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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Leckrate einer hydraulischen, für den Fahrbetrieb erforderlichen Komponente eines Fahrzeugs und der auf der Leckrate basierenden Restreichweite des Fahrzeugs, insbesondere eines automatisch fahrenden Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Bei schweren PKW und bei Nutzfahrzeugen werden in der Regel hydraulische Lenkanlagen verbaut. Bei diesen besteht die Gefahr der Leckage, wobei in der Regel eine Leckage nicht schlagartig auf tritt, sondern die Hydraulikanlage verliert durch defekte Dichtungen oder Dichtringe ”tropfenweise” Hydraulikflüssigkeit, wobei die verlorene Hydraulikflüssigkeit durch solche aus einem Ausgleichsbehälter der Hydraulikanlage ersetzt wird. Bekannt sind Sensoren am Ausgleichsbehälter, die den Flüssigkeitsstand messen. Dieses sind aus Kostengründen typischerweise ja/nein Schalter, die beim Unterschreiten eines Mindestflüssigkeitsstandes im Ausgleichsbehälter eine Warnung generieren und üblicherweise eine Warnlampe im Kombiinstrument aufleuchten lassen. Ob eine derartig einfache Warnung ausreichend ist und ob der Fahrer diese Warnung überhaupt beachtet, ist fraglich.
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Bei automatisch fahrenden Kraftfahrzeugen oder Nutzfahrzeugen ist der Fahrer abgelenkt oder er schläft. Bei Nutzfahrzeugen kann ggf. aus Kostengründen kein Fahrer mehr an Bord sein. In allen Fällen ist daher unwahrscheinlich, dass der Fahrer auf Warnungen, z. B. aufgrund von Hydraulikflüssigkeitsmangel, adäquat reagiert. Sollte dies unterbleiben, dann besteht Unfallgefahr weil die im Fall einer hydraulisch arbeitenden Lenkanlage diese gegebenenfalls nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 022 363 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Füllstands einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter, insbesondere zur Überwachung des Kühlmittelfüllstandes in einem Reaktordruckbehälter einer Druckwasserreaktoranlage, bei dem anhand der gemessenen Temperaturdifferenz zwischen einem beheizten Thermoelement und einem ihm zugeordneten unbeheizten Thermoelement, die beide im Flüssigkeitsbehälter angeordnet sind, auf das Absinken des Flüssigkeitsspiegels unter die Einbauhöhe des beheizten Thermoelementes geschlossen wird.
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Die Druckschrift
US 20040017289 A1 betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Information in einem Reifendrucküberwachungssystem. Dabei wird ausgehend von einer Referenztemperatur eine Druckwarnschwelle bei dieser Referenztemperatur bestimmt. Es erfolgt eine Bestimmung des aktuellen Reifendrucks und der Reifentemperatur, wobei der gemessene Reifendruck in einen gefilterten Wert bei der Referenztemperatur mittels des Gasgesetzes umgerechnet wird, wobei der gefilterte Wert zur Bestimmung eines Warnsignals mit der Druckwarnschwelle verglichen wird. Weiterhin kann eine Leckrate des Reifendrucks bestimmt werden und eine zeitliche Vorhersage getroffen werden, wann der gefilterte Reifendruck die Druckwarnschwelle erreichen wird, so dass der Fahrer darüber informiert wird, wie lange der Reifendruck noch ausreichend ist.
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Die Druckschrift
US 20060122747 A1 offenbart die parallele Verknüpfung verschiedener Verfahren zur Bestimmung der Leckrate eines Fahrzeugreifens, so dass eine Warnung bei verschiedenen Reifenbedingungen erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Restreichweite eines Fahrzeugs bei einer Leckage einer hydraulischen, für den Fahrbetrieb erforderlichen Fahrzeugkomponente anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Leckrate einer hydraulischen, für den Fahrbetrieb erforderlichen Komponente eines Fahrzeugs und der auf der Leckrate basierenden Restreichweite des Fahrzeugs umfasst die Schritte:
- – zyklisches Messen des Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälters der hydraulischen Komponente,
- – Ermitteln einer aktuellen Leckrate aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Messungen des Flüssigkeitspegels, und
- – Schätzen einer Restreichweite für den sicheren Betrieb der hydraulischen Komponente des Fahrzeugs aus mindestens der aktuellen Leckrate und eines kritischen Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälter.
