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WO2013037560A1 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose von fehlern in bauteilen von fahrwerksystemen von kraftfahrzeugen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur diagnose von fehlern in bauteilen von fahrwerksystemen von kraftfahrzeugen Download PDF

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WO2013037560A1
WO2013037560A1 PCT/EP2012/065113 EP2012065113W WO2013037560A1 WO 2013037560 A1 WO2013037560 A1 WO 2013037560A1 EP 2012065113 W EP2012065113 W EP 2012065113W WO 2013037560 A1 WO2013037560 A1 WO 2013037560A1
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WO
WIPO (PCT)
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component
diagnosed
impedance
components
evaluation device
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2012/065113
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wolf
Thomas Eifflaender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to US14/342,871 priority Critical patent/US20140207328A1/en
Priority to CN201280045260.XA priority patent/CN103797348A/zh
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y10T29/49218—Contact or terminal manufacturing by assembling plural parts with deforming

Definitions

  • the invention relates to a method for the diagnosis of errors in components of suspension systems of motor vehicles according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for diagnosing faults in components of chassis systems of motor vehicles.
  • the chassis of motor vehicles is used to guide the wheels and possibly of drive shafts relative to a spring-mounted vehicle body.
  • One end of the chassis is connected at one end to the vehicle body, with the other end of the chassis having brackets for the wheels and possibly for shafts and other rotating components.
  • Rotating components such as wheels
  • Rotating components typically have static and dynamic unbalance due to manufacturing inaccuracies, which can be reduced by balancing but never completely eliminated. For this reason, guides and bearings of rotating components having a harmonically oscillating force amplitude, i. a temporally varying force difference to the static force, excited.
  • the frequency of the vibration generated by the imbalance of the rotational speed of the rotating components can be filtered by means of a filter, for example by means of a bandpass filter, the influence of vibrations generated by imbalances.
  • a filter for example by means of a bandpass filter
  • the signal represents a so-called sweep signal, ie a periodic signal which changes its frequency from a starting value to a final value in a defined time.
  • the known arrangement comprises at least one measuring sensor which is fixedly mounted on the shock absorber or on a vehicle component connected to it and whose measured variable represents a measure of operating parameter decreasing efficiency of the shock absorber, a data memory to be arranged in the vehicle for storing at least one limit defining an efficacy limit , a to be arranged in the vehicle, depending on the measured variable of the measuring sensor and the stored in the data memory limit falls below the efficacy limit investigating monitoring circuit and responsive to the monitoring circuit, the below the efficacy limit indicating display device.
  • DE 4 431 794 A1 discloses a method for determining the properties of the shock absorbers installed in a motor vehicle, wherein the motor vehicle is brought to a Friedhalterung, which is then quickly removed so that the motor vehicle is noticeable on a pad whose distance from the Auffahrhalterung corresponds to the predetermined by the construction of the motor vehicle Restaus- federungsweg and the course of the force acting on the pad so-called Radaufstandskraft is determined.
  • a diagnostic device for diagnosing a dynamic system for example for diagnosing a tire inflation pressure or for detecting a change in a vehicle body weight by Detecting a failure of the dynamic system, comprising a disturbance determination device for estimating an integrated disturbance vector that is the sum of an external and an internal disturbance vector of the dynamic system based on an internal state vector of the dynamic system, a correlation calculator for calculating a cross correlation between the estimated integrated disturbance vector and the internal state vector and for isolating a component related to the internal disturbance from the integrated disturbance vector and a diagnostic device for specifying and diagnosing a corresponding error part of the dynamic system from the separated component related to the internal disturbance.
  • the correlation calculating means is constructed such that a correlation between an element of the integrated disturbance vector and an element of the internal state vector not correlated with the external disturbance is calculated, and that of the element of the integrated disturbance vector, a component related to the internal disturbance is separated.
  • the external disturbance may be, for example, a road surface disturbance.
  • DE 199 17 541 A1 discloses a method for error diagnosis in the case of an object to be examined, for example in a rotary machine, by measuring an oscillation generated thereby.
  • a measurement signal generated by the object is detected, an amplitude probability density function of a waveform of the obtained measurement signal is orthogonally extended by a Gram-Charlier series, and the Gram-Charlier series is calculated to make a diagnosis of an error in the object to be examined.
  • a method for the diagnosis of faults in components of chassis systems of motor vehicles, in which the vibrations generated by preferably wheel carrier side rotating components, such as the wheels of the suspension system, due to an imbalance are filtered by means of a bandpass filter first or higher order, so in that the frequency range dependent on the driving speed and thus on the wheel speed is filtered out, which contains the unbalanced vibrations of the rotating components, wherein the driving speed dependent frequency range is determined by means of the signals of a wheel speed sensor, so that the center of the frequency range filtered out by the frequency of the measured wheel speed is determined.
