每個(gè)單獨(dú)的彈簧上設(shè)有至少兩個(gè)金屬絲，該金屬絲提供分開的與幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)的電阻值。
[0020]在此，可以在存在多個(gè)這種金屬絲的情況下檢測(cè)力值，其方法是，例如對(duì)測(cè)得的電阻值進(jìn)行平均，或者根據(jù)相應(yīng)的加權(quán)規(guī)定來(lái)確定一加權(quán)的力值。
[0021]最后適宜的是，在控制裝置中存儲(chǔ)有多個(gè)與規(guī)定的溫度或溫度范圍相對(duì)應(yīng)的、涉及與幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)的金屬絲電阻曲線的特征曲線簇，其中控制裝置根據(jù)測(cè)得的室溫選擇出與該溫度相對(duì)應(yīng)的特征曲線簇并且將該特征曲線簇作為后續(xù)的力值確定的基礎(chǔ)。為此，盡管電阻曲線的溫度相關(guān)性優(yōu)選較低，但仍在確定力值時(shí)對(duì)其進(jìn)行考慮。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]從下面描述的實(shí)施例中以及根據(jù)附圖得出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)。圖中示出:
[0023]圖1示出適合作為機(jī)動(dòng)車承載彈簧的螺旋彈簧形式的本發(fā)明彈簧的原理圖，
[0024]圖2示出根據(jù)第一個(gè)實(shí)施方式的這種具有沿彈簧延伸的金屬絲的彈簧的截面圖，
[0025]圖3示出根據(jù)圖2的截面圖，其中在此金屬絲圍繞內(nèi)芯纏繞，和
[0026]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出螺旋彈簧形式的根據(jù)本發(fā)明的彈簧1，該彈簧由纖維復(fù)合材料制成(見圖2，3)。僅示范性地在圖2和3中示出由樹脂或類似材料制成的已硬化的基體2，在該基體中分布地布置有多個(gè)單個(gè)的纖維3、例如玻璃纖維或碳纖維。雖然在圖2和3中無(wú)規(guī)則地示出纖維3,但是當(dāng)然可以考慮的是,將層或織物形式的纖維統(tǒng)一(einigermaP en)定向地引入。在此這僅涉及了原理視圖，其絕不是限制性的。
[0028]如可從圖2和3中看出地，根據(jù)本發(fā)明的彈簧具有位于內(nèi)部的例如彈性材料的芯4，其中然而這種芯4并不是一定要設(shè)置。圍繞該芯4在所示的實(shí)施例中布置有樹脂基體2和纖維3，其中整個(gè)彈簧被加固并且決定性地確定了其彈性特性。
[0029]如圖1-3所示，在彈簧中內(nèi)置地接納有金屬絲5，該金屬絲，如圖1示范性示出地，在彈簧端部上被導(dǎo)出并且在相應(yīng)的接觸位置上通過線路連接與一相應(yīng)的控制裝置10相連接。金屬絲由如下材料制成:該材料根據(jù)由彈簧I的幾何結(jié)構(gòu)變化引起的金屬絲5的幾何結(jié)構(gòu)變化而顯示出盡可能大的電阻變化。金屬絲5被牢固地并且絕對(duì)不能運(yùn)動(dòng)地嵌入樹脂基體2中，因此確保了，該金屬絲對(duì)于即便是很小的彈簧運(yùn)動(dòng)或者幾何結(jié)構(gòu)變化也跟隨執(zhí)行。由此隨后引起了長(zhǎng)絲的幾何結(jié)構(gòu)變化。這又引起了雖然可能同樣很小的金屬絲電阻變化。如果現(xiàn)在通過控制裝置測(cè)量該電阻，其方法是，通過金屬絲導(dǎo)引很低的測(cè)量電流，則可以實(shí)現(xiàn)，由測(cè)得的電阻值確定瞬時(shí)給出的力，該力與彈簧的幾何結(jié)構(gòu)變化并且進(jìn)而與電阻變化相關(guān)聯(lián)。該力值的認(rèn)識(shí)(對(duì)此在下文中還要參照?qǐng)D4進(jìn)行探討)可以被用于進(jìn)一步控制或調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。
[0030]如圖2所示，在彈簧的該設(shè)計(jì)方案中金屬絲5近似縱向走向地并且與位于內(nèi)部的芯4平行地延伸。該金屬絲也就是說(shuō)在彈簧I的長(zhǎng)度上延伸，也就是說(shuō)，金屬絲的長(zhǎng)度近似等于彈簧長(zhǎng)度。這種絲走向例如以如下方式實(shí)現(xiàn):基體2連同纖維3 —起例如通過經(jīng)樹脂浸潰的纖維織物構(gòu)造或者圍繞芯4纏繞。在兩個(gè)這種層之間可以插入金屬絲5。隨后以期望的彈簧形式實(shí)施縱向纏繞并且使基體2硬化。
[0031]替代于此，圖3示出以下可能性，將金屬絲5盤旋形地、也就是說(shuō)螺旋形地圍繞內(nèi)芯4纏繞，也就是說(shuō)，該金屬絲近似按照雙螺旋的類型一方面圍繞芯4纏繞，另一方面也相應(yīng)于彈簧自身的螺旋形式圍繞中央的彈簧軸纏繞。圍繞芯4的纏繞通過點(diǎn)狀的箭頭線表示。這種絲引導(dǎo)例如可以以如下方式實(shí)現(xiàn):通過圍繞內(nèi)芯4轉(zhuǎn)動(dòng)的纖維線圈卷繞出基體2或纖維3，纖維從該纖維線圈退卷。通過這種線圈可以輸入金屬絲5，因此在這里也可以嵌入多層的、纏繞的纖維結(jié)構(gòu)。
[0032]作為基體可以應(yīng)用任意的已硬化的基體，優(yōu)選是基于聚合物的基體，例如環(huán)氧樹脂或類似物。作為金屬絲可以使用任意的電阻按規(guī)定方式根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)改變的金屬絲。
