DE102006031587A1

DE102006031587A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Stoßdämpfern

Info

Publication number: DE102006031587A1
Application number: DE200610031587
Authority: DE
Inventors: Hendrik Dr. Ing. Gerth
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Stoßdämpfern in Fahrzeugen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich in der Änderung der Verformung der Seitenwand des Reifens und somit auch des Reifendrucks während der Fahrt des Fahrzeuges, insbesondere beim Passieren von Unebenheiten, die Dämpfungscharakteristik des Fahrzeugdämpfers widerspiegelt. Die Seitenfläche des Reifens und der Stoßdämpfer verhalten sich dabei zusammen mit der Rad- und Aufbaumasse wie ein System gekoppelter Schwinger. Dabei wird die Verformung der Seitenwand von den Dämpfungseigenschaften des Fahrzeugstoßdämpfers beeinflußt. Erfindungsgemäß erfolgt zur Bewertung des Zustandes der Schwingungsdämpfer eine Auswertung wenigstens eines Reifenwandsensors und/oder Reifendrucksensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von Stoßdämpfern in Fahrzeugen, bei welcher während der Fahrt gesammelte Fahrzeugdaten ausgewertet werden, die eine Beurteilung des Fahrzeugverhaltens erlauben.
Der Zustand der Stoßdämpfer eines Fahrzeuges ist im Hinblick auf die stabile Straßenlage und somit die Fahrsicherheit eine wichtige Kenngröße. Deren Zustand ändert sich dabei unter normalen Verschleißbedingungen sehr langsam, so dass eine Verschlechterung des Fahrverhaltens durch den Fahrer meist nicht wahrgenommen wird. Es ist daher notwendig, den Zustand der Stoßdämpfer zu ermitteln und eine die Fahrsicherheit gefährdende Verschlechterung dem Fahrer anzuzeigen.
Vorbekannt ist aus der DE 29 05 931 C3 eine Vorrichtung zur Überwachung von Stoßdämpfern, bei welcher Beschleunigungsaufnehmer am Rad und an der Karosserie angebracht werden, um aus dem Signal dieser Beschleunigungsaufnehmer einen Rückschluss über den Zustand der Stoßdämpfer zu erhalten. Hierfür sind zusätzliche Sensoren für die Beschleunigungsmessung erforderlich.
Weiterhin vorbekannt sind Reifendrucksensoren, welche den Luftdruck im Reifen direkt oder indirekt bestimmen. Hierzu kommen in den Reifen vergossene Sensoren in Frage, wobei ebenfalls Sensoren vorbekannt sind, welche die Verformung der Seitenwand des Reifens messen, um Rückschlüsse auf den Luftdruck im Fahrzeugreifen zu ziehen. Ein solcher Sensor ist in der DE 100 43 976 A1 beschrieben, wobei der Inhalt der Anmeldung ausdrücklich durch den Verweis mit in die Anmeldeunterlagen eingeschlossen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen der Dämpfungseigenschaften von Fahrzeugstoßdämpfern anzugeben, welches kostengünstig unter Ausnutzung von bereits im Fahrzeug vorhandenen Sensoren realisierbar ist.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Überwachung der Stoßdämpfer von Fahrzeugen mit einer Vorrichtung, welche das Schwingungssignal eines Reifendrucksensors oder eines Sensors zur Messung der Reifenwandverformung nutzt. Reifendrucksensoren sind in vielen Fahrzeugen bereits Serienstand. Es wird damit das Signal eines Sensors genutzt, welcher im Fahrzeug bereits vorhanden ist. Die Überwachung der Dämpfungseigenschaften des Stoßdämpfers erfolgt damit im wesenlichen durch Erweiterung um einen Auswertealgorithmus.
Erfindungsgemäß vorteilhaft werden die Signale weiterer Sensoren genutzt, welche im Fahrzeug bereits vorhanden sind und deren Signale in einfacher Weise z. B. auf dem Fahrzeugbus abgegriffen werden können. Durch Betrachtung weiterer Signale, insbesondere der den Fahrzustand kennzeichnenden Signale, wie das Signal eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und/oder der Raddrehzahlsensoren und/oder das Signal der ABS- und/oder ESP-Einheit, kann die Genauigkeit der Überwachung gesteigert werden. Insbesondere die Auswertung der Raddrehzahlen ermöglicht die Berücksichtigung der geschwindigkeitsabhängig wirkenden Kräfte. Bei Auswertung der Änderungen der Raddrehzahlen können sich im Reifendrucksignal widerspiegelnde Einflüsse der Brems- oder Anfahrvorgänge berücksichtigt werden. Weiterhin ist die Bewertung hinsichtlich des Stillstandes des Fahrzeuges möglich, so dass als Referenzwert ein Reifendruck bei Stillstand gemessen werden kann und der Einfluss höherer Beladung, eventuell gewechselter Reifen oder des veränderten Luftdrucks im Reifen berücksichtigt werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung ein Mittel zum Anzeigen des Verschleißzustandes des Reifens auf, welches in einer einfachen Ausführung als Warnhinweis dem Fahrer angezeigt wird, wobei der Verschleißzustand sowohl als Fehlereintrag in das Steuergerät erfolgen kann, welches eine Anzeige an den Fahrer auslöst, oder als für die Werkstatt erkennbare gleitende Bewertung im Steuergerät abgelegt wird.
In besonders vorteilhafter Weise wird als Reifendrucksensor ein Sensor verwendet, der die Verformung der Seitenwand des Reifens aufnimmt, da dieser besonders gut die Schwingungseinflüsse widerspiegelt. Mit einem gesteigerten Auswerteaufwand sind jedoch beliebige Verformung oder Innendruck aufnehmende Reifendrucksensoren verwendbar.
Das gesamte Verfahren nutzt die Schwingungssignale während der Fahrt des Fahrzeuges, wobei als Referenzmessung eine Messung im Stillstand des Fahrzeuges vorgenommen werden kann.
In vorteilhafter Weise wird das Signal des Sensors hinsichtlich der enthaltenen Schwingungsanteile, z. B. durch eine FFT-Analyse des Signals analysiert, wodurch die enthaltenen Schwingungsanteile hinsichtlich ihres Energieinhaltes/Amplitude sowie ihrer Frequenz bewertbar gemacht werden. Eine Bewertung des Fahrzeugstoßdämpfers kann beispielsweise aus einem Vergleich dieser Daten mit denen eines mit ausreichenden Dämpfungseigenschaften arbeitenden Normstoßdämpfer erfolgen. Dieser Sollzustand wird beispielsweise am Neufahrzeug aufgenommen und im Steuergerät hinterlegt oder liegt für den eingesetzten Dämpfer und/oder eine vorgegebene Reifen- und Dämpferpaarung als Sollzustand-Datensatz in einem Steuergerät vor.
Ein Dämpfer wird als unzureichend bewertet, wenn im Vergleich zum Sollzustand z. B.

