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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines oder wenigstens eines Fahrwerkbauteils, welches in einem Fahrzeug eingebaut und mit einer Fahrzeugkomponente verbunden ist, mittels welcher in das Fahrzeug ein Anregungssignal eingeleitet wird, welches das Fahrwerkbauteil und/oder eine das Fahrwerkbauteil umfassende Bauteilgruppe zu einer mechanischen Schwingung anregt.
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Fahrwerke für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen sind so aufgebaut, dass eine bestimme Kinematik, beispielsweise eine bestimmte Bewegungsform eines Fahrzeugrades relativ zu einer Fahrbahn und/oder zu einem Chassis, abgebildet wird. Dazu werden insbesondere Fahrwerkslenker eingesetzt, die bestimmte Bewegungsrichtungen zulassen und andere sperren. Das Zusammenspiel aller Fahrwerkslenker ergibt dann die gewünschte Bewegungsform, die dazu führt, dass das Fahrzeug sicher und präzise auf der Fahrbahn fahren kann. An den Knotenpunkten der Lenker sind zur Realisierung von Bewegungen, wie z.B. Rotation, Kippung, Längs- und Querverschiebung, Gelenkbauteile, wie z.B. Elastomerlager und/oder Kugelgelenke, eingesetzt. Diese Gelenkbauteile unterliegen Verschleiß und führen im verschlissenen Zustand Raumkurven aus, die ein sicheres Fahren des Fahrzeugs beeinträchtigen können. Andere Fahrwerkbauteile, die bei Verschleiß ein sicheres Fahren des Fahrzeugs beeinträchtigen können, sind z.B. Stoßdämpfer. Im nicht eingebauten Zustand lässt sich ein verschleißanfälliges Fahrwerkbauteil auf seinen Verschleiß hin gut untersuchen. Im eingebauten Zustand ist dies jedoch schwierig.
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Ausgehend hiervon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerkbauteil im eingebauten Zustand, insbesondere auf Verschleiß und/oder Funktionsfähigkeit hin, überprüfen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
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Das eingangs genannte Verfahren zum Überprüfen eines oder wenigstens eines Fahrwerkbauteils, welches in einem Fahrzeug eingebaut und mit einer Fahrzeugkomponente verbunden ist, mittels welcher in das Fahrzeug ein Anregungssignal eingeleitet wird, welches das Fahrwerkbauteil und/oder eine das Fahrwerkbauteil umfassende Bauteilgruppe zu einer mechanischen Schwingung anregt, ist insbesondere dadurch weitergebildet, dass ein die mechanische Schwingung charakterisierendes Antwortsignal gemessen wird und dieses analysiert wird, wodurch wenigstens ein das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakterisierender Antwortwert bestimmt wird, der mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.
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Durch den Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen Referenzwert kann z.B. ermittelt werden, ob ein Verschleiß des Fahrwerkbauteils vorliegt. Insbesondere charakterisiert der wenigstens eine Referenzwert das Schwingungsverhalten des intakten Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe bei intaktem Fahrwerkbauteil. Das Verfahren macht sich zunutze, dass ein Verschleiß des Fahrwerkbauteils das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe verändert. Als intaktes Fahrwerkbauteil wird insbesondere das unverschlissene Fahrwerkbauteil bezeichnet.
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Das oder das wenigstens eine Fahrwerkbauteil bildet oder umfasst z.B. ein oder wenigstens ein Gelenk oder mehrere Gelenke und/oder einen oder wenigstens einen Stoßdämpfer. Das oder das wenigstens eine oder jedes Gelenk bildet oder umfasst z.B. ein oder wenigstens ein Elastomerlager und/oder ein oder wenigstens ein Kugelgelenk. Die Fahrzeugkomponente bildet oder umfasst insbesondere eine Karosserie und/oder ein oder wenigstens ein Fahrzeugrad. Die Bauteilgruppe umfasst, insbesondere zusätzlich zu dem oder dem wenigstens einen Fahrwerkbauteil, z.B. ein oder mehrere andere Fahrzeugbauteile. Das oder die anderen Fahrzeugbauteile bilden oder umfassen beispielswiese die oder eine Karosserie und/oder einen Hilfsrahmen und/oder die Fahrzeugkomponente und/oder ein oder mehrere andere Fahrwerkbauteile. Das oder die anderen Fahrwerkbauteile bilden oder umfassen z.B. einen oder wenigstens einen oder mehrere Fahrwerklenker und/oder eine oder wenigstens eine Fahrzeugfeder und/oder einen oder wenigstens einen Radträger und/oder ein oder wenigstens ein oder das oder das wenigstens eine Fahrzeugrad.
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Das Verfahren wird z.B. bei stillstehendem Fahrzeug durchgeführt. Alternativ wird das Verfahren z.B. im Fahrbetrieb des Fahrzeugs durchgeführt.