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Durch das zyklische Messen des Flüssigkeitspegels kann geschätzt werden, wann die Betriebszuverlässigkeit der hydraulischen Komponente in einen kritischen Bereich gelangen wird, in dem die Sicherheit des Fahrzeugs nicht mehr gewährleistet ist. Dadurch ist es insbesondere bei einem automatischen Fahren möglich rechtzeitig geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wie eine rechtzeitige Reparatur der hydraulischen Komponente oder eine vorzeitige Beendigung der automatischen Fahrt. Als hydraulische Komponenten kommen beispielsweise eine hydraulische Lenkung oder ein hydraulisches Bremssystem in Betracht, wobei der Schwerpunkt der Anwendung bei schweren Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen liegt, die zu einem automatisch Fahren in der Lage sind.
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Weiter bevorzugt wird aus zeitlich unterschiedlichen Leckraten eine mittlere Leckrate bestimmt, die zur Bestimmung der Restreichweite herangezogen wird. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der Ermittlung der Restreichweite erhöht, indem auf mehrere Messungen zurückgegriffen wird, um einen Mittelwert zu bilden, so dass eine ”fehlerhafte” Messung nicht ins Gewicht fällt.
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Vorzugsweise wird eine Warnung erzeugt, wenn die Leckrate einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine plötzliche Erhöhung der Leckrate, welche beispielsweise durch eine akute Verschlechterung des Dichtheitszustands der hydraulischen Komponente verursacht wird, sofort erkannt wird und entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
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Weiter bevorzugt wird der Gradient des Verlaufs der ermittelten Leckraten bestimmt und eine Warnung erzeugt, wenn der Gradient größer als ein vorgegebener Wert ist. Auch mit dieser Maßnahme kann eine schnelle Verschlechterung des Zustands der hydraulischen Komponente kontinuierlich erkannt werden.
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Vorzugsweise basiert die Schätzung der Restreichweite auf einer typischen Fahrgeschwindigkeit oder auf einer aktuellen Durchschnittsfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. So kann beispielsweise bei einer Autobahnfahrt eines Nutzfahrzeugs die typische Fahrgeschwindigkeit zur Schätzung der Restreichweite ausreichend sein, insbesondere wenn eine konservative Schätzung durchgeführt wird. Sollte eine genauere Schätzung der Restreichweite gewünscht sein, so ergibt die Verwendung der aktuellen Durchschnittsgeschwindigkeit eine genauere Abschätzung.
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Weiter bevorzugt erfolgt die Messung des Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälters der hydraulischen Komponente kontinuierlich oder an mehreren diskreten Punkten. Bei einer kontinuierlichen Messung des Flüssigkeitspegels ist eine genauere Bestimmung der Leckrate möglich, wobei die kontinuierliche Messung einen entsprechenden Sensor benötigt, der beispielsweise über eine Widerstandsmessung den Pegelstand kontinuierlich kontrollieren kann. Bei einer diskreten Messung erfolgt eine Messung an mehreren vorgegebenen Punkten des Flüssigkeitspegels, wobei die Anzahl der Messpunkte mindestens zwei beträgt. Um eine ausreichende Auflösung zu gewährleisten, muss jedoch eine entsprechende Anzahl von deutlich mehr als zwei Messpunkten gewährleistet sein.
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Vorzugsweise befindet sich das Fahrzeug in einem automatischen Fahrtbetrieb, wobei der automatische Fahrbetrieb einen fahrerlosen Fahrbetrieb einschließt. Das Verfahren zur Bestimmung der Restreichweite ist insbesondere bei automatisch fahrenden Fahrzeugen von Vorteil, da der Fahrer bei einem automatischen Betrieb des Fahrzeugs, wie dies insbesondere bei Nutzfahrzeugen angedacht ist, seine Aufmerksamkeit mit hoher Wahrscheinlichkeit nur in geringem Umfang dem Fahrbetrieb widmet. Im Falle eines fahrerlosen Fahrbetriebs ist kein Fahrer mehr an Bord, der das Fahrzeug überwachen kann.