  • frequency ranges can be used whose center corresponds to a harmonic of the wheel speed.
  • the signals of at least one sensor assigned to the component to be diagnosed and at least one sensor assigned to the component to be diagnosed are recorded and stored for the purpose of diagnosing faults of components of a chassis system in an evaluation device, the sensors having values provide for at least one measurable physical amount of movement, for example, for distance, acceleration, speed, angle, speed, rotation rate, strain, thrust and / or torsion.
  • the evaluation device comprises internal storage means; Alternatively, the evaluation device may be connected to external storage means.
  • the measurement time is determined to correspond to the time at which nearly all frequencies have occurred, i. the time during which the speed of the vehicle, and therefore the speed of the rotating components, has reached all the levels that can occur during normal operation of the vehicle.
  • the measurement time is determined dynamically, so that the measurement is terminated when a predetermined frequency interval has passed.
  • a further error code is generated which can be read during inspection of the motor vehicle with a diagnostic device for further information, for example in the event that a match of the determined impedance with the impedance of the component is detected in a damaged state, concerning the severity, the type or location of the error to provide about the error, depending on the type of error by the further error code safety measures in the vehicle, such.
  • a restriction of the driving speed to an emergency braking can be initiated.
  • the imbalance of the rotating components for example a wheel
  • the imbalance of the rotating components can preferably be increased or adjusted by means of an eccentric; This may be the case in particular if the residual imbalance of the rotating components after balancing is very low.
  • FIGURE is a schematic view of a wheel of a motor vehicle, the vehicle body and the components of a device for diagnosing faults in components of chassis systems of motor vehicles.
  • the evaluation device 7 is connected to a sensor 8 arranged on the wheel carrier side and to a sensor 9 which is assigned to the chassis component 3 to be diagnosed and as input signals for at least one measurable physical quantity of movement, for example for travel, acceleration, speed, angle, rotational speed, Rotary rate, strain, thrust and / or torsion deliver.
  • a deviation of the determined impedance of the chassis component 3 from the known impedance of the chassis component 3 in the undamaged state is detected, which exceeds a predetermined threshold value, an error of the chassis component 3 is detected and an error code is output and an error flag is generated, which optionally prompts for inspection in the vehicle display 10 and optionally generates an optical or acoustic signal for informing the driver.
  • a further error code is generated, which can be read in the inspection of the motor vehicle with a diagnostic device 1 1, for further information regarding the error, For example, regarding the severity, the nature or the location of the error. Depending on the type of fault, safety measures in the vehicle can be initiated by the additional error code.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen Im Rahmen des Verfahrens zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen werden von rotierenden Bauteilen (1) des Fahrwerkssystems aufgrund einer Unwucht (4) erzeugte Schwingungen derart gefiltert, dass der von der Raddrehzahl abhängige Frequenzbereich herausgefiltert wird, der die unwuchtbedingten Schwingungen der rotierenden Bauteile enthält, wobei in einer Auswertevorrichtung (7) die Signale mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zugeordneten radträgerseitig angeordneten Sensors (8) und mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zugeordneten fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensors (9) für eine vorgegebene Messzeit erfasst und gespeichert werden, wobei die Amplituden der Sensorsignale nach aufsteigender Frequenz sortiert werden und die mechanische Impedanz der Übertragungskette ermittelt wird, wobei die ermittelte mechanische Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand verglichen wird und wobei, wenn eine Abweichung der ermittelten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) von der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand erkannt wird, ein Fehler des zu diagnostizierenden Bauteils (3) erkannt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen.
Das Fahrwerk von Kraftfahrzeugen dient zur Führung der Räder und ggf. von Antriebswellen gegenüber einem federnd gelagerten Fahrzeugaufbau. Das eine Ende des Fahrwerks ist mit einem Ende am Fahrzeugaufbau verbunden, wobei das andere Ende des Fahrwerks Halterungen für die Räder und ggf. für Wellen und weitere rotierende Bauteile aufweist.
Rotierende Bauteile, beispielsweise Räder, weisen aufgrund von Herstellungsun- genauigkeiten in der Regel eine statische und eine dynamische Unwucht auf, die durch Wuchten reduziert, jedoch nie vollständig eliminiert werden kann. Aus diesem Grund werden Führungen und Lagerung rotierender Bauteile mit einer harmonisch schwingenden Kraftamplitude, d.h. einer zeitlich variierenden Kraftdifferenz zur statischen Kraft, angeregt.
In Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen werden die aufgrund des Auswuchtens der rotierenden Bauteile sehr geringen harmonischen Schwingungen durch deutlich größere stochastische Schwingungen infolge der Fahrbahnanregung überlagert und sind daher selten spürbar und nur messtechnisch erfassbar.
Da die Frequenz der durch die Unwuchten erzeugten Schwingung von der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Bauteile und somit in der Regel von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt, lässt sich mittels eines Filters, beispielsweise mittels eines Bandpassfilters, der Einfluss der durch Unwuchten erzeugten Schwingungen herausfiltern. Da Kraftfahrzeuge im Betrieb aus dem Stillstand beschleunigt und abgebremst werden, um mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu fahren, werden bis zu einer durch die Höchstgeschwindigkeit limitierten maximalen Frequenz alle Frequenzen angeregt, d.h. bei konstanter Beschleunigung stellt das Signal ein sogenanntes Sweep-Signal dar, d.h. ein periodisches Signal, welches in einer definierten Zeit seine Frequenz von einem Startwert zu einem Endwert hin ändert.
Bei der Bestimmung der mechanischen Impedanz von schwingungsfähigen Bauteilen oder zur Systemidentifikation werden meist Testsignale benutzt, unter anderem auch Sweep-Signale, um die Systemantwort bei unterschiedlichen Frequenzen zu analysieren. Schäden in Bauteilen, die sich in der Übertragungskette zwischen den Sensoren zur Bestimmung der mechanischen Impedanz befinden, führen zu einem unterschiedlichen Systemverhalten, d.h. das System reagiert bei gleichbleibendem Eingangssignal mit einer abweichenden Signalantwort. Unter Labor- und Prüfbedingungen ist somit die Erkennung eines geänderten Übertragungsverhaltens der Struktur möglich, was auf einen Fehler schließen lässt.
In einem Kraftfahrzeug stehen einerseits in der Regel jedoch keine Prüfsignale, wie beispielsweise Sweep-Signale zur Verfügung; andererseits resultiert die Nutzung von stochastischen Signalen, beispielsweise von durch die Fahrbahnanregung erzeugten Signalen, in erheblichen Problemen bei der Auswertung.
Zur Erhöhung der Sicherheit von Kraftfahrzeugen gewinnt die Erkennung von Schäden in Strukturbauteilen zunehmend an Bedeutung, insbesondere um gefährliche und teure Folgeschäden zu vermeiden. Aus dem Stand der Technik sind Systeme und Verfahren, die Schwingungssignale zur Diagnose von Systemen oder Bauteilen auswerten, bekannt.
Beispielsweise geht aus der DE 1 0 2008 01 6 746 A1 eine Anordnung zur Erfassung und/oder Auswertung von Schwingungen bewegter und/oder einen Antrieb aufweisender Körper und/oder Strukturen, insbesondere von Fahrzeugen bzw. von Kraftfahrzeugen hervor, mit wenigstens einem Schwingungssensor, der mit einer Auswerteeinheit gekoppelt ist. Hierbei umfasst der wenigstens eine Schwingungssensor einen Messaufnehmer, der zur Erfassung eines Schwingungsverhaltens am Körper bzw. an der Struktur angeordnet ist. Ferner ist aus der DE 44 40 41 3 A1 eine Anordnung zur Überwachung der Wirksamkeit wenigstens eines in ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, eingebauten Stoßdämpfers während des Fahrbetriebs bekannt. Die bekannte Anordnung umfasst zumindest einen an dem Stoßdämpfer oder an einer mit ihm verbundenen Fahrzeugkomponente betriebsmäßig fest angeordneten Messsensor, dessen Messgröße ein Maß für einen mit abnehmender Wirksamkeit des Stoßdämpfers sich ändernden Betriebsparameter repräsentiert, einen im Fahrzeug anzuordnenden Datenspeicher zur Speicherung wenigstens eines eine Wirksamkeitsgrenze definierenden Grenzwerts, eine in dem Fahrzeug anzuordnende, abhängig von der Messgröße des Mess-Sensors und dem im Datenspeicher gespeicherten Grenzwert eine Unterschreitung der Wirksamkeitsgrenze ermittelnde Überwachungsschaltung und eine auf die Überwachungsschaltung ansprechende, die Unterschreitung der Wirksamkeitsgrenze anzeigende Anzeigeeinrichtung.