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Durch den Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen Referenzwert wird der Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des oder des wenigstens einen Fahrwerkbauteils ermittelt. Insbesondere charakterisiert der oder ein Unterschied und/oder die oder eine Differenz zwischen dem wenigstens einen Antwortwert und dem wenigstens einen Referenzwert den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des oder des wenigstens einen Fahrwerkbauteils.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird im intakten Zustand des Fahrwerkbauteils in das Fahrwerkbauteil und/oder mittels der Fahrzugkomponente in das Fahrzeug ein, insbesondere dem Anregungssignal entsprechendes, Referenz-Anregungssignal eingeleitet, welches das Fahrwerkbauteil und/oder die Bauteilgruppe zu einer mechanischen Referenz-Schwingung anregt, wobei ein die mechanische Referenz-Schwingung charakterisierendes Referenz-Antwortsignal gemessen wird und dieses analysiert wird, wodurch der wenigstens eine Referenzwert bestimmt wird. Beispielsweise ist beim Bestimmen des wenigstens einen Referenzwerts das Fahrwerkbauteil nicht in das Fahrzeug eingebaut. Bevorzugt ist beim Bestimmen des wenigstens einen Referenzwerts das Fahrwerkbauteil aber in das Fahrzeug eingebaut. Somit kann insbesondere berücksichtigt werden, wenn das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder Bauteilgruppe von dem Schwingungsverhalten des nicht eingebauten Fahrwerkbauteils abweicht.
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Bevorzugt ist eine Recheneinheit vorgesehen, mittels welcher das Verfahren und/oder die Analyse und/oder der Vergleich durchgeführt wird. Die Recheneinheit umfasst insbesondere einen Digitalrechner. Vorzugsweise ist eine, insbesondere mit der Recheneinheit verbundene, Speichereinheit vorgesehen, in welcher der wenigstens eine Referenzwert gespeichert ist oder wird. Vorteilhaft kann die Recheneinheit auf die Speichereinheit zugreifen.
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Das Verfahren ist bevorzugt derart weitergebildet, dass der wenigstens eine Antwortwert einen oder wenigstens einen für das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakteristischen Frequenzwert bildet oder umfasst. Vorzugsweise charakterisiert der wenigstens eine Antwortwert und/oder der oder der wenigstens eine Frequenzwert eine für das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakteristische Frequenz. Vorteilhaft charakterisiert der wenigstens eine Antwortwert und/oder der oder der wenigstens eine Frequenzwert eine oder wenigstens eine Eigenfrequenz des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe. In diesem Fall bildet der oder der wenigstens eine Frequenzwert z.B. einen oder wenigstens einen Frequenzeigenwert.
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Bevorzugt bildet oder umfasst der wenigstens eine Referenzwert einen oder wenigstens einen Referenz-Frequenzwert. Vorteilhaft charakterisiert der wenigstens eine Referenzwert und/oder der oder der wenigstens eine Referenz-Frequenzwert das Schwingungsverhalten des intakten Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe bei intaktem Fahrwerkbauteil. Vorzugsweise charakterisiert der wenigstens eine Referenzwert und/oder der oder der wenigstens eine Referenz-Frequenzwert eine für das Schwingungsverhalten des intakten Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe bei intaktem Fahrwerkbauteil charakteristische Frequenz. Vorteilhaft charakterisiert der wenigstens eine Referenzwert und/oder der oder der wenigstens eine Referenz-Frequenzwert eine oder wenigstens eine Eigenfrequenz des intakten Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe bei intaktem Fahrwerkbauteil. In diesem Fall bildet der oder der wenigstens eine Referenz-Frequenzwert z.B. einen oder wenigstens einen Referenz-Frequenzeigenwert. Hierdurch kann z.B. berücksichtigt werden, dass das Fahrwerkbauteil und/oder die Bauteilgruppe im intakten Zustand des Fahrwerkbauteils mit einer anderen Frequenz schwingt als im verschlissenen Zustand des Fahrwerkbauteils.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird bei der Analyse des Antwortsignals das Antwortsignal oder ein von diesem abgeleitetes Signal in den Frequenzbereich transformiert. Vorzugsweise wird bei der Analyse des Antwortsignals das Antwortsignal oder das oder ein von diesem abgeleitetes Signal durch Fourier-Transformation oder durch diskrete Fourier-Transformation (DFT) in den Frequenzbereich transformiert. Die diskrete Fourier-Transformation ist insbesondere eine Schnelle-Fourier-Transformation (FFT).