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Weiter bevorzugt wird der automatische oder fahrerlose Fahrbetrieb erst dann beendet, wenn die Restreichweite ausgeschöpft ist oder wenn der Flüssigkeitspegel den vorgegebenen kritischen Wert unterschreitet. In diesem Fall wird der Fahrer aufgefordert, den Fahrbetrieb zu übernehmen, so dass gegebenenfalls ein Reparatur erfolgen kann. Im fahrerlosen Betrieb kann das Fahrzeugs rechtzeitig an einem sicheren Abstellplatz abgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Leckrate einer hydraulischen, für den Fahrbetrieb erforderlichen Komponente eines Fahrzeugs und der auf der Leckrate basierenden Restreichweite des Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangenen beschriebenen Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst
- – einer Sensoreinrichtung zur kontinuierlichen oder diskreten Bestimmung des Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälters der hydraulischen Komponente,
- – einer Einrichtung zur Bestimmung der Leckrate,
- – einer Einrichtung zur Schätzung der Restreichweite, und
- – einer Ausgabeeinrichtung.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung der Leckrate eine Einrichtung zur Bereitstellung von Parametern, wobei hierunter Parameter verstanden werden, die zur Bestimmung der Leckrate und der Restreichweite notwendig sind, wie beispielsweise der Minimalwert Min und der Maximalwert Max des Flüssigkeitspegels, ein vorgegebener kritischer Wert des Flüssigkeitspegels, die typische Fahrgeschwindigkeit und/oder die Durchschnittsgeschwindigkeit über einen vorgegebenen Zeitraum.
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Die Erfindung besteht zusammenfassend darin, als Sensor einen Sensor zu verbauen, der entweder mehrere Messpunkte besitzt oder kontinuierlich misst. Dieses Signal kann in einem Steuergerät, z. B. einem Lenkungssteuergerät, ausgelesen und weiter verarbeitet werden. Wenn der Verlauf des Flüssigkeitsstands über der Zeit durch kontinuierliches Messen bekannt ist, dann kann daraus eine Vorhersage abgeleitet werden, wann – beispielsweise bei gleichbleibendem Verlust – der Flüssigkeitsstand unterhalb einer kritischen Marke fallen wird. Aus der typischen Fahrgeschwindigkeit eines Nutzfahrzeuges, wie einem Lastkraftwagen, kann somit eine ”Restreichweite” vorhergesagt werden, ab wann die Hydraulikflüssigkeit einen kritischen Wert erreichen wird. Eine Warnung an den Fahrer kann mit dieser Information erfolgen, zudem kann die Spedition im Fall eines Nutzfahrzeugs vorab informiert werden, um beim nächsten Check auf dem Betriebshof den Fehlerfall zu untersuchen und Abhilfemaßnahmen zu treffen.
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Das Verfahren ist anwendbar auf Kühlflüssigkeit, Bremsflüssigkeit und Lenkflüssigkeit eines Fahrzeugs.
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Weitere Anwendungsfälle außerhalb von Straßenfahrzeugen können alle Arten von hydraulischen Antrieben sein, beispielsweise in der Luftfahrt, der BAhn- oder Schiffstechnik.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgende anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Restreichweite.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Leckrate der Hydraulikflüssigkeit einer hydraulischen Komponente eines Fahrzeugs, beispielsweise einer hydraulischen Lenkung, sowie der daraus resultierenden Restreichweite für einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs. Jede hydraulische Komponente eines Fahrzeugs, ob es sich um die hydraulische Lenkung oder um das hydraulische Bremssystem handelt, weist einen Ausgleichbehälter 2 auf, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, um immer ausreichend Hydraulikflüssigkeit in der hydraulischen Komponente zur Verfügung zu haben. Dabei bewegt sich der Flüssigkeitspegel zwischen einem Maximalwert Max und einem Minimalwert Min. Bei einem Unterschreiten des Minimalwertes Min ist kein sicherer Betrieb der hydraulischen Komponente mehr möglich, da komprimierbare Luft in die Druckleitungen der hydraulischen Komponente gelangen könnte.