Im Rahmen der DE 4 431 794 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften der in einem Kraftfahrzeug eingebauten Stoßdämpfer offenbart, wobei das Kraftfahrzeug auf eine Auffahrhalterung gebracht wird, die anschließend schnell entfernt wird, damit das Kraftfahrzeug auf eine Unterlage auffällt, deren Abstand von der Auffahrhalterung dem durch die Konstruktion des Kraftfahrzeuges vorgegebenen Restaus- federungsweg entspricht und der Verlauf der beim Auftreffen auf die Unterlage wirkenden sogenannten Radaufstandskraft bestimmt wird. Bei dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass das Schwingungsverhalten der Karosserie und jeweils eines Rades gemessen wird mit dem Ziel, durch Kombination der Messergebnisse die für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs charakteristischen Daten, nämlich die Karosserie- und Radmassen, die Federsteifigkeit und die Dämpfungskonstanten berechnen zu können. Vorzugsweise wird das Schwingungsverhalten von Karosserie und Rad der zu prüfenden Achse des Kraftfahrzeuges mittels einer Wegmessung der entstehenden Hubschwingungen von Karosserie und Rad für jede Seite der geprüften Achse bestimmt.
Ferner ist aus der DE 43 40 746 C2 eine Diagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren eines dynamischen Systems, beispielsweise zum Diagnostizieren eines Reifenluftdrucks oder zum Feststellen einer Änderung eines Fahrzeugaufbaugewichts durch Feststellen eines Fehlers des dynamischen Systems bekannt, umfassend eine Stö- rungsermittlungsvorrichtung zum Abschätzen eines integrierten Störungsvektors, der die Summe aus einem externen und einem internen Störungsvektor des dynamischen Systems ist, basierend auf einem internen Zustandsvektor des dynamischen Systems, eine Korrelationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Querkorrelation zwischen dem abgeschätzten integrierten Störungsvektor und dem internen Zustandsvektor und zum Abtrennen einer in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente von dem integrierten Störungsvektor und eine Diagnosevorrichtung zum Spezifizieren und Diagnostizieren eines entsprechenden Fehlerteils des dynamischen Systems aus der abgetrennten, in Beziehung zur internen Störung stehenden Komponente. Hierbei ist die Korrelationsberechnungsvorrichtung derart aufgebaut, dass eine Korrelation zwischen einem Element des integrierten Störungsvektors und einem nicht mit der externen Störung korrelierten Element des internen Zustandsvektors berechnet wird und dass von dem Element des integrierten Störungsvektors eine in Beziehung zu der internen Störung stehenden Komponente abgetrennt wir. Die externe Störung kann beispielsweise eine Straßenoberflächenstörung sein.
Des Weiteren ist aus der DE 199 17 541 A1 ein Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einem zu untersuchenden Objekt, wie beispielsweise bei einer Rotationsmaschine, durch Messen einer dadurch erzeugten Schwingung bekannt. Hierbei wird ein durch das Objekt erzeugtes Messsignal erfasst, eine Amplitudenwahrscheinlichkeits- Dichtefunktion einer Wellenform des erhaltenen Messsignals durch eine Gram-Charlier- Reihe orthogonal erweitert und die Gram-Charlier-Reihe berechnet, um eine Diagnose eines Fehlers bei dem zu untersuchenden Objekt durchzuführen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen anzugeben, welches auf der Auswertung von Schwingungssignalen basiert und den Einsatz der unter Laborbedingungen bekannten Diagnoseverfahren in einem Kraftfahrzeug erlaubt.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist Gegenstand des Patentanspruchs 7. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, im Rahmen dessen die von vorzugsweise radtragerseitig angeordneten rotierenden Bauteilen, beispielsweise der Räder des Fahrwerkssystems, aufgrund einer Unwucht erzeugten Schwingungen mittels eines Bandpassfilters erster oder höherer Ordnung gefiltert werden, derart, dass der von der Fahrgeschwindigkeit und demnach von der Raddrehzahl abhängige Frequenzbereich herausgefiltert wird, der die unwuchtbedingten Schwingungen der rotierenden Bauteile enthält, wobei der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Frequenzbereich mittels der Signale eines Raddrehzahlsensors ermittelt wird, so dass die Mitte des herausgefilterten Frequenzbereichs durch die Frequenz der gemessenen Raddrehzahl bestimmt ist.
Auch können zusätzlich oder allein Frequenzbereiche verwendet werden, deren Mitte einer Harmonischen der Raddrehzahl entsprechen.
Gemäß der Erfindung werden zur Diagnose von Fehlern von Bauteilen eines Fahrwerksystems in einer Auswertevorrichtung für eine vorgegebene Messzeit die Signale mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil zugeordneten radträgerseitig angeordneten Sensors und mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil zugeordneten fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensors erfasst und gespeichert, wobei die Sensoren Werte für zumindest eine messbare physikalische Bewegungsgröße liefern, beispielsweise für Weg, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Winkel, Drehzahl, Dreh rate, Dehnung, Schub und/oder Torsion. Zur Speicherung der Daten umfasst die Auswertevorrichtung interne Speichermittel; alternativ kann die Auswertevorrichtung mit externen Speichermitteln verbunden sein.