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Bevorzugt bildet oder umfasst der wenigstens eine Antwortwert einen oder wenigstens einen Wert aus dem Spektrum (Frequenzspektrum) des Antwortsignals. Vorzugsweise ist oder wird der wenigstens eine Antwortwert einem oder wenigstens einem, insbesondere relativen oder absoluten, Maximum im Spektrum des Antwortsignals zugeordnet. Vorteilhaft bildet oder umfasst der wenigstens ein Antwortwert einen oder wenigstens einen Amplitudenwert im Spektrum des Antwortsignals, der vorzugsweise dem oder dem wenigstens einen Maximum zugeordnet ist. Ergänzend oder alternativ bildet oder umfasst der wenigstens ein Antwortwert z.B. einen oder wenigstens einen Frequenzwert im Spektrum des Antwortsignals, der vorzugsweise dem oder dem wenigstens einen Maximum zugeordnet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung wird bei der Analyse des Referenz-Antwortsignals das Referenz-Antwortsignal oder ein von diesem abgeleitetes Signal in den Frequenzbereich transformiert. Vorzugsweise wird bei der Analyse des Referenz-Antwortsignals das Referenz-Antwortsignal oder das oder ein von diesem abgeleitetes Signal durch Fourier-Transformation oder diskrete Fourier-Transformation (DFT) in den Frequenzbereich transformiert. Die diskrete Fourier-Transformation ist insbesondere eine Schnelle-Fourier-Transformation (FFT).
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Bevorzugt bildet oder umfasst der wenigstens eine Referenzwert einen oder wenigstens einen Wert aus dem Spektrum (Frequenzspektrum) des Referenz-Antwortsignals. Vorzugsweise ist oder wird der wenigstens eine Referenzwert einem oder wenigstens einem, insbesondere relativen oder absoluten, Maximum im Spektrum des Referenz-Antwortsignals zugeordnet. Vorteilhaft bildet oder umfasst der wenigstens ein Referenzwert einen Amplitudenwert im Spektrum des Referenz-Antwortsignals.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst der wenigstens eine Antwortwert mehrere Antwortwerte. Ferner umfasst der wenigstens eine vorgegebene Referenzwert bevorzugt mehrere vorgegebene Referenzwerte. In diesem Fall erfolgt der Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen vorgegebenen Referenzwert insbesondere dadurch, dass die Antwortwerte mit dem wenigstens einen vorgegebenen Referenzwert oder mit den vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden. Bevorzugt wird durch den Vergleich wenigstens eines der Antwortwerte mit dem wenigstens einen Referenzwert oder mit wenigstens einem der Referenzwerte der Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des oder des wenigstens einen Fahrwerkbauteils ermittelt. Insbesondere charakterisiert der oder ein Unterschied und/oder die oder eine Differenz zwischen wenigstens einem der Antwortwerte und dem wenigstens einen Referenzwert oder wenigstens einem der Referenzwerte den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des oder des wenigstens einen Fahrwerkbauteils.
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Gemäß einer Weiterbildung bildet oder umfasst der wenigstens eine Antwortwert und/oder bilden oder umfassen die Antwortwerte ein oder mehrere Antwortwert-Tupel, welches oder welche jeweils einen Frequenzwert und einen diesem zugeordneten Amplitudenwert aus dem Spektrum des Antwortsignals umfassen. Bevorzugt repräsentieren das oder jedes Antwortwert-Tupel und/oder dessen Werte ein, insbesondere relatives oder absolutes, Maximum im Spektrum des Antwortsignals. Vorteilhaft repräsentiert der Frequenzwert des oder jedes Antwortwert-Tupels eine oder wenigstens eine Eigenfrequenz des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe. Das oder jedes Antwortwert-Tupel ist vorzugsweise ein 2-Tupel und wird z.B. auch als Antwortwert-Paar bezeichnet.
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Gemäß einer Ausgestaltung bildet oder umfasst der wenigstens eine Referenzwert und/oder bilden oder umfassen die Referenzwerte ein oder wenigstens ein Referenzwert-Tupel, welches einen Frequenzwert und einen diesem zugeordneten Amplitudenwert umfasst. Der Frequenzwert des oder des wenigstens einen Referenzwert-Tupels wird z.B. auch als Referenz-Frequenzwert bezeichnet. Ferner wird der Amplitudenwert des oder des wenigstens einen Referenzwert-Tupels z.B. auch als Referenz-Amplitudenwert bezeichnet. Der Frequenzwert und der Amplitudenwert des oder des wenigstens einen Referenzwert-Tupels bilden insbesondere Werte aus dem Spektrum des Referenz-Antwortsignals.
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Bevorzugt repräsentiert das oder das wenigstens eine Referenzwert-Tupel und/oder dessen Werte ein oder wenigstens ein, insbesondere relatives oder absolutes, Maximum im Spektrum des Referenz-Antwortsignals. Vorteilhaft repräsentiert der Frequenzwert des oder des wenigstens einen Referenzwert-Tupels eine oder wenigstens eine Eigenfrequenz des intakten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe bei intaktem Fahrwerkbauteil. Das oder das wenigstens eine Referenzwert-Tupel ist vorzugsweise ein 2-Tupel und wird z.B. auch als Referenzwert-Paar bezeichnet.