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Zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in dem Ausgleichsbehälter 2 weist die Vorrichtung 1 eine Sensoreinrichtung 3 auf, mittels der der aktuelle Flüssigkeitsstand bestimmt werden kann. Dabei kann die Sensoreinrichtung 3 den Flüssigkeitsstand entweder kontinuierlich messen oder die Sensoreinrichtung 3 weist mehrere unterschiedliche Messpunkte zur diskreten Messung des Flüssigkeitspegels auf, so dass eine zeitliche Beurteilung des Flüssigkeitsstandes in dem Ausgleichsbehälter 2 möglich ist. Zu vorgegebenen Zeitpunkten, wobei hier beispielhaft Zeitpunkte t – 1 und t betrachtet werden, misst die Sensoreinrichtung 3 den Flüssigkeitsstand oder Pegel in dem Ausgleichsbehälter und leitet die Messergebnisse an eine Einrichtung 4 zur Bestimmung der Leckrate weiter, die einen Speicher zur Speicherung der zeitlich aufeinanderfolgenden Messergebnisse aufweist. Aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Messergebissen, beispielsweise den Messergebnissen zu den Zeitpunkten t – 1 und t, kann in der Einrichtung 4 eine Leckrate bestimmt und gespeichert werden. Mittels des Speichers der Einrichtung 4 kann ferner die zeitliche Entwicklung der Leckrate des Ausgleichsbehälters 2 ermittelt werden, so dass eine Aussage über eine Veränderung der Leckrate über einen Messzyklus möglich ist. Dabei kann als Messzyklus beispielsweise ein Wartungsintervall des Fahrzeugs festgelegt werden, so dass die Entwicklung der Leckrate zur Ausgabe einer Warnung in einer Warneinrichtung 7 herangezogen werden kann, wenn beispielsweise die Leckrate einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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Die aktuell ermittelte Leckrate und/oder auch eine über mehrere Messungen einschließlich der aktuellen Messung gemittelte Leckrate werden an eine Einrichtung 5 zur Bestimmung einer Schätzung der Restreichweite des Fahrzeugs übermittelt. Aus der übermittelten Leckrate, die mit einem Zeitintervall verbunden ist, und beispielsweise der typischen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann eine Schätzung einer Restreichweite abgeleitet werden, mit anderen Worten eine Reichweite bestimmt werden, ab der die Hydraulikflüssigkeit einen kritischen Wert wie beispielsweise den Minimalwert Min des Ausgleichbehälter 2 erreichen wird. Um diese Restreichweite bestimmen zu können, sind weitere Parameter notwendig, die von einer Einrichtung 6 zur Bereitstellung notwendiger Parameter übertragen werden. Als Parameter kommen der vorgegebene kritische Wert, der Minimalwert Min, der Maximalwert Max und die typische Fahrgeschwindigkeit in Frage. Anstelle einer vorgegebenen typischen Fahrgeschwindigkeit kann auch eine über einen vorgegebenen Zeitraum, wie beispielsweise die vergangenen 10 oder 20 Minuten oder gar mehrere Tage, gemittelte Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Betracht gezogen werden, so dass die Restreichweite auf die aktuelle mittlere Fahrgeschwindigkeit bezogen ist. Aus dem Minimalwert Min und dem Maximalwert Max kann der mögliche Messbereich der Flüssigkeitspegelmessung abgeleitet werden, während der kritische Wert des Flüssigkeitspegels vorgegeben ist und durch den Minimalwert Min realisiert sein kann.
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Die anhand der Leckrate und dem kritischen Wert ermittelte Restreichweite wird einer Anzeigeeinrichtung 7 übermittelt, die dem Fahrer die Restreichweite anzeigt. Gleichzeitig kann ein Warnsignal erzeugt werden, wenn sich der Flüssigkeitspegel im Ausgleichsbehälter einem vorgegebene kritischen Wert nähert. Im Fall eines automatischen Fahrens kann ferner die Anzeigeeinrichtung mit dem Annähern an die Restreichweite bzw. den kritischen Wert die Einrichtung zum automatischen Fahren instruieren das automatische Fahrern zu beenden und die Fahrverantwortung an den Fahrer zu übertragen, so dass dieser entsprechende Maßnahmen ergreifen kann. Sollte der Fahrer die Fahrverantwortung nicht aktiv übernehmen, so kann das automatische Fahren das Fahrzeug in eine sicheren Zustand überführen und einen Nothalt durchführen, da mit dem Unterschreiten des kritischen Wertes das ordnungsgemäße Funktionieren der hydraulischen Komponente nicht mehr gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Bestimmung der Restreichweite
- 2
- Ausgleichbehälter
- 3
- Sensoreinrichtung
- 4
- Einrichtung zur Bestimmung der Leckrate
- 5
- Einrichtung zur Bestimmung der Restreichweite
- 6
- Einrichtung zur Bereitstellung von Parametern
- 7
- Ausgabeeinrichtung
- Min
- Minimalwert des Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälters
- Max
- Maximalwert des Flüssigkeitspegels des Ausgleichsbehälters
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008022363 A1 [0004]
- US 20040017289 A1 [0005]
- US 20060122747 A1 [0006]