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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels eines Rads eines Kraftfahrzeugs.
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Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen Spur- und Sturzeinstellungen vorgenommen werden können, da fehlerhafte Sturz- und Spureinstellungen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, einem schnelleren Reifenverschleiß sowie einem ungleichmäßigen Reifenabrieb führen.
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In der
DE 196 34 505 C1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Erfassung der Achsgeometrie, insbesondere von Vorspur, Sturz und Nachlauf bei Kraftfahrzeugen mit Einzelradaufhängungen, offenbart, wobei die Neigung gemessen wird. Die Neigungsmessung erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Neigungsmesseinrichtung. Die Messeinrichtung besteht aus einem in einem Gehäuse integrierten Sensor, der eine Messabweichung gegenüber der Horizontalen oder Vertikalen in Winkelgraden angibt. Als Sensor kann ein magnetoresisitiver, konduktometrischer, piezoelektrischer oder optischer Sensor verwendet werden.
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In der
DE 10 2014 012 045 A1 sind eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Bestimmen von Radparametern von Fahrzeugen mit mindestens einem Rad offenbart. Die Radparameter werden mittels eines Lasers ermittelt, der seinen Laserstrahl auf der Außenseite des Rads, senkrecht zur Querachse des Fahrzeugs über die Höhe des Rads aussendet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels anzugeben, bei denen die Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels mit Bordmitteln erreicht wird.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe werden das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die im Anspruch 8 angegebene Vorrichtung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels eines Rads eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass am Rad angreifende Kräfte mittels eines Kraftsensors gemessen werden und der Sturz- und Spurwinkel des jeweiligen Rads anhand der gemessenen Kräfte ermittelt wird.
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Der Sturz ist die Neigung des Rads ausgehend von der senkrechten Stellung zur Fahrbahnebene. Die Abweichung von dieser senkrechten Stellung wird als Sturzwinkel verstanden. Die Spur ist die Ausrichtung eines Rads eines Fahrzeugs zur Fahrzeuglängsachse. Die Abweichung von der parallelen Stellung des Rads zur Fahrzeuglängsachse wird als Spurwinkel verstanden.
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Vorzugsweise werden der ermittelte Sturz- und/oder Spurwinkel des jeweiligen Rads mit den für das jeweilige Kraftfahrzeug idealen Sturz- und Spurwinkeln eines Rads verglichen, um Abweichungen festzustellen. Bei einer auftretenden Abweichung des Sturz- und/oder Spurwinkels wird vorzugsweise ein Warnhinweis im Fahrzeuginnenraum angezeigt. Bei geringen Abweichungen kann der Warnhinweis darin liegen, dass eine Kontrolllampe aufleuchtet. Bei großen Abweichung hingegen kann beispielsweise in der Anzeige der Fahrzeugführer aufgefordert werden sich in die nächste Werkstatt zu begeben. Bei sehr großen Abweichungen kann beispielweise eine autonome Bremsung eingeleitet werden.
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Vorzugsweise werden in bestimmten Abständen, beispielsweise in gleichen Abständen, der Sturzwinkel und der Spurwinkel anhand der gemessenen Kräfte ermittelt und mit den Soll-Winkeln des Kraftfahrzeugs verglichen. Die Wiederholung des Verfahrens in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen dient der Kontrolle zur Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Warnhinweis erst nach mehrmaligem Feststellen von Abweichungen angezeigt wird. Beispielsweise werden nach Feststellen einer Abweichung zwischen dem jeweiligen Ist- und Soll-Winkel erneut die Kräfte gemessen und der Winkel des Sturzes und/oder der Spur ermittelt sowie mit dem jeweiligen Soll-Winkel verglichen. Ergibt sich durch den Vergleich erneut eine Abweichung des Ist- und Soll-Winkels des Sturzes und/oder der Spur, könnte entweder eine weitere Kontrollermittlung durchgeführt werden oder der Warnhinweis im Fahrzeuginnenraum ergehen.
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Vorzugsweise wird bei einer ermittelten Abweichung des Sturz- und/oder Spurwinkels der jeweilige Winkel durch eine radselektive Lenkung korrigiert.