• höhere Schwingungsamplituden am Rad auftreten und/oder
• ein erhöhter Anteil bestimmter Frequenzanteile wie z. B. der Resonanzfrequenz aus Radmasse und Fahrzeugfederung (Radeigenfrequenz) festgestellt wird und/oder
• das im Zeitbereich z. B. durch eine Analyse des Ausschwingverhaltens ermittelte Dämpfungsverhalten als unzureichend angesehen wird.

Die Bewertung erfolgt dabei an Hand eines vorgegebenen oder adaptierbaren Schwellwerts.
Die Schwingungsanteile können dabei auch in Abhängigkeit von der Raddrehzahl ausgewertet werden, da die vom Reifendrucksensor aufgenommenen Schwingungen raddrehzahlabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
An eine Auswerteeinheit, welche vorzugsweise ein Fahrzeugsteuergerät ist, das der Überwachung des Reifendrucks und der Funktionsfähigkeit der Stoßdämpfer dient, sind Sensoren zur Messung der Reifenwandverformung angeschlossen. Aus diesen wird der Reifendruck ermittelt.
Das Fahrzeug weist für jeden zu überwachenden Dämpfer am zugehörigen Fahrzeugrad wenigstens einen Reifendrucksensor auf, der in der beschriebenen Ausführung mittelbar über die Verformung der Seitenwand des Reifens, wie in der DE 100 43 976 A1 beschrieben, die Reifenverformung misst. Das Signal der Reifenverformung wird von der hier beschriebenen Anordnung zur Dämpferüberwachung ausgewertet.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich in der Änderung der Verformung der Seitenwand des Reifens und somit auch des Reifendrucks während der Fahrt des Fahrzeuges, insbesondere beim Passieren von Unebenheiten, die Dämpfungscharakteristik des Fahrzeugdämpfers widerspiegelt. Die Seitenfläche des Reifens und der Stoßdämpfer verhalten sich dabei zusammen mit der Rad- und Aufbaumasse wie ein System gekoppelter Schwinger. Dabei wird die Verformung der Seitenwand von den Dämpfungseigenschaften des Fahrzeugstoßdämpfers beeinflusst. Ist ein Dämpfer fehlerhaft, führt dies z. B. beim Überfahren von Hindernissen zu einer starken Variation der Radaufstandskraft, die sich in einer größeren Verformung der Seitenwand widerspiegelt.
Das Signal von der Seitenwandverformung des Reifens wird im Steuergerät einer Fourier-Analyse unterzogen, so dass die enthaltenen Frequenzanteile hinsichtlich ihrer Amplitude, d. h. ihres Energieinhaltes, bewertet werden können. Eine Filterung des Signals kann vor der Fourier-Analyse erfolgen, um beispielsweise sehr hohe Frequenzen aus dem Signal zu entfernen, welche z. B. durch die Anregung durch den Motor, den Antriebsstrang etc. hervorgerufen werden. Das transformierte Signal bzw. dessen Frequenz und Amplitudenanalyse wird nachfolgend mit einer für den Sollzustand des Dämpfers aufgenommenen Frequenz und einem Amplitudengang verglichen. Bei einer einen Schwellwert überschreitenden Differenz wird die Dämpfung als mangelhaft erkannt. Der Sollzustand kann im Steuergerät hinterlegt sein und in Versuchen für bestimmte Reifenpaarungen und Stoßdämpfer vorher aufgenommen worden sein. Bei der Bildung des Schwellwertes wird weiterhin die statische Reifenverformung im Stand ausgewertet werden, um das System unempfindlicher gegenüber einer Veränderung des Reifenluftdrucks zu machen. Ebenfalls kann ein adaptiver Sollzustand durch „Einfahren" eines Solldatensatzes im Neuzustand oder mit neu eingebrachten Dämpfern erfolgen.