Die Amplituden der Sensorsignale werden in der Auswertevorrichtung nach aufsteigender Frequenz sortiert, so dass die mechanische Impedanz der Übertragungskette, d.h. der Widerstand, der der Schwingungsausbreitung entgegengesetzt wird, ermittelt werden kann. Gemäß der Erfindung können die radträgerseitig und/oder fahrzeug- aufbauseitig angeordneten Sensoren mehreren zu diagnostizierenden Bauteilen zugeordnet sein.
Die Messzeit wird dadurch bestimmt, dass sie der Zeit entspricht, in der nahezu alle Frequenzen aufgetreten sind, d.h. der Zeit, in der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und somit die Drehzahl der rotierenden Bauteile sämtliche Werte angenommen hat, die im normalen Betrieb des Fahrzeugs auftreten können. Vorzugsweise wird die Messzeit dynamisch bestimmt, so dass die Messung beendet wird, wenn ein vorgegebenes Frequenzintervall durchlaufen ist.
Anschließend wird die auf diese Weise ermittelte Impedanz eines Bauteils, dem die Sensoren zugeordnet sind, in der Auswertevorrichtung mit der vorher gemessenen oder bekannten und in Speichermitteln der Auswertevorrichtung gespeicherten Impedanz des unbeschädigten Bauteils und optional mit weiteren bekannten und in Speichermitteln der Auswertevorrichtung gespeicherten Impedanzen des Bauteils mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen verglichen, wobei in diesem Fall die größte Übereinstimmung der Impedanzen identifiziert wird und davon ausgegangen wird, dass sich das Bauteil in dem Zustand befindet, welches durch die bekannte Impedanz repräsentiert wird, die der ermittelten Impedanz am ehesten entspricht.
Wenn keine bekannten Impedanzen des zu diagnostizierenden Bauteils mit bekannten Fehlern herangezogen werden, wird die ermittelte Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils, dem die Sensoren zugeordnet sind, lediglich mit der Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils im unbeschädigten Zustand verglichen.
Durch den optionalen Vergleich der ermittelten Impedanz mit weiteren bekannten Impedanzen des zu diagnostizierenden Bauteils, die bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen entsprechen, können in vorteilhafter Weise im Fehlerfall zusätzliche Aussagen über Schwere, Art oder Ort des Fehlers gemacht werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass solange die ermittelte Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils mit der Impedanz des Bauteils im unbeschädigten Zustand übereinstimmt, kein Fehlercode ausgegeben wird, wobei, wenn keine Übereinstimmung vorliegt, was anhand des Überschreitens eines Schwellenwertes für die Differenz zwischen der ermittelten Impedanz und der Impedanz des Bauteils im unbeschädigten Zustand erkannt wird und für den Fall, dass die ermittelte Impedanz mit weiteren bekannten Impedanzen des Bauteils mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen verglichen wird und eine Übereinstimmung der ermittelten Impedanz mit der Impedanz des Bauteils in einem beschädigten Zustand erkannt wird, ein Fehler des zu diagnostizierenden Bauteils erkannt und ein Fehler-Flag generiert wird, welches z. B. in der Fahrzeuganzeige zur Inspektion auffordert und optional ein optisches oder akustisches Signal zur Information des Fahrers erzeugt.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung wird bei Erkennung eines Fehlers an einem zu diagnostizierenden Bauteil ein weiterer Fehlercode erzeugt, der bei der Inspektion des Kraftfahrzeugs mit einem Diagnosegerät ausgelesen werden kann, um weitere Informationen, beispielsweise für den Fall, dass eine Übereinstimmung der ermittelten Impedanz mit der Impedanz des Bauteils in einem beschädigten Zustand erkannt wird, betreffend die Schwere, die Art oder den Ort des Fehlers, über den Fehler zur Verfügung zu stellen, wobei je nach Fehlerart durch den weiteren Fehlercode Sicherheitsmaßnahmen im Fahrzeug, wie z. B. eine Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit bis hin zu einer Notbremsung, eingeleitet werden können.