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Gemäß einer Weiterbildung wird zum Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen Referenzwert und/oder zum Vergleich der Antwortwerte mit den Referenzwerten der Amplitudenwert des Referenzwert-Tupels mit dem Amplitudenwert des oder eines der Antwortwert-Tupel verglichen. Insbesondere wird zum Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen Referenzwert und/oder zum Vergleich der Antwortwerte mit den Referenzwerten der Amplitudenwert des Referenzwert-Tupels mit dem Amplitudenwert des oder eines der Antwortwert-Tupel verglichen, dessen Frequenzwert mit dem Frequenzwert des Referenzwert-Tupels übereinstimmt oder näherungsweise übereinstimmt und/oder z.B. eine Abweichung zu dessen Frequenzwert aufweist, die innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegt. Die Toleranzgrenzen berücksichtigen z.B. eine Frequenzabweichung aufgrund von Messfehlern oder Messungenauigkeiten und/oder aufgrund von Störgrößen und/oder aufgrund von Verschleiß des Fahrwerkbauteils. Innerhalb der Toleranzgrenzen stimmt der Frequenzwert des Antwortwert-Tupels mit dem Frequenzwert des Referenzwert-Tupels insbesondere überein oder näherungsweise überein. Bevorzugt charakterisiert der Unterschied und/oder die Differenz zwischen den beiden miteinander verglichenen Amplitudenwerten den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des Fahrwerkbauteils.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird zum Vergleich des wenigstens einen Antwortwerts mit dem wenigstens einen Referenzwert und/oder zum Vergleich der Antwortwerte mit den Referenzwerten der Frequenzwert des Referenzwert-Tupels mit dem Frequenzwert des oder eines der Antwortwert-Tupel verglichen. Bevorzugt charakterisiert der Unterschied und/oder die Differenz zwischen den beiden miteinander verglichenen Frequenzwerten den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des Fahrwerkbauteils.
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Bevorzugt ist das Anregungssignal, insbesondere im Zeitbereich, ein Stoß, ein Sprung oder ein periodisches Signal und/oder ein sinusförmiges Signal und/oder ein langwelliges Signal. Ein Stoß liegt z.B. in Form einer Dirac-Funktion vor. Ein Sprung liegt z.B. in Form einer Heaviside-Funktion vor. Ein periodisches Signal liegt z.B. ein Form einer Sinusfunktion vor. Im Falle eines Stoßes entspricht das Antwortsignal z.B. der Stoßantwort des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe. Im Falle eines Sprungs entspricht das Antwortsignal z.B. der Sprungantwort des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe. Vorteilhaft ist das Referenz-Anregungssignal, insbesondere im Zeitbereich, ein Stoß, ein Sprung oder ein periodisches Signal und/oder ein sinusförmiges Signal und/oder ein langwelliges Signal.
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Gemäß einer Weiterbildung weist das Fahrzeug eine Karosserie mit einem Insassenraum mit wenigstens einem Zugang zu dem Insassenraum auf. Bevorzugt weist die Karosserie wenigstens eine Fahrzeugtür auf, mittels welcher der Zugang zu dem Insassenraum verschließbar ist. Vorteilhaft weist das Fahrzeug das oder das wenigstens eine oder ein oder wenigstens ein Fahrzeugrad auf, welches insbesondere in Kontakt mit einer Fahrbahn steht.
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Gemäß einer ersten Variante bildet die Karosserie die Fahrzeugkomponente: In diesem Fall wird das Anregungssignal z.B. durch Schließen der Fahrzeugtür, vorzugsweise bei stillstehendem Fahrzeug und/oder nach Einsteigen oder Aussteigen einer Person in den oder aus dem Insassenraum, erzeugt.
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Das Schließen der Fahrzeugtür erzeugt als Anregungssignal insbesondere einen Stoß, vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung. Dies liegt z.B. daran, dass die Fahrzeugtür, die vorzugsweise seitlich am Fahrzeug vorgesehen ist, zum Schließen beschleunigt wird, gegen Ende des Schließvorgangs eine Endgeschwindigkeit aufweist und dann durch Anschlagen an der Karosserie sprunghaft oder näherungsweise gestoppt wird. Aufgrund der Masse und der Endgeschwindigkeit der Fahrzeugtür wird durch das Schließen der Fahrzeugtür insbesondere ein Impuls in die Karosserie eingeleitet.
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Gemäß einer zweiten Variante bildet das oder das wenigstens eine Fahrzeugrad die Fahrzeugkomponente. In diesem Fall rollt das oder das wenigstens eine Fahrzeugrad im Fahrbetrieb des Fahrzeugs insbesondere auf der Fahrbahn. Beispielsweise wird das Anregungssignal durch zusätzlich zum Rollen auftretende Radbewegungen erzeugt, die durch Unebenheiten in der Fahrbahn, insbesondere beim Überfahren dieser Unebenheiten, hervorgerufen werden.