Die aus der Frequenz- und Amplitudenanalyse der Fourier-Transformation gewonnenen Merkmale können raddrehzahlabhängig gewichtet werden, so dass der Einfluss der Geschwindigkeit minimiert wird. Das Verfahren kann in Sonderbetriebsbereichen, z. B. ABS-Regelung oder Eingriffe ESP ausgesetzt werden, da hier kein „normaler" vergleichbarer Fahrzustand des Fahrzeuges vorliegt. Weiterhin wird das Raddrehzahlsignal hinsichtlich seines Gradienten bewertet, um den Einfluss starker Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge abbilden zu können oder die Stoßdämpferüberwachung während dieser Phasen aussetzen zu können.
In einer weiteren Ausführung erfolgt ein Abgleich über die vorhandene Anzahl an Fahrzeugrädern, um spezielle Schwingvorgänge, z. B. Anregungen durch starke Bodenwellen oder Fahrbahnunebenheiten, welche sich nacheinander an Vorder- und Hinterrad ausprägen, aufnehmen zu können und damit isolierte Schwingvorgänge, die von einer Anregung in der Straße herrühren, bewertbar sind. Weiterhin ist ein Vergleich der Dämpfungseigenschaften zwischen den Rädern und die Erkennung von anormalen, plötzlichen Veränderungen, z. B. nur eines Stoßdämpfers durch einen Defekt möglich, indem die Signale mit den anderen Fahrzeugrädern verglichen werden.

Claims

Überwachungsvorrichtung für Stoßdämpfer von Fahrzeugen, welche eine Auswerteeinheit für wenigstens ein Schwingungssignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung das Schwingungssignal wenigstens eines Reifenwandsensors oder Reifendrucksensors anliegt und der Zustand der Schwingungsdämpfer durch Auswertung wenigstens der Signale eines dieser Sensoren bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit weitere den Fahrzustand des Fahrzeuges kennzeichnende Signale anliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Fahrzustand kennzeichnenden Signale das Signal eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und/oder der Raddrehzahlsensoren und/oder das Signal der ABS- und/oder ESP-Einheit sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Mittel zum Anzeigen des Stoßdämpferzustandes aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor für den Reifendruck ein die Verformung der Seitenwand des Reifens aufnehmender Sensor ist.
Verfahren zur Überwachung eines Stoßdämpfers eines Fahrzeuges, das indirekt die Schwingungen eines an dem Rad angeordneten Sensors auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung des Stoßdämpfers das Signal des Reifenwandsensors oder Reifendrucksensors während der Fahrt des Fahrzeuges ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Sensors hinsichtlich der enthaltenen Schwingungsanteile analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungssignale in Abhängigkeit der jeweiligen Raddrehzahl ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertung des Fahrzeugstoßdämpfers aus einem Vergleich mit dem Sollzustand, d. h. der Schwingungsdaten eines mit ausreichenden Dämpfungseigenschaften arbeitenden Normstoßdämpfers, erfolgt, wobei beim Auftreten höherer Schwingungsamplituden und/oder eines höheren Anteils an niederfrequenteren oder im Bereich der Radeigenfrequenz liegenden Schwingungen im Vergleich zum Sollzustand der Fahrzeugstoßdämpfer hinsichtlich seiner Dämpfung als unzureichend bewertet wird.