[0033]圖4最后示出一種根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車6，包括四個(gè)車輪7，在示出的實(shí)施例中僅示出其中兩個(gè)車輪。每個(gè)車輪7配設(shè)有減振裝置8，該減振裝置包括減振器9以及根據(jù)本發(fā)明的彈簧I。每個(gè)彈簧I包括至少一金屬絲5。每個(gè)金屬絲5通過相應(yīng)線路與控制裝置10相連接，該控制裝置能夠檢測(cè)出每個(gè)單個(gè)的金屬絲的相應(yīng)的電阻。在控制裝置10中，如在原理圖中示出地，存儲(chǔ)有一個(gè)或多個(gè)特性曲線11，所述特性曲線表明了電阻曲線以及與之對(duì)應(yīng)的在相應(yīng)彈簧I上存在的力。由相應(yīng)的特性曲線(對(duì)此還要在下面進(jìn)行探討)隨后純粹通過計(jì)算確定所給出的力值、如彈簧力或車輪支承力。該力值隨后可以被輸送給用于其它配設(shè)的駕駛員輔助系統(tǒng)12 (例如ESP系統(tǒng))、13 (例如ABS系統(tǒng))或14 (例如自動(dòng)減振調(diào)節(jié)器)的控制或調(diào)節(jié)裝置。
[0034]如圖4還示出地，設(shè)有溫度傳感器15，該溫度傳感器提供關(guān)于在彈簧I的區(qū)域中的環(huán)境溫度或室溫的信息，其也就最終測(cè)量外界溫度。在控制裝置10中現(xiàn)在可以存儲(chǔ)多個(gè)與溫度相關(guān)的特征曲線簇11，該特征曲線簇對(duì)應(yīng)于規(guī)定的溫度或者規(guī)定的溫度范圍。根據(jù)所獲取到的實(shí)際環(huán)境溫度，控制裝置現(xiàn)在選擇出對(duì)應(yīng)的特性曲線并且隨后將其作為后續(xù)控制的基礎(chǔ)。
[0035]雖然在圖1-3中以及也在圖4中示出的彈簧僅具有一個(gè)金屬絲5，但是當(dāng)然可以考慮，也在彈簧中設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的金屬絲。每個(gè)單個(gè)的金屬絲因此在彈簧發(fā)生幾何結(jié)構(gòu)變化時(shí)改變其電阻。控制裝置10現(xiàn)在可以對(duì)于每個(gè)單個(gè)的金屬絲檢測(cè)該金屬絲的電阻變化。單個(gè)的電阻值可以被相對(duì)地考慮或者處理以用于可信度檢查的目的，但也可以考慮由此形成平均值等等。
[0036]如上所述，在根據(jù)圖4的實(shí)施例中根據(jù)特性曲線來(lái)確定相應(yīng)的力值。這僅是一種可能方案。也可以考慮,根據(jù)以下公式純粹通過計(jì)算來(lái)確定該力值:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種彈簧、特別是用于機(jī)動(dòng)車的承載彈簧，該彈簧由纖維復(fù)合材料構(gòu)成，其特征在于，設(shè)有至少一根金屬絲(5)，所述金屬絲的電阻根據(jù)彈簧(I)的變形而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧，其特征在于，設(shè)有多個(gè)能分別獨(dú)立地被檢測(cè)出電阻變化的金屬絲(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彈簧，其特征在于，所述金屬絲(5)內(nèi)置在所述彈簧(I)的內(nèi)部或者布置在所述彈簧(I)的外側(cè)上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧，其特征在于，所述金屬絲(5)的端部一優(yōu)選在所述彈簧(I)的端部上一被引出以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)接通。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧，其特征在于，所述纖維復(fù)合材料是GFK或CFK。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧，其特征在于，所述彈簧設(shè)計(jì)為螺旋彈簧、盤簧、板簧、蝶形彈簧或者扭桿彈簧。
7.一種機(jī)動(dòng)車，其中給每個(gè)車輪都配設(shè)有一個(gè)減振裝置，所述減振裝置具有至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的彈簧(I)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，給所述彈簧(I)配設(shè)有控制裝置(10)，所述控制裝置根據(jù)所測(cè)得的電阻值確定出彈簧力和/或車輪支承力并且根據(jù)所確定出的力值來(lái)控制機(jī)動(dòng)車的至少一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)(12，13，14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述控制裝置(10)根據(jù)另外的電阻值來(lái)確定出所測(cè)得的電阻值的可信度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，所述控制裝置(10)對(duì)多個(gè)設(shè)置在彈簧側(cè)的金屬絲(5)的獨(dú)立的電阻值進(jìn)行檢測(cè)并且根據(jù)所有測(cè)得的電阻值來(lái)確定出一平均力值或加權(quán)力值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，在所述控制裝置(10)中存儲(chǔ)有多個(gè)與規(guī)定的溫度或溫度范圍相對(duì)應(yīng)的特征曲線簇(11)，所述特征曲線簇是關(guān)于金屬絲(5)的電阻的與幾何結(jié)構(gòu)相關(guān)的變化曲線的特征曲線簇，其中所述控制裝置(10)根據(jù)所測(cè)得的室溫來(lái)選擇出與溫度相對(duì)應(yīng)的特征曲線簇(11)。
【文檔編號(hào)】B60G17/02GK103573892SQ201310338265
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
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