Gemäß der Erfindung kann die Unwucht der rotierenden Bauteile, beispielsweise eines Rades, vorzugsweise mittels eines Excenters erhöht bzw. eingestellt werden; dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Restunwucht der rotierenden Bauteile nach dem Auswuchten sehr gering ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen umfasst demnach eine Auswertevorrichtung, welche interne Speichermittel aufweist oder mit externen Speichermitteln verbunden ist, mindestens einen zumindest einem zu diagnostizierenden Bauteil zugeordneten radträ- gerseitig angeordneten Sensor und mindestens einen zumindest einem zu diagnostizierenden Bauteil zugeordneten fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensor, wobei der zumindest eine radträgerseitig angeordnete Sensor und der zumindest eine fahrzeugaufbauseitig angeordnete Sensor Eingangssignale für die Auswertevorrichtung liefern und wobei der Auswertevorrichtung das Ausgangssignal zumindest eines Raddrehzahlsensors zugeführt wird. Hierbei kann der zumindest eine Raddrehzahlsensor ein ohnehin im Fahrzeug vorgesehener Raddrehzahlsensor sein, wobei in diesem Fall die Auswertevorrichtung am Fahrzeugrechner oder am Datenbussystem des Fahrzeugs angeschlossen ist. Alternativ kann die Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in rotierenden Bauteilen von Fahrwerksystemen zumindest einen eigenen Raddrehzahlsensor aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dauerhaft und fest im Fahrzeug im Sinne einer Onboard-Diagnose installiert sein. Alternativ dazu können die benötigten Sensoren und optional die Excenter zum Erzeugen einer einstellbaren Unwucht temporär an den Bauteilen angebracht werden bzw. mit dem Fahrzeug in Wirkverbindung gebracht werden, wobei die Auswertevorrichtung als externe Auswertevorrichtung ausgeführt ist, die temporär mit dem Fahrzeug verbunden wird, um eine Wartungs-Diagnose durchzuführen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Ansicht eines Rades eines Kraftfahrzeugs, des Fahrzeugaufbaus und der Komponenten einer Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen ist, beispielhaft näher erläutert.
In der beigefügten Figur sind ein Rad eines Kraftfahrzeugs mit 1 und der Fahrzeugaufbau mit 2 bezeichnet. Ferner ist ein zu diagnostizierendes Fahrwerkbauteil, was z. B. als Querblattfeder aus Faserverbundwerkstoff ausgeführt sein kann, mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Am Rad 1 ist eine Unwucht 4 angedeutet, da alle rotierenden Bauteile am Fahrwerk selbst nach dem Auswuchten eine geringe Unwucht aufweisen. Wie bereits erläutert, kann die Unwucht der zu diagnostizierenden rotierenden Bauteile optional z.B. mittels eines Excenters erhöht bzw. eingestellt werden. Ferner ist in der beigefügten Figur der Radträger mit 5 bezeichnet.
Zur Diagnose von Fehlern am Fahrwerkbauteil 3 werden erfindungsgemäß die vom rotierenden Rad 1 aufgrund der Unwucht 4 erzeugten Schwingungen in einer Auswertevorrichtung 7 mittels eines Bandpassfilters erster oder höherer Ordnung derart gefiltert, dass der von der Raddrehzahl abhängige Frequenzbereich, der die unwuchtbedingten Schwingungen des Rades 1 enthält, herausgefiltert wird. Hierbei wird der von der Raddrehzahl abhängige Frequenzbereich mittels der Signale eines Raddrehzahlsensors 6 ermittelt, so dass die Mitte des herausgefilterten Frequenzbereichs durch die Frequenz der vom Raddrehzahlsensors 6 gemessenen Raddrehzahl bestimmt ist.
Die Auswertevorrichtung 7 ist mit einem radträgerseitig angeordneten Sensor 8 und mit einem fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensor 9 verbunden, die dem zu diagnostizierenden Fahrwerkbauteil 3 zugeordnet sind und als Eingangssignale Werte für zumindest eine messbare physikalische Bewegungsgröße, beispielsweise für Weg, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Winkel, Drehzahl, Dreh rate, Dehnung, Schub und/oder Torsion liefern.
Nachdem über eine bestimmte Messzeit nahezu alle Frequenzen, die im Betrieb des Kraftfahrzeugs auftreten können, aufgetreten sind, werden in der Auswertevorrichtung 7 die Amplituden der Sensorsignale nach aufsteigender Frequenz sortiert und es wird die mechanische Impedanz der Übertragungskette, d. h. der Widerstand, der der Schwingungsausbreitung entgegengesetzt wird, ermittelt.
In einem nächsten Schritt wird die auf diese Weise bestimmte mechanische Impedanz des Fahrwerkbauteils 3, dem die Sensoren 8, 9 zugeordnet sind, in der Auswertevorrichtung 7 mit der bekannten Impedanz des Fahrwerkbauteils 3 im unbeschädigten Zustand und optional mit weiteren bekannten Impedanzen des Fahrwerkbauteils 3 mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen verglichen, wobei in diesem Fall die größte Übereinstimmung der Impedanzen identifiziert wird und davon ausgegangen wird, dass sich das Fahrwerkbauteil 3 in dem Zustand befindet, welches durch die bekannte Impedanz repräsentiert wird, die der ermittelten Impedanz am ehesten entspricht.