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Das Anregungssignal ist bevorzugt ein mechanisches Signal, beispielsweise ein Beschleunigungssignal und/oder ein Kraftsignal. Vorzugsweise ist oder charakterisiert das Antwortsignal ein mechanisches Signal, beispielsweise ein Beschleunigungssignal und/oder ein Kraftsignal.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist an dem Fahrwerkbauteil und/oder an der Bauteilgruppe ein oder wenigstens ein Sensor vorgesehen, mittels welchem das, insbesondere die mechanische Schwingung charakterisierende, Antwortsignal messbar ist oder gemessen wird. Der oder der wenigstens eine Sensor bildet oder umfasst z.B. einen oder wenigstens einen Beschleunigungssensor und/oder einen oder wenigstens einen Kraftsensor und/oder einen oder wenigstens einen Wegsensor, der vorzugsweise ein Höhenstandssensor ist. Das oder ein von dem Beschleunigungssensor geliefertes Signal bildet beispielsweise das Antwortsignal. Bevorzugt repräsentiert und/oder charakterisiert das Antwortsignal an dem Fahrwerkbauteil und/oder an der Bauteilgruppe, insbesondere aufgrund der mechanischen Schwingung, auftretende Beschleunigungen. Vorteilhaft ist das von dem Beschleunigungssensor gelieferte Signal ein elektrisches Signal. Das oder ein von dem Kraftsensor geliefertes Signal bildet beispielsweise das Antwortsignal. Vorzugsweise repräsentiert und/oder charakterisiert das Antwortsignal an dem Fahrwerkbauteil und/oder an der Bauteilgruppe, insbesondere aufgrund der mechanischen Schwingung, auftretende Kräfte. Vorteilhaft ist das von dem Kraftsensor gelieferte Signal ein elektrisches Signal. Das von dem Wegsensor gelieferte Signal wird vorzugsweise zweimal zeitlich abgeleitet. Das zweimal zeitlich abgeleitete Signal des Wegsensors bildet beispielsweise das Antwortsignal. Bevorzugt repräsentiert und/oder charakterisiert das Antwortsignal an dem Fahrwerkbauteil und/oder an der Bauteilgruppe, insbesondere aufgrund der mechanischen Schwingung, auftretende Beschleunigungen. Vorteilhaft ist das von dem Wegsensor gelieferte Signal ein elektrisches Signal. Insbesondere ist das zweimal zeitlich abgeleitete Signal des Wegsensors ein elektrisches Signal.
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Gemäß einer Weiterbildung ist an dem Fahrwerkbauteil oder an der Bauteilgruppe ein oder wenigstens ein zusätzlicher Sensor vorgesehen, vorzugsweise wenn der oder der wenigstens eine Sensor einen oder wenigstens einen Beschleunigungssensor bildet oder umfasst. Der oder der wenigstens eine zusätzliche Sensor bildet oder umfasst z.B. einen oder wenigstens einen Kraftsensor und/oder einen oder wenigstens einen Winkelsensor. Hierdurch ergeben sich insbesondere zusätzliche Möglichkeiten zur Erfassung von Verschleiß. Beispielsweise können mit einem Kraftsensor als zusätzlichem Sensor veränderte Kraftverhältnisse erfasst und/oder aufgezeichnet werden. Ferner können z.B. mit einem Winkelsensor als zusätzlichem Sensor veränderte Bewegungsabläufe erfasst und/oder aufgezeichnet werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Bauteilgruppe ein oder mehrere andere in dem Fahrzeug eingebaute Fahrwerkbauteile, die insbesondere zu einer mechanischen Schwingung anregbar sind. Somit kann sich ein Problem bei der Identifikation desjenigen Fahrwerkbauteils ergeben, welches zu überprüfen ist. Insbesondere sind die Fahrwerkbauteile miteinander verbunden.
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Bevorzugt bildet oder umfasst der wenigstens eine Antwortwert einen oder wenigstens einen oder den oder den wenigstens einen für das schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakteristischen Frequenzwert. Vorzugsweise wird eine Tabelle bereitgestellt, in der jedem der Fahrwerkbauteile eine Anregungsart und ein oder wenigstens ein vorgegebener Referenz-Frequenzwert zugeordnet sind oder werden. Vorteilhaft wird das Anregungssignal erfasst und analysiert, wodurch dem Anregungssignal eine der Anregungsarten zugeordnet wird. Bevorzugt wird das zu überprüfende Fahrwerkbauteil aus der Tabelle ermittelt, indem die dem Anregungssignal zugeordnete Anregungsart mit den in der Tabelle hinterlegten Anregungsarten und der wenigstens eine Antwortwert mit den in der Tabelle hinterlegten Referenz-Frequenzwerten verglichen wird oder werden.
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Das zu überprüfende Fahrwerkbauteil ist insbesondere dasjenige Fahrwerkbauteil, für welches die in der Tabelle hinterlegte Anregungsart mit der dem Anregungssignal zugeordneten Anregungsart übereinstimmt und der oder der wenigstens eine in der Tabelle hinterlegte Referenz-Frequenzwert mit dem wenigstens einen Antwortwert, insbesondere innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen, übereinstimmt.