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Ferner wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Sturzwinkel des Rads während des Stillstands des Kraftfahrzeugs berechnet. Aufgrund des Stillstands des Kraftfahrzeugs wirken nur vertikale Kräfte auf die Räder. Vorzugsweise wird der Sturzwinkel eines Rads mittels trigonometrischer Funktion berechnet. Die zu verwendende Formel lautet hierfür:
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Spurwinkel des Rads während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs ermittelt, so dass die Seitenkräfte näherungsweise Null ergeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Sturz- und Spurwinkels eines Rads eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass diese mindestens einen Kraftsensor, der die am jeweiligen Rad angreifenden Kräfte misst, sowie eine Auslese-Berechnungseinheit, die den Sturz- und Spurwinkel anhand der gemessenen Kräfte ermittelt, umfasst.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die mit der Auslese-Berechnungseinheit gekoppelt ist und derart konfiguriert ist, dass die ermittelten Ist-Sturz- und Ist-Spurwinkeln mit den Soll-Sturz und Soll-Spurwinkeln, die für das jeweilige Kraftfahrzeug vorgegeben sind, verglichen werden. Dadurch werden Abweichungen zwischen den Ist- und Soll-Winkeln festgestellt.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Anzeigeeinheit auf, die im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist und mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, wobei die Anzeigeeinheit Abweichungen zwischen den Ist- und Soll-Winkeln anzeigt. Diese Anzeigeeinheit zeigt somit einen Warnhinweis an, wenn eine fehlerhafte Sturzeinstellung und/oder eine fehlerhafte Spureinstellung eines Rads oder mehrerer Räder vorliegt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Rads eines Kraftfahrzeugs mit einem negativen Sturzwinkel,
- 2 eine schematische Darstellung eines Rads eines Kraftfahrzeugs mit einem positiven Sturzwinkel,
- 3 das in 1 dargestellte Rad mit der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 4 das in 2 dargestellte Rad mit der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 5 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in Draufsicht mit einer vorhandenen Vorspur,
- 6 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in Draufsicht mit einer vorhandenen Nachspur,
- 7 die Vorderräder des Kraftfahrzeugs aus 5 mit eingezeichneten Koordinatensystemen,
- 8 die Vorderräder des Kraftfahrzeugs aus 6 mit eingezeichneten Koordinatensystemen,
- 9 ein Rad in Seitenansicht mit eingezeichneten Kräften,
- 10 ein Vorderrad aus 8 mit der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 11 ein Vorderrad aus 7 mit der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 12 ein Flussdiagramm mit Schritten des Ablaufs zum Ermitteln des Spurwinkels,
- 13 ein Kraft-Spurwinkel-Diagramm mit einem Kennlinienfeld.
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In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 4 betreffen die Ermittlung des Sturzwinkels φ eines Rads 1 eines hier nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug wird durch eine Lenkstange 2, die mit dem dargestellten Rad 1 gekoppelt ist, angedeutet. Das Rad 1 sowie das Kraftfahrzeug weisen jeweils ein eigenes Koordinatensystem auf, wobei jeweils die vertikale Achse als Z-Achse, das heißt ZR und ZF , und die horizontale Achse als Y-Achse, das heißt YR und YF , bezeichnet ist. Die vertikale Achse des Kraftfahrzeugs ZF steht senkrecht zur Fahrbahn 3. Die horizontale Achse des Kraftfahrzeugs YF verläuft in Querrichtung des Fahrzeugs. Die Achsen des Radkoordinatensystems ZR , YR entsprechen den Achsen des Fahrzeugkoordinatensystems ZF , YF , wenn der Sturzwinkel φ 0° beträgt. Demnach würde das Rad 1 senkrecht zur Fahrbahn 3 stehen. Die Variante ohne Sturzwinkel φ ist in den Figuren nicht dargestellt.
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In den 1 und 3 ist ein Rad 1 mit einem negativen Sturzwinkel φ und in den 2 und 4 ein Rad 1 mit einem positiven Sturzwinkel φ dargestellt. Bei einem negativen Sturzwinkel φ ist das Rad 1 nach Innen zum Kraftfahrzeug hin, das heißt in Richtung Lenkstange 2, geneigt. Bei einem positiven Sturzwinkel φ hingegen ist das Rad 1 nach Außen, vom Kraftfahrzeug weg, geneigt.
