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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung von Schwingungen, die von den vier Rädern eines Kraftfahrzeugs im Betrieb desselben angeregt werden.
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Die Räder von modernen Kraftfahrzeugen erzeugen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht unerhebliche Schwingungen. Solche Schwingungen werden zum einen durch in den Rädern vorhandene Unwuchten angeregt. Zum anderen werden solche Schwingungen aber auch durch Ungleichförmigkeiten in den Rädern hervorgerufen. Von besonderem Interesse ist es daher, welche Beiträge die einzelnen Räder des Kraftfahrzeugs bei der Ausbildung besagter Schwingungen liefern.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches eine besonders genaue Ermittlung von Schwingungen, die von den Rädern eines Kraftfahrzeugs angeregt werden, ermöglicht. Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, bei welchem die Beiträge der einzelnen Räder zur Schwingungsanregung ermittelt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Schwingungen, die von den Rädern eines Kraftfahrzeugs angeregt werden, umfasst fünf Verfahrensschritte a) bis e).
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In einem ersten Schritt a) wird die Reaktion des Kraftfahrzeugs auf die Radanregung an geeigneten Messpunkten im Kraftfahrzeug gemessen. Besagte Reaktion kann in Form von Beschleunigungen oder Schalldruck bei konstanten Geschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeugs gemessen werden. Dabei müssen die vier Raddrehzahlen geringfügig unterschiedliche Werte aufweisen, was durch unterschiedliche Fülldrücke in den Rädern erreicht werden kann. Zusätzlich werden die Raddrehzahlen sowie die Stellung der Räder zu dem Bezugsrad (Winkel oder Phase über der Zeit) mittels geeigneter Drehzahlsensoren gemessen.
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In einem zweiten Schritt b) wird von den in Schritt a) gemessenen Messgrößen eine phasenbezogene Ordnungsanalyse der ganzzahligen Radordnungen mit Triggerung auf das Bezugsrad durchgeführt. Auf diese Weise werden Betrag und Phase ϕ der in Schritt a) als Funktion der Zeit bestimmten Schwingungen ermittelt.
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In einem dritten Schritt c) wird der gemessene Ordnungsverlauf über der Zeit durch ein Rechenmodell nachgebildet. Hierbei wird ein Rechen-Modell bestehend aus den einzelnen Betrag-Phase-Vektoren der vier Räder und der Stellung der Räder zueinander so angepasst, dass die Abweichung vom gemessenen Verlauf möglichst gering ist. Als Ergebnis ergibt sich der Beitrag bzw. Anteil eines jeden einzelnen Rades an der gesamten Schwingungsanregung nach Betrag und Phase.
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In einem vierten Schritt d) wird die Empfindlichkeit des Fahrzeugs auf Unwuchten an den Rädern bestimmt. Hierzu müssen zwei oder mehrere Messreihen bei unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten mit definiert unterschiedlichem Wuchtzustand der Räder gemessen und gemäß Schritten a) bis c) ausgewertet werden. Durch Differenzbildung der radbezogenen Vektoren aus Schritt c) von zwei gemessenen Unwucht-Zuständen und Division durch den entsprechenden Unwucht-Differenzvektor ergibt sich die Empfindlichkeit auf Unwuchten, unabhängig von den Ungleichförmigkeiten und Rest-Unwuchten der Räder.
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In einem fünften Schritt e) werden die anregenden Ungleichförmigkeits-Kräfte der verwendeten Räder abgeschätzt. Hierzu müssen bei Schritt a) die Beschleunigungen am Radträger mittels Beschleunigungssensoren gemessen worden sein. Ähnlich einem Auswuchtverfahren wird bei jeder einzelnen Geschwindigkeitsstufe die Unwucht (nach Betrag und Phase) ermittelt, die erforderlich ist, um die Längs- oder vertikal-Komponente der Rad-Ungleichförmigkeit am Radträger zu kompensieren. Diese erforderliche Kompensations-Unwucht kann dann auch als Kraft, getrennt für die längs- und vertikal-Richtung, umgerechnet werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine schematische Darstellung eines Rades des Kraftfahrzeugs mit Steifigkeitsschwankungen und Unwucht,
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2 ein Diagramm, in welchem die gemessene Beschleunigung als Funktion der Zeit und der Frequenz dargestellt ist,
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3 ein Diagramm, in welchem der Ordnungsschnitt bei der Raddrehfrequenz als Betrag und Phase der Beschleunigung und Funktion der Zeit dargestellt ist,
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4 ein Diagramm, in welchem die Stellungen der Räder zu dem Bezugsrad als Funktion der Zeit dargestellt ist,
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5 die für alle vier Räder ermittelten Beschleunigungsanteile in einem Vektor-Diagramm,
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6 die Formeln des in Schritt c) verwendeten Rechenmodells
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7 ein Vektor-Diagramm, in welchem für ein einzelnes Rad die von zwei Messreihen ermittelten Beschleunigungsvektoren sowie der sich ergebende Differenzvektor dargestellt sind.
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Die 1 zeigt beispielhaft ein Rades 1 eines Kraftfahrzeugs. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs werden von dessen Rädern Schwingungen angeregt, die sich im Wesentlichen aus zwei Beiträgen zusammensetzen. Einen ersten Beitrag liefern sogenannte „Unwucht-Anregungen”, also Anregungen, die durch im Rad 1 vorhandene Unwuchten 6 hervorgerufen werden. Einen weiteren, zweiten Beitrag liefern Ungleichförmigkeiten 7, also ungleiche Steifigkeits- und Masse-Verteilungen im Reifen des Rades 1, die zu Kraftschwankungen beim abrollenden Rad führen.
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Im Folgenden wird anhand der 2 bis 7 der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, welcher es erlaubt, die von den Rädern 1 erzeugten Schwingungen zu ermitteln.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird bei einer vorbestimmten, konstanten Fahrgeschwindigkeit mithilfe wenigstens eines am Kraftfahrzeug verbauten Sensors, z. B. eines Beschleunigungssensors die von den Rädern erzeugten Schwingungen gemessen. Hierzu wird die auf den Beschleunigungssensor wirkende Beschleunigung a als Funktion der Zeit t gemessen (vgl. 2). Zusätzlich müssen die Raddrehzahlen mittels geeigneter Drehzahlsensoren an jedem der vier Räder mit einem Puls pro Umdrehung gemessen werden.
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In einem zweiten Schritt wird dann mithilfe einschlägig bekannter Verfahren, beispielsweise einer sog. getriggerten komplexen Ordnungsanalyse ein Frequenzschnitt nach Betrag und Phase bei der Raddrehfrequenz des Bezugsrads (z. B. am Rad vorne links) durchgeführt. Der sich ergebende zweidimensionale Graph a = a(t, f) und ϕ = ϕ(t, f) ist in den 3a bzw. 3b dargestellt und mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Zusätzlich wird aus den Drehzahlimpulsen die Stellung der Räder zu dem Bezugsrad (Winkel bzw. Phase über der Zeit) mithilfe einschlägiger Verfahren berechnet. Die Relativ-Stellungen RP der Räder 1 in Bezug auf das Bezugsrad sind in 4 dargestellt und mit den Bezugszeichen 4b, 4c, 4d bezeichnet.
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In einem dritten Schritt wird der gemessene Ordnungsverlauf Graph a = a(t) und ϕ = ϕ(t) durch ein Fitting-Verfahren nachgebildet. Hierbei wird das in 6 dargestellte Rechen-Modell bestehend aus den einzelnen Vektoren der vier Räder und dem zeitlichen Verlauf der Stellung der Räder zueinander so angepasst, dass die Abweichung vom gemessenen Verlauf möglichst gering ist. Das Ergebnis ist in 5 dargestellt als Betrag a(t) und Phase ϕ(t) der Beschleunigung.
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Das zugehörige Vektor-Diagramm ist in der 5 gezeigt. Die sich für die vier Räder ergebenden Vektoren sind in 5 mit den Bezugszeichen 5a, 5b, 5c, 5d bezeichnet.
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Das hier vorgestellte Verfahren erlaubt es also, für jedes einzelne der vier Räder den Schwingungsbeitrag an der mittels des Beschleunigungssensors gemessenen gesamten Schwingungsanregung zu ermitteln.
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Wenn zwei oder mehrere Messreihen bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen mit definiert unterschiedlichen Unwucht-Zuständen der Räder 1 gemessen und nach Schritt a) bis c) ausgewertet wurden, so wird in einem weiteren, vierten Verfahrensschritt eine Empfindlichkeitsanalyse durchgeführt, bei welchem für jeden Anteil der vier Räder 1 separat eine Unwucht-Empfindlichkeit bestimmt wird. Dabei werden in den einzelnen Rädern 1 des Kraftfahrzeugs jeweils unterschiedliche, wohldefinierte Unwuchten eingestellt, derart, dass die Räder 1 bei wenigsten zwei Messreihen jeweils verschiedene Unwuchten aufweisen.
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Durch Differenzbildung der radbezogenen Vektoren aus Schritt c) von den zwei gemessenen Unwucht-Zuständen und Division durch den entsprechenden Unwucht-Differenzvektor ergibt sich die Empfindlichkeit auf Unwuchten, unabhängig von den Ungleichförmigkeiten und Rest-Unwuchten der Räder.
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In der 7 ist beispielhaft für ein beliebiges Rad 1 der sich aus zwei Messreihen ergebende Vektor 5a1 bzw. 5a2 dargestellt. Der sich ergebende Differenzvektor, der in 7 mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet ist, ist ein Maß für die Empfindlichkeit gegenüber Unwuchten unabhängig von den im Rad vorhandenen Ungleichförmigkeiten und Rest-Unwuchten.
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In einem abschließenden Verfahrensschritt können die anregenden Ungleichförmigkeits-Kräfte der verwendeten Räder 1 abgeschätzt werden. Hierzu müssen in Schritt a) die Beschleunigungen am Radträger mittels Beschleunigungssensoren gemessen worden sein.
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Ähnlich den einschlägig bekannten Auswuchtverfahren wird bei jeder einzelnen Geschwindigkeitsstufe die Unwucht (nach Betrag und Phase) ermittelt, die erforderlich ist, um die Längs- oder vertikal-Komponente der Rad-Ungleichförmigkeit am Radträger zu kompensieren.
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Diese erforderliche Kompensations-Unwucht kann dann auch als Kraft, getrennt für die längs- und vertikal-Richtung, umgerechnet werden.
