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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung der an einem mehrrädrigen Fahrzeug verbauten Rad-Schwingungsdämpfer durch Analyse des Nach-Schwingverhaltens des Fahrzeug-Aufbaus als Folge des Überfahrens einer Fahrbahn-Unebenheit.
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Es sind bereits eine Vielzahl von Überprüfungs-Verfahren für die den Rädern zugeordneten Schwingungsdämpfer („Stoßdämpfer”) in Fahrzeugen bekannt. Üblicherweise wird das Fahrzeug hierfür auf einen Prüfstand gefahren, auf dem das Rad oder die Räder in Schwingungen in Vertikalrichtung (d. h. senkrecht zu ihrer Aufstandsfläche) versetzt werden und das Abklingverhalten dieser Schwingungen beobachtet wird. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2008 041 745 A1 ein Verfahren zum Prüfen eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs im eingebauten Zustand, wobei die Räder einer Fahrzeugachse auf den Schwingplatten eines Schwingungsdämpfungsprüfstandes positioniert werden, daraufhin wenigstens eines der Räder zum Schwingen mit einer Erregerfrequenz in der Umgebung der Aufbaueigenfrequenz angeregt wird und daraufhin die Erregerfrequenz derart geändert wird, dass die Aufbaueigenfrequenz durchfahren wird, wobei die Schwingungsamplituden der Radschwingung und der Aufbauschwingung erfasst werden und das maximale Amplitudenverhältnis aus den erfassten Schwingungsamplituden sowie hieraus ein Dämpfungsmaß bestimmt wird, welches mit einem vorbestimmten Referenz-Dämpfungsmaß verglichen wird.
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Derartige Verfahren liefern zwar zuverlässige Ergebnisse, jedoch muss für eine Überprüfung der Rad-Schwingungsdämpfer das Fahrzeug stets auf einen Prüfstand gefahren werden, was erstens aufwändig ist und zweitens vom Halter des Fahrzeugs üblicherweise nur in Verbindung mit einer gesetzlich vorgeschriebenen Fahrzeug-Hauptuntersuchung durchgeführt wird. Um auch im laufenden Betrieb des Fahrzeugs quasi kontinuierlich eine automatische Funktionsüberwachung durchführen zu können, wurden bereits verschiedenste Verfahren entwickelt. Beispielsweise seien hier die
DE 29 05 931 C3 oder die
DE 44 32 892 A1 als Stand der Technik genannt, wobei (zumeist) die Vertikalbeschleunigungen der Räder des Fahrzeugs gemessen und Frequenzanalysen hierzu durchgeführt werden, anhand derer dann auf eine korrekte oder fehlerhafte Funktion des diesem Rad zugeordneten Schwingungsdämpfers geschlossen wird. In die Großserie eingeflossen ist jedoch bislang keines dieser bekannten Verfahren, möglicherweise weil der Aufwand für Sensorik und/oder Rechenleistung hierfür unverhältnismäßig hoch ist.
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Vorliegend soll daher ein einfaches Verfahren zur Funktionsüberprüfung der Rad-Schwingungsdämpfer eines Fahrzeugs im realen Fahrbetrieb aufgezeigt werden, welches keinen erheblichen Mehraufwand erfordert (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Funktionsüberwachung der an einem mehrrädrigen Fahrzeug verbauten Rad-Schwingungsdämpfer durch Analyse des Nach-Schwingverhaltens des Fahrzeug-Aufbaus als Folge des Überfahrens einer Fahrbahn-Unebenheit, wobei im realen Fahrbetrieb unter Berücksichtigung aktueller Randbedingungen die sensorisch ermittelte Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs mit einem zeitlichen Sollverlauf verglichen wird und die unter Berücksichtigung aktueller Randbedingungen festgestellten signifikanten Abweichungen zwischen dem sensorisch ermittelten zeitlichen Vertikalbeschleunigungsverlauf und dem Sollverlauf einer statistischen Auswertung zugeführt werden, anhand welcher entweder auf die korrekte Funktion aller Schwingungsdämpfer oder die fehlerhafte Funktion zumindest eines Schwingungsdämpfers geschlossen wird, wobei eine solchermaßen erkannte fehlerhafte Funktion zur Anzeige gebracht wird.