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Der Sturzwinkel
φ wird im Stillstand des Kraftfahrzeugs ermittelt, so dass nur Aufstandskräfte wirken. Hierfür werden mittels eines hier schematisch dargestellten Kraftsensors
4, der ins Radlager integriert ist, die am Rad
1 angreifenden Kräfte
FZR ,
FYR gemessen. Die gemessenen Kräfte
FZR ,
FYR sind in den
3 und
4 eingezeichnet. Die gemessenen Kräfte
FZR ,
FYR werden anschließend an eine Auslese-Berechnungseinheit
5 übermittelt, die anhand der trigonometrischen Funktion
den Ist-Sturzwinkel
φ berechnet. Dieser daraus berechnete Sturzwinkel
φ wird anschließend an eine Auswerteeinheit
6 übertragen. Das bedeutet, dass die Auslese-Berechnungseinheit
5 mit der Auswerteeinheit
6 verbunden ist. Die Auswerteeinheit
6 vergleicht den berechneten Ist-Sturzwinkel
φ mit dem für das Kraftfahrzeug hinterlegten idealen Sturzwinkel. Die Auswerteeinheit
6 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart konfiguriert, dass eine Abweichung zwischen Soll-Sturzwinkel und Ist-Sturzwinkel φ eine erneute Kraftmessung am Rad
1 in Gang setzt. Somit wird erneut ein Ist-Sturzwinkel
φ berechnet und mit dem Soll-Sturzwinkel verglichen. Bei einer ebenfalls auftretenden Abweichung zwischen Ist-Sturzwinkel
φ und Soll-Sturzwinkel wird ein Warnhinweis an eine Anzeigeeinheit
7 übertragen. Die Anzeigeeinheit
7 ist im Fahrzeuginnenraum angeordnet, so dass der Fahrzeugführer von der Abweichung des Sturzwinkels
φ informiert wird. Die Anzeigeeinheit
7 ist somit mit der Auswerteeinheit
6 gekoppelt.
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Die 5 bis 13 betreffen die Ermittlung des Spurwinkels y eines Rads 1 eines schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 8. Dabei deutet der dargestellte Pfeil in den 5 bis 8, 10 und 11 die Vorwärtsrichtung des Kraftfahrzeugs 8, das in Draufsicht dargestellt ist, an. In der 5 weisen die Vorderräder 1 des Kraftfahrzeugs 8 eine Vorspur auf, das heißt die beiden Vorderräder 1 des Kraftfahrzeugs 8 verlaufen nicht parallel, sondern in Vorwärtsrichtung schräg zur Fahrzeuglängsachse aufeinander zu. In der 6 hingegen weisen die Vorderräder 1 eines anderen Kraftfahrzeugs 8 eine Nachspur auf. Das bedeutet, dass die Vorderräder 1 des Kraftfahrzeugs 8 in Vorwärtsrichtung schräg zur Fahrzeuglängsachse voneinander weg verlaufen. Bei beiden Varianten weisen beide Vorderräder 1 jeweils einen Spurwinkel y auf. Falls die Räder 1 des Kraftfahrzeugs 8 parallel zur Fahrzeuglängsachse verlaufen, betragen die Spurwinkel y 0°.
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In den 7 bis 11 ist jeweils ein Fahrzeugkoordinatensystem XF , YF , ZF und ein Radkoordinatensystem XR , YR , ZR eingezeichnet. In der 9 ist ein Rad 1 in Seitenansicht und in den 10 und 11 in Draufsicht mit den am Rad 1 angreifenden Kräften FXR , FYR , FZR dargestellt. Wie in den 10 und 11 dargestellt, weist das Kraftfahrzeug 8 einen Kraftsensor 4 auf, der die am Rad 1 angreifenden Kräfte misst. Der Kraftsensor 4 übermittelt die gemessenen Kräfte an eine Auslese-Berechnungseinheit 5. Das bedeutet, dass der Kraftsensor 4 mit der Auslese-Berechnungseinheit 5 gekoppelt ist. Die Auslese-Berechnungseinheit 5, die den Spurwinkel y ermittelt, ist mit einer Auswerteeinheit 6 verbunden. Die Auswerteeinheit 6, der für das Kraftfahrzeug 8 idealen Soll-Spurwinkel hinterlegt ist, vergleicht diesen Soll-Spurwinkel mit dem ermittelten und an die Auswerteeinheit 6 übertragenen Ist-Spurwinkel y. Die Auswerteeinheit 6 ist mit einer Anzeigeeinheit 7, die im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist, gekoppelt.