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Die Anregungsarten umfassen z.B. eine Stoßanregung und/oder eine Sprunganregung und/oder eine periodische Anregung und/oder eine langwellige Anregung und/oder eine sinusförmige Anregung, die insbesondere eine langwellige und/oder periodische Anregung ist. Die Tabelle ist oder wird vorzugsweise in der Speichereinheit gespeichert. Beispielsweise wird die Tabelle auch als Zuordnungstabelle bezeichnet.
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Bevorzugt wird das Anregungssignal mit dem oder dem wenigstens einen Sensor gemessen. Alternativ ist an dem Fahrzeug und/oder an dem Fahrwerkbauteil und/oder an der Bauteilgruppe und/oder an der Fahrzeugkomponente ein oder wenigstens ein Anregungssignal-Sensor vorgesehen, mittels welchem das Anregungssignal messbar ist oder gemessen wird. Der oder der wenigstens eine Anregungssignal-Sensor bildet oder umfasst z.B. einen oder wenigstens einen Beschleunigungssensor und/oder einen oder wenigstens einen Kraftsensor und/oder einen oder wenigstens einen Wegsensor, der vorzugsweise ein Höhenstandssensor ist.
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Bevorzugt werden Informationen über den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des Fahrwerkbauteils, insbesondere in der Speichereinheit, gespeichert und/oder wenigstens einem Steuergerät des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Diese Informationen erlauben z.B. eine vorbeugende Wartung und/oder ein frühzeitiges Austauschen eines verschlissenen und/oder funktionsunfähigen Fahrwerkbauteils. Hierdurch können insbesondere die Lebensdauer und/oder die Fahrsicherheit des Fahrzeugs erhöht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Karosserie und teilweise dargestelltem Fahrwerk,
- 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine Darstellung einer mechanischen Schwingung eines unverschlissenen und eines verschlissenen Gelenks,
- 4 eine Darstellung der Spektren der Schwingungen nach 3,
- 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform und
- 6 eine schematische Darstellung einer Tabelle zur Zuordnung von Frequenzen und Anregungsarten zu Fahrwerkbauteilen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert. Aus 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit Karosserie 2 und teilweise dargestelltem Fahrwerk 3 ersichtlich, von dem mehrere Fahrwerklenker 4, 5, 6, 7 und 8 ersichtlich sind, mittels welchen ein Fahrzeugrad 9 mit der Karosserie 2 verbunden ist. Jeder der Lenker weist an seinen beiden Enden jeweils ein Gelenk 10, 11 in Form eines Kugelgelenks oder Elastomerlagers auf und ist mit dem Gelenk 10 an der Karosserie 2 und mit dem Gelenk 11 an einem Radträger 12 angelenkt, an dem das Fahrzeugrad 9 um eine Raddrehachse 13 drehbar gelagert ist. Dem Fahrzeug 1 sind eine Fahrzeuglängsrichtung x, eine Fahrzeugquerrichtung y und eine Fahrzeughochrichtung z zugeordnet, wobei diese Richtungen x, y und z schematisch durch ein Koordinatensystem dargestellt sind.
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Die nachfolgende Erläuterung basiert auf einer vereinfachten Betrachtungsweise anhand eines ungedämpften Federschwingers. Jedem Gelenk 10, 11 ist in Fahrzeugquerrichtung y eine Federsteifigkeit zugeordnet, wobei die Gelenke jedes Lenkers in Fahrzeugquerrichtung y in Reihe geschaltet sind. Somit ergibt sich der Kehrwert der resultierenden Federsteifigkeit jedes Lenkers in Fahrzeugquerrichtung y aus der Summe der Kehrwerte der Federsteifigkeiten der jeweiligen Gelenke in Fahrzeugquerrichtung y. Ferner sind die Lenker zwischen der Karosserie 2 und dem Fahrzeugrad 9 in Fahrzeugquerrichtung y parallel geschaltet. Somit ergibt sich aus der Summe der resultierenden Federsteifigkeiten der Lenker in Fahrzeugquerrichtung y eine resultierende Gesamtfedersteifigkeit für die Lenker in Fahrzeugquerrichtung y in Bezug auf das Fahrzeugrad 9. Aus der resultierenden Gesamtfedersteifigkeit und der Masse der Karosserie 2 ergibt sich ein in Fahrzeugquerrichtung y schwingungsfähiges System. Die ungedämpfte Eigenkreisfrequenz dieses Systems ergibt sich aus der Quadratwurzel aus dem Quotienten aus der resultierenden Gesamtfedersteifigkeit und der Masse der Karosserie, wobei sich die Eigenfrequenz aus der Eigenkreisfrequenz dividiert durch die Zahl zwei und dividiert durch die Kreiszahl π ergibt.