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Vorzugsweise wird dabei die fehlerhafte Funktion zumindest eines Schwingungsdämpfers nicht nur dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt und für einen rechnergestützten Abgriff über eine fahrzeuginterne Service-Schnittstelle abgespeichert, sondern auch an eine externe Service-Einrichtung übermittelt, so wie dies grundsätzlich beispielsweise aus der
WO 2007/098781 A1 bekannt ist. Die Abspeicherung kann dabei für solche Werkstätten vorteilhaft sein, bei denen keine direkte Übermittlung möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird das Schwingungsverhalten des Fahrzeug-Aufbaus (d. h. der Karosserie des Fahrzeugs) ausgewertet, wofür vorteilhafterweise auf eine zu anderen Zwecken bereits vorhandene Sensorik zur Ermittlung von dessen (bzw. deren) Vertikalbeschleunigung zugegriffen werden kann. Mittels eines im Fzg.-Aufbau installierten Sensors kann nämlich bereits die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus ausreichend genau bestimmt werden, um sog. „Personenschutzmittel” wie Airbags oder Sicherheitsgurte insbesondere im Falle eines (seitlichen) Überschlags des Fahrzeugs im Hinblick auf bestmöglichen Schutz der Fahrzeug-Insassen geeignet ansteuern zu können, vgl. hierzu bspw. die
DE 10 2008 010 560 A1 . Auch elektronisch geregelte Fahrwerkssysteme, Fahrerassistenzsysteme und Stabilitätskontrollsysteme nutzen üblicherweise solche Sensoren. Vorliegend wurde nun erkannt, dass mittels einer einfachen (und vorzugsweise bereits vorhandenen) Sensorik zur Bestimmung der Vertikal-Beschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus die Schwingungsdämpfer des Fahrzeugs im Fahrbetrieb quasi fortlaufend und gesamthaft ausreichend genau überprüft, d. h. auf korrekte Funktion hin überwacht werden können, wenn unter Berücksichtigung wesentlicher aktueller Randbedingungen das Abklingverhalten einer durch eine Fahrbahnunebenheit hervorgerufenen Aufbau-Schwingung in Vertikalrichtung betrachtet wird. Anstelle des Begriffs „Abklingverhalten” kann auch der Begriff „Nach-Schwingverhalten” über der Zeit verwendet werden, wobei die Schwingung des Aufbaus durch Überfahren einer Fahrbahn-Unebenheit hervorgerufen wird.
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Mit geeigneter Auslegung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein einziger Sensor zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus ausreichend sein, wobei dann bei Erkennen einer Funktionsstörung selbstverständlich nur erkannt werden kann, dass zumindest einer der Rad-Schwingungsdämpfer fehlerhaft arbeitet, jedoch kann bereits diese Information ausreichend sein, um daraufhin in einer Werkstatt eine nähere Untersuchung der Rad-Schwingungsdämpfer zu veranlassen. Für letzteres ist eine bereits genannte Übermittlung an eine externe Service-Einrichtung (= Werkstatt) besonders förderlich. Spezifischere Ergebnisse können unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich dann erzielt werden, wenn die Vertikal-Beschleunigung des Fzg.-Aufbaus im Bereich jeder Achse separat bestimmbar ist, wofür dann an einem zweiachsigen Kraftfahrzeug (bspw. Personenkraftwagen) vorzugsweise zwei entsprechende Sensoren zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus vorgesehen sein können. Alternativ kann jedoch unter geeigneter Einbeziehung der Signale eines in moderneren üblichen Fahrzeugen ebenfalls bereits vorhandenen Längsbeschleunigungssensors auch ein einziger Sensor zur Ermittlung der Vertikal-Beschleunigung des Fzg.-Aufbaus ausreichend sein, jedenfalls dann, wenn anschließend an eine eine Vertikalschwingung des Aufbaus hervorrufende Fahrbahn-Unebenheit die weitere Fahrbahn eben und horizontal verläuft.