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Der Ablauf zum Ermitteln des Spurwinkels γ ist in der 12, die ein Flussdiagramm abbildet, dargestellt. Der Auslese-Berechnungseinheit 5 wurde hierfür ein Kennlinienfeld hinterlegt, das in der 13 beispielhaft dargestellt ist. Es handelt sich dabei um ein Kraft-Spurwinkel-Diagramm mit der Kraft FY über dem Spurwinkel γ. Je größer der Spurwinkel γ ist, desto größer ist die Kraft FY, wobei die Kraft FY etwa maximal der Gewichtskraft FG entsprechen kann. Dabei sind der Spurwinkel γ und die Kraft FY abhängig von dem Reibwert zwischen Rad 1 und Fahrbahn 2. Aus diesem Grund ist ein ganzes Kennlinienfeld hinterlegt, wobei jede Kennlinie für einen anderen Reibwert bestimmt ist.
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Im ersten Schritt S1 nach 12 zur Ermittlung des Spurwinkels γ muss das Kraftfahrzeug 8 geradeaus fahren. Die Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs 8 kann beispielsweise über den Lenkwinkel oder Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs 8 sichergestellt werden.
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Die Auslese-Berechnungseinheit 5 erhält während der gesamten Fahrt Daten von unterschiedlichen Schnittstellen. Schnittstellen können hierbei das Navigationssystem, der Wetterbericht, der Außentemperatursensor, der Regensensor, Car to X usw. sein. Mittels dieser Daten kann im zweiten Schritt S2 der Reibwert zwischen Rad 1 und Fahrbahn 3 ermittelt werden. Anhand des ermittelten Reibwerts wird die dazugehörige Kennlinie aus dem Kennlinienfeld von der Auslese-Berechnungseinheit 5 ausgewählt.
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Im dritten Schritt S3, der auch parallel zum zweiten Schritt S2 durchgeführt werden kann, wird die am Rad 1 angreifende Kraft FY gemessen. Anhand der gemessenen Kraft FY kann aus der ausgewählten Kennlinie aus dem Kennlinienfeld der Spurwinkel γ von der Auslese-Berechnungseinheit 5 im vierten Schritt S4 herausgelesen werden.
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Den ermittelten Ist-Spurwinkel γ überträgt die Auslese-Berechnungseinheit 5 an die Auswerteeinheit 6, die den Ist-Spurwinkel γ mit den für das Kraftfahrzeug 8 hinterlegten Soll-Spurwinkel im fünften Schritt S5 vergleicht. Im nächsten Schritt wird entschieden, ob eine Abweichung vorliegt nach A1 oder ob keine Abweichung vorliegt nach A2. Wenn eine Abweichung vorliegt, kann entweder das Ermittlungsverfahren vom ersten Schritt S1 an erneut durchgeführt werden oder es ergeht im sechsten Schritt S6 direkt ein Warnhinweis in der Anzeigeeinheit 7. Eventuell kann auch statt eines Warnhinweises bei einer zu großen Abweichung vom idealen Spurwinkel eine Bremsung eingeleitet werden. Falls keine Abweichung vorliegt gemäß A2, dann kann nach einem bestimmten Zeitintervall eine erneute Prüfung des Spurwinkels γ vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rad
- 2
- Lenkstange
- 3
- Fahrbahn
- 4
- Kraftsensor
- 5
- Auslese-Berechnungseinheit
- 6
- Auswerteeinheit
- 7
- Anzeigeeinheit
- 8
- Kraftfahrzeug
- φ
- Sturzwinkel
- γ
- Spurwinkel
- XF
- X-Koordinate des Fahrzeugkoordinatensystems
- XR
- X-Koordinate des Radkoordinatensystems
- YF
- Y-Koordinate des Fahrzeugkoordinatensystems
- YR
- Y-Koordinate des Radkoordinatensystems
- ZF
- Z-Koordinate des Fahrzeugkoordinatensystems
- ZR
- Z-Koordinate des Radkoordinatensystems
- FXR
- am Rad angreifende Kraft in X-Richtung
- FYR
- am Rad angreifende Kraft in Y-Richtung
- FZR
- am Rad angreifende Kraft in Z-Richtung
- S1
- erster Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- S2
- zweiter Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- S3
- dritter Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- S4
- vierter Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- S5
- fünfter Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- S6
- sechster Schritt zur Ermittlung des Spurwinkels eines Rads
- A1
- es liegt eine Abweichung vor
- A2
- es liegt keine Abweichung vor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19634505 C1 [0003]
- DE 102014012045 A1 [0004]