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Ist eines der Gelenke verschlissen, so verändert sich seine Federsteifigkeit, wodurch sich die Gesamtfedersteifigkeit und somit auch die Eigenfrequenz ändert. Ist die Eigenfrequenz bei intakten Gelenken bekannt, so lässt sich durch einen Vergleich einer durch Messung ermittelten Eigenfrequenz mit der bekannten Eigenfrequenz bei intakten Gelenken erkennen, dass mindestens eines der Gelenke verschlissen ist.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass die Karosserie 2 einen Insassenraum 14 und eine Fahrzeugtür 15 aufweist, mittels welcher ein Zugang zu dem Insassenraum 14 verschlossen ist. Die Fahrzeugtür 15 ist schwenkbar an der Karosserie 2 gelagert und kann im geöffneten Zustand durch eine Schließbewegung in Richtung des Pfeils 16 geschlossen werden. Wird die geöffnete Fahrertür 15 durch eine Schließbewegung in Richtung des Pfeils 16 geschlossen, so leitet die Fahrzeugtür 15 im Moment des Schließens ein Anregungssignal in Form eines Impulses in Fahrzeugquerrichtung y in die Karosserie 2 ein, der diese zur Schwingung anregt. Ein diese Schwingung charakterisierendes Antwortsignal wird mittels eines an der Karosserie 2 vorgesehenen Beschleunigungssensors 17 gemessen, der mit einer Recheneinheit 18 verbunden ist, mittels welcher die Eigenfrequenz der gemessenen Schwingung ermittelt und mit der bekannten Eigenfrequenz bei intakten Gelenken verglichen wird. Weicht die ermittelte Eigenfrequenz über ein vorgegebenes Maß hinaus von der bekannten Eigenfrequenz ab, so kann darauf geschlossen werden, dass zumindest eines der Gelenke verschlissen oder nicht mehr funktionsfähig ist. Die bekannte Eigenfrequenz wird zeitlich insbesondere vor dem Messen der Schwingung und/oder des Antwortsignals bestimmt und gespeichert.
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Das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert. Durch das Schließen der Fahrzeugtür 15 wird in die Karosserie 2 ein Anregungssignal S in Form eines Stoßes eingeleitet, welches eine Bauteilgruppe, nämlich die Karosserie 2, die Lenker 4, 5, 6, 7 und 8 sowie die Gelenke 10 und 11 zu einer mechanischen Schwingung anregt, die durch den Doppelpfeil 27 angedeutet ist. Das oder ein die Schwingung charakterisierende Antwortsignal A wird mittels des Beschleunigungssensors 17 gemessen und der Recheneinheit 18 zugeführt, die eine Transformationseinheit 28 aufweist, mittels welcher das Antwortsignal A durch eine, insbesondere diskrete, Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert wird. Das transformierte Antwortsignal F beschreibt ein Spektrum (Frequenzspektrum) und wird einer Auswerteeinheit 29 zugeführt, mittels welcher das Maximum des Spektrums ermittelt und der diesem Maximum zugehörige Frequenzwert ω_max bestimmt wird, der einen die Schwingung charakterisierenden Antwortwert bildet. Die Recheneinheit 18 hat Zugriff auf eine Speichereinheit 30, in der ein Referenz-Frequenzwert ω_ref gespeichert ist, der einen die Schwingung bei intakten Gelenken charakterisierenden Referenzwert bildet. Der Antwortwert ω_max und der Referenzwert ω_ref werden einer Vergleichseinheit 31 zugeführt und miteinander verglichen. Das Vergleichsergebnis wird z.B. in Form einer Differenz der Werte ω_max und w_ref ermittelt und ausgegeben. Stimmen die Werte ω_max und ω_ref innerhalb vorgegebenen Toleranzgrenzen überein, liegt kein Verschleiß vor. In diesem Fall ist das Vergleichsergebnis Null oder näherungsweise Null. Weichen die Werte ω_max und ω_ref über die vorgegebenen Toleranzgrenzen hinaus voneinander ab, ist wenigstens eines der Gelenke verschlissen.
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Aus 1 ist ferner ein Fahrzeugrad 19 ersichtlich, welches um eine Raddrehachse 20 an einem Radträger (oder Achsschenkel) 21 drehbar gelagert ist, der über einen Stoßdämpfer 22 mit der Karosserie 2 verbunden ist. Ferner ist der Radträger 21 mittels einer Fahrzeugfeder 23 an der Karosserie 2 abgestützt.