Wenn eine Abweichung der ermittelten Impedanz des Fahrwerkbauteils 3 von der bekannten Impedanz des Fahrwerkbauteils 3 im unbeschädigten Zustand erkannt wird, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein Fehler des Fahrwerkbauteils 3 erkannt und ein Fehlercode ausgegeben und es wird ein Fehler-Flag generiert, welches optional in der Fahrzeuganzeige 10 zur Inspektion auffordert und optional ein optisches oder akustisches Signal zur Information des Fahrers erzeugt.
Für den Fall, dass eine Übereinstimmung der ermittelten Impedanz mit der Impedanz des Bauteils in einem beschädigten Zustand erkannt wird, wird ein weiterer Fehlercode erzeugt, der bei der Inspektion des Kraftfahrzeugs mit einem Diagnosegerät 1 1 ausgelesen werden kann, um weitere Informationen betreffend den Fehler, beispielsweise betreffend die Schwere, die Art oder den Ort des Fehlers zur Verfügung zu stellen. Je nach Fehlerart können durch den weiteren Fehlercode Sicherheitsmaßnahmen im Fahrzeug eingeleitet werden.
Bezuqszeichen
Rad
Fahrzeugaufbau
Fahrwerkbauteil
Unwucht
Radträger
Raddrehzahlsensor
Auswertevorrichtung
radseitig angeordneter Sensor
fahrzeugaufbauseitig angeordneter Sensor
Fahrzeuganzeige
Diagnosegerät

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass von rotierenden Bauteilen (1 ) aufgrund einer Unwucht (4) erzeugte Schwingungen mittels eines Bandpassfilters erster oder höherer Ordnung derart gefiltert werden, dass ein von der Drehzahl des rotierenden Bauteils abhängiger Frequenzbereich herausgefiltert wird, der die unwuchtbedingten Schwingungen der rotierenden Bauteile enthält, wobei der Drehzahl abhängige Frequenzbereich die Frequenz der Drehzahl oder einer ihrer Harmonischen umfasst, wobei in der Auswertevorrichtung (7) die Signale mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zugeordneten radträgerseitig angeordneten Sensors (8) und mindestens eines dem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zugeordneten fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensors (9) für eine vorgegebene Messzeit erfasst und gespeichert werden, wobei die Sensoren (8, 9) Werte für zumindest eine messbare physikalische Bewegungsgröße liefern, wobei in der Auswertevorrichtung (7) die Amplituden der Sensorsignale nach aufsteigender Frequenz sortiert werden und die mechanische Impedanz der Übertragungskette, d.h. der Widerstand, der der Schwingungsausbreitung entgegengesetzt wird, ermittelt wird, wobei die ermittelte mechanische Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand verglichen wird und wobei, wenn eine Abweichung der ermittelten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) von der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand erkannt wird, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ein Fehler des zu diagnostizierenden Bauteils (3) erkannt, ein Fehlercode ausgegeben und ein Fehler-Flag generiert wird.
2. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswertevorrichtung (7) die ermittelte Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) zusätzlich mit weiteren bekannten Impedanzen des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen verglichen wird, wobei die größte Übereinstimmung der Impedanzen identifiziert wird und davon ausgegangen wird, dass sich das zu diagnostizierende Bauteil (3) in dem Zustand befindet, welches durch die bekannte Impedanz repräsentiert wird, die der ermittelten Impedanz am ehesten entspricht, wobei wenn eine Übereinstimmung der ermittelten Impedanz mit der Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) in einem beschädigten Zustand erkannt wird, ein weiterer Fehlercode erzeugt wird, der bei der Inspektion des Kraftfahrzeugs mit einem Diagnosegerät (1 1 ) ausgelesen werden kann, um weitere Informationen betreffend den Fehler zur Verfügung zu stellen, wobei je nach Fehlerart durch den weiteren Fehlercode Sicherheitsmaßnahmen im Fahrzeug eingeleitet werden können.
3. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehler- Flag in der Fahrzeuganzeige (1 0) zur Inspektion auffordert und optional ein optisches oder akustisches Signal zur Information des Fahrers erzeugt.
4. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine radträgerseitig angeordnete Sensor (8) und der mindestens eine fahrzeugauf- bauseitig angeordnete Sensor (9) Werte für Weg, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Winkel, Drehzahl, Dreh rate, Dehnung, Schub und/oder Torsion liefern.
5. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Messzeit dynamisch bestimmt wird, so dass die Messung beendet wird, wenn ein vorgegebenes Frequenzintervall durchlaufen ist.
6. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwucht der rotierenden Bauteile (1 ) mittels eines Excenters erhöht bzw. eingestellt werden kann.
7. Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswertevorrichtung (7), welche interne Speichermittel aufweist oder mit externen Speichermitteln verbunden ist, mindestens einen zumindest einem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zuge- ordneten radträgerseitig angeordneten Sensor (8) und mindestens einen zumindest dem zu diagnostizierenden Bauteil (3) zugeordneten fahrzeugaufbauseitig angeordneten Sensor (9) umfasst, wobei der zumindest eine radträgerseitig angeordnete Sensor (8) und der zumindest eine fahrzeugaufbauseitig angeordnete Sensor (9) Eingangssignale für die Auswertevorrichtung (7) liefern und wobei der Auswertevorrichtung (7) das Ausgangssignal zumindest eines Raddrehzahlsensors (6) zugeführt wird, wobei in der Auswertevorrichtung (7) die von rotierenden Bauteilen (1 ) des Fahrwerkssystems aufgrund einer Unwucht (4) erzeugten Schwingungen mittels eines Bandpassfilters erster oder höherer Ordnung derart gefiltert werden können, dass der von der Raddrehzahl abhängige Frequenzbereich herausgefiltert wird, der die unwuchtbedingten Schwingungen der rotierenden Bauteile enthält, wobei der von der Fahrgeschwindigkeit abhängige Frequenzbereich mittels der Signale des Raddrehzahlsensors (6) ermittelbar ist, so dass die Mitte des herausgefilterten Frequenzbereichs durch die Frequenz der gemessenen Raddrehzahl bestimmt ist, wobei in der Auswertevorrichtung (7) die Amplituden der Sensorsignale nach aufsteigender Frequenz sortierbar sind und die mechanische Impedanz der Übertragungskette ermittelbar ist, wobei in der Auswertevorrichtung (7) die ermittelte mechanische Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand verglichen werden kann und wobei, wenn eine Abweichung der ermittelten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) von der bekannten Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) im unbeschädigten Zustand erkannt wird, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ein Fehler des zu diagnostizierenden Bauteils (3) erkannt und von der Auswertevorrichtung (7) ein Fehlercode ausgegeben und ein Feh- ler-Flag generiert wird.
8. Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Speichermitteln der Auswertevorrichtung (7) weitere bekannten Impedanzen des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen speicherbar sind, wobei die ermittelte Impedanz des zu diagnostizierenden Bauteils (3) in der Auswertevorrichtung (7) mit den weiteren bekannten Impedanzen des zu diagnostizierenden Bauteils (3) mit bekannten Fehlern bzw. Beschädigungen vergleichbar ist und wobei die größte Übereinstimmung der Impedanzen identifizierbar ist und davon ausgegangen wird, dass sich das zu diagnostizierende Bauteil (3) in dem Zustand befindet, welches durch die bekannte Impedanz repräsentiert wird, die der ermittelten Impedanz am ehesten entspricht.
9. Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern in Bauteilen von Fahrwerksystemen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie dauerhaft und fest in einem Kraftfahrzeug im Sinne einer Onboard-Diagnose installiert ist oder dass die benötigten Sensoren (8, 9) und optional Excenter zum Erzeugen einer einstellbaren Unwucht (4) temporär an den entsprechenden Bauteilen anbringbar sind bzw. mit dem Fahrzeug in Wirkverbindung bringbar sind, wobei in diesem Fall die Auswertevorrichtung (7) als externe Auswertevorrichtung (7) ausgeführt ist, die temporär mit dem Fahrzeug verbindbar ist, um eine Wartungs-Diagnose durchzuführen.
10. Verfahren zur Diagnose von Fehlern in rotierenden Bauteilen einer Vorrichtung, wie eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Vorrichtung zumindest einer ersten Bewegungsgröße einer das rotierende Bauteil antreibenden Mittels erfasst wird und zumindest eine zweite Bewegungsgröße des rotierenden Bauteils oder eines dem rotierenden Bauteils nachfolgenden Bauteils erfasst wird und ein Vergleich der beiden Bewegungsgrößen vorgenommen wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Vergleich der ersten und zweiten Bewegungsgrößen, wie Drehgeschwindigkeit, Drehmoment, Schub und/oder Torsion die Unwucht des rotierenden Bauteils erfasst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der zumindest einen zweiten Bewegungsgröße mittels eines Bandpassfilters gefiltert wird, dessen Durchlassfrequenz die Frequenz der zumindest einen ersten Bewegungsgröße umfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Bewegungsgröße die Bewegung eines Rades des Fahrzeugs kennzeichnet.
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