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Damit eine von einer Fahrbahn-Unebenheit, beispielsweise einer Fahrbahnschwelle („sleeping policeman”) hervorgerufene Schwingung des Fahrzeug-Aufbaus bzw. deren Abklingverhalten geeignet analysiert werden kann, sollte zunächst die Intensität bzw. Größe der Schwingungsanregung betrachtet werden. Hierfür wird die maximale Amplitude des zeitlichen Verlaufs der durch Messung ermittelten bzw. aus einer solchen abgeleiteten Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus herangezogen. Bereits hiermit kann dann ein Vergleich mit einem aus einer solchen Schwingungsanregung resultierenden zeitlichen Soll-Verlauf der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus durchgeführt werden. Bei Vorliegen großer Unterschiede zwischen dem Istverlauf und dem Sollverlauf könnte dann grundsätzlich bereits auf einen fehlerhaft arbeitenden Schwingungsdämpfer geschlossen werden. Erheblich gesteigert werden kann jedoch die Aussagekraft eines solchen Vergleichs dann, wenn zusätzlich das aktuelle Gewicht des Fahrzeugs zumindest näherungsweise berücksichtigt wird. Auch diese Zustandsgröße (Fzg.-Gewicht) liegt in moderneren Kraftfahrzeugen üblicherweise bereits vor, wobei diese beispielsweise aus positiven und/oder negativen Beschleunigungsvorgängen des Fahrzeugs zu anderen Zwecken auch für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren mit ausreichender Genauigkeit ermittelt wird.
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Erfindungsgemäß führt jedoch nicht jede unter Berücksichtigung aktueller Randbedingungen festgestellte Abweichung zwischen dem zeitlichen Ist-Verlauf und dem Soll-Verlauf der Vertikalbeschleunigung des Fzg.-Aufbaus als Folge einer Schwingungsanregung zu einer Fehlermeldung hinsichtlich der Funktion der Rad-Schwingungsdämpfer, sondern es werden solche Abweichungen, die selbstverständlich ein gewisses Toleranzband überschreiten müssen, um überhaupt als eine Ist-Soll-Abweichung erkannt zu werden, einer statistischen Auswertung zugeführt. Nur wenn eine gewisse Häufung von solchen relevanten, d. h. aufgrund ihrer Größe zu berücksichtigenden Abweichungen des zeitlichen Ist-Verlaufs vom zeitlichen Soll-Verlauf der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus, d. h. von dessen Nach-Schwingverhalten festgestellt wird, wird auf einen fehlerhaften Rad-Schwingungsdämpfer geschlossen. Dabei kann in der statistischen Auswertung auch geeignet berücksichtigt werden, unter welchen Randbedingungen, beispielsweise bei welcher Amplitudengröße der durch eine Fahrbahn-Unebenheit ausgelösten Aufbau-Schwingung solche relevanten Abweichungen vom geeignet hinterlegten Soll-Verlauf festgestellt werden. Dabei kann dieser Soll-Verlauf in einer das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden elektronischen Steuereinheit fest hinterlegt sein, es ist aber auch möglich, dass dieser Soll-Verlauf im Neuzustand der Schwingungsdämpfer selbstlernend ermittelt wird. Damit ist es möglich, das fahrzeug-individuelle Soll-Nachschwingverhalten als Grundlage für die weitere statistische Auswertung zu verwenden, wobei dieses im Rahmen einer längeren Adaptions-Fahrtstrecke ermittelt wird. Beispielsweise können die ersten eintausend Kilometer eines Neuwagens nach Auslieferung an den Kunden im normalen Fahrbetrieb genutzt werden.
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Insbesondere um sicherzustellen, dass Aufbau-Schwingungen, die nicht durch Fahrbahn-Unebenheiten, sondern durch eine hohe Längsbeschleunigung oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs hervorgerufen werden, geeignet oder überhaupt nicht berücksichtigt werden, können als weitere Randbedingungen diese soeben genannten Größen (Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung) bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet berücksichtigt werden Es wurde nämlich erkannt, dass Schwingungen des Fzg.-Aufbaus, die aus fahrdynamischen Vorgängen mit relativ hohen Längs- und/oder Querbeschleunigungen resultieren, für einen erfindungsgemäßen Ist-Soll-Vergleich weniger gut geeignet sind. Für die Aussagekraft des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuziehen sind Aufbau-Schwingungen, die aus dem Überfahren von Fahrbahn-Unebenheiten resultieren, was in der täglichen Praxis aber häufig genug auftritt, damit ein defekter bzw. nicht ausreichend funktionsfähiger Rad-Schwingungsdämpfer erkannt werden kann. Jedoch können selbstverständlich auch Aufbau-Schwingungen, die aus fahrdynamischen Vorgängen mit hohen Längs- und/oder Querbeschleunigungen resultieren, in erfindungsgemäßer Weise berücksichtigt werden, wobei insbesondere in der vorgeschlagenen statistischen Auswertung eine geeignete Gewichtung durchgeführt werden kann.
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Was die Berücksichtigung aktueller Randbedingungen betrifft, so kann dies auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann der zeitliche Soll-Verlauf der Vertikal-Beschleunigung (des Aufbaus) an die aktuelle(n) Randbedingung(en) angepasst werden; alternativ kann jedoch auch der zeitliche Ist-Verlauf unter Berücksichtigung der aktuellen Randbedingung(en) geeignet überarbeitet werden, ehe ein Vergleich mit einem zeitlichen Soll-Verlauf durchgeführt wird. Schließlich ist es noch möglich, die aktuelle(n) Randbedingung(en) direkt beim Vergleich von Ist-Verlauf und Soll-Verlauf geeignet zu berücksichtigen.
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Als ein (weiteres) Beispiel für eine aktuelle Randbedingung sei genannt, ob das Fahrzeug aktuell mit einem Anhänger betrieben wird, was das Schwingungsverhalten des Fzg.-Aufbaus signifikant verändern kann, so dass dann möglicherweise überhaupt keine Auswertung durchgeführt wird. Weiterhin können bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die aktuellen Reifendaten geeignet berücksichtigt werden, was ebenfalls ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand möglich ist, da modernere Reifensysteme bereits Sensoren enthalten, mittels derer durch telemetrische Übermittlung in einer zentralen Recheneinheit im Fahrzeug nicht nur der aktuelle Reifendruck und die Temperatur im Reifen bekannt ist, sondern auch der Reifentyp, ggf. der Belastungszustand des Reifens und vieles mehr. Diese nur beispielhaft genannten Reifendaten können das Dämpfungsverhalten in einer Fahrzeug-Radaufhängung nennenswert beeinflussen, so dass also auch Reifendaten als aktuelle Randbedingung in einer erfindungsgemäßen Funktionsüberwachung von Rad-Schwingungsdämpfern berücksichtigt werden können. Von Einfluss sein kann weiterhin der aktuelle Beladungszustand des Fahrzeugs, d. h. die aktuelle Radlast- oder Achslast-Verteilung, welche bspw. aus den Signalen von Höhenstandsensoren abgeleitet werden kann. Informationen über die Sitzbelegung im Fahrzeug können aber ebenfalls berücksichtigt werden.
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Falls das Fahrzeug mit hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik (weich/hart) verstellbaren Schwingungsdämpfern ausgerüstet ist, so kann bzw. sollte noch die aktuell gewählte Komfortstufe, d. h. die aktuelle Dämpfer-Einstellung (hinsichtlich Dämpfungscharakteristik) berücksichtigt werden.
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In der beigefügten Figurendarstellung ist erkennbar zunächst ein PKW dargestellt, dessen Aufbau-Beschleunigung a sowohl im Bereich der Vorderachse als auch im Bereich der Hinterachse messbar ist. Wie ersichtlich fährt dieser PKW bei Fortbewegung gemäß Pfeil über eine Fahrbahnunebenheit. Hieraus resultiert ein zeitlicher Verlauf der Aufbau-Beschleunigung a als sog. Nachschwingverhalten, der unterschiedlich ausgeprägt sein kann. Im Achsdiagramm direkt unterhalb des PKW ist der Soll-Zustand mit intakter Dämpfung, d. h. korrekt funktionierenden Rad-Schwingungsdämpfern vereinfacht dargestellt, wobei aufeinanderfolgend zunächst für die Vorderachse und danach für die Hinterachse der Soll-Verlauf der vertikalen Aufbau-Beschleunigung a über der Zeit t dargestellt ist. Im untersten Diagramm hingegen ist das Nach-Schwingverhalten im Falle einer schadhaften Dämpfung, d. h. dann, wenn die Funktion der Rad-Schwingungsdämpfer fehlerhaft ist, ebenso vereinfacht dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008041745 A1 [0002]
- DE 2905931 C3 [0003]
- DE 4432892 A1 [0003]
- WO 2007/098781 A1 [0006]
- DE 102008010560 A1 [0007]