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Der Stoßdämpfer 22 besteht z.B. aus einem Zylinder/ Kolbensystem, in dem bei einer Einfederung oder Ausfederung des Fahrzeugrads 19 ein Dämpfermedium, wie z.B. Öl, von einer Zylinderkammer in eine andere Zylinderkammer gepumpt wird. Dabei wird Dämpfarbeit verrichtet, die dazu genutzt wird, Schwingungen der Karosserie 2 in Fahrzeughochrichtung z zu dämpfen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 und 3 bis 5 erläutert. Aus 1 ist ersichtlich, dass das Fahrzeug 1 mit seinen Fahrzeugrädern auf einer Fahrbahn 32 aufsteht, in der eine Unebenheit 33 in Form eines Schlaglochs vorgesehen ist. Fährt das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung 34 entlang der Fahrbahn 32, so bewirkt das Überfahren des Schlaglochs 33 mit dem Fahrzeugrad 9 eine zusätzlich zum Rollen auftretende Radbewegung dieses Fahrzeugrads 9, die ein Anregungssignal bildet, welches mittels des Fahrzeugrads 9 in das Fahrzeug 1 und/oder in die Radaufhängung 3 eigeleitet wird und das Gelenk 10 des Lenkers 7 zu einer mechanischen Schwingung, beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung x, anregt. Ferner ist ein Beschleunigungssensor 25 ersichtlich, der mit der Recheneinheit 18 verbunden und an dem Gelenk 10 des Lenkers 7 angeordnet ist, welches insbesondere ein Kugelgelenk ist. Alternativ kann der Beschleunigungssensor 25 z.B. auch in enger räumlicher Nähe zu dem Gelenk 10 des Lenkers 7 angeordnet sein. Mit diesem Beschleunigungssensor 25 wird ein die mechanische Schwingung des Gelenks 10 des Lenkers 7 charakterisierendes Antwortsignal gemessen. Für das vorgenannte Anregungssignal sind aus 3 z.B. zwei übereinander angeordnete und die mechanische Schwingung charakterisierende Antwortsignale gezeigt, wobei die gemessene Beschleunigung A über der Zeit t aufgetragen ist. Die Kurve d zeigt das Antwortsignal bei intaktem Gelenks 10, wohingegen die Kurve e das Antwortsignal bei verschlissenem Gelenks 10 zeigt. Das Antwortsignal bei intaktem Gelenk 10 gemäß Kurve d wird auch als Referenz-Antwortsignal bezeichnet.
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Aus 4 ist das Spektrum (Frequenzspektrum) der Antwortsignale ersichtlich, nachdem diese einer diskreten Fourier-Transformation unterzogen wurden. Dabei zeigt die Kurve f das Spektrum des Referenz-Antwortsignals bei intaktem Gelenk 10, wohingegen die Kurve g das Spektrum des Antwortsignals bei verschlissenem Gelenks 10 zeigt. Es ist erkennbar, dass trotz erscheinender Ähnlichkeit der Kurven d und e im Zeitbereich die Unterschiede zwischen den Kurven f und g im Frequenzbereich deutlich hervortreten. Die Frequenzwerte w bei den absoluten Maxima der Kurven f und g stimmen überein oder zumindest näherungsweise, wohingegen die zugehörigen Amplitudenwerte F_ref und F_max deutlich voneinander abweichen. Aus den Spektren gemäß der Kurven f und g werden die Amplitudenwerte F_ref und F_max der jeweiligen absoluten Maxima ermittelt und miteinander verglichen werden. Dabei charakterisiert der Unterschied und/oder der Differenz zwischen den Amplitudenwerten F_ref und F_max insbesondere den Verschleißzustand des Gelenks 10.
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Das Verfahren gemäß der weiteren Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 näher erläutert. Durch das Anstoßen des Fahrzeugrads 9 an der in Fahrtrichtung 34 vorderen Kante des Schlaglochs 33 wird in das Fahrzeugrad 9 ein Anregungssignal S in Form eines Stoßes eingeleitet, welches unter anderem das Gelenk 10 des Lenkers 7 zu einer mechanischen Schwingung anregt, die durch den Doppelpfeil 27 angedeutet ist. Das oder ein die Schwingung charakterisierende Antwortsignal A wird mittels des Beschleunigungssensors 25 gemessen und der Recheneinheit 18 zugeführt, die eine Transformationseinheit 28 aufweist, mittels welcher das Antwortsignal A durch eine, insbesondere diskrete, Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert wird. Das transformierte Antwortsignal F beschreibt ein Spektrum (Frequenzspektrum) und wird einer Auswerteeinheit 29 zugeführt, mittels welcher das Maximum des Spektrums ermittelt und der diesem Maximum zugehörige Amplitudenwert F_max bestimmt wird, der einen die Schwingung charakterisierenden Antwortwert bildet. Die Recheneinheit 18 hat Zugriff auf eine Speichereinheit 30, in der ein Referenz-Amplitudenwert F_ref gespeichert ist, der einen die Schwingung bei intaktem Gelenk charakterisierenden Referenzwert bildet.
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Der Antwortwert F_max und der Referenzwert F_ref werden einer Vergleichseinheit 31 zugeführt und miteinander verglichen. Das Vergleichsergebnis wird z.B. in Form einer Differenz der Werte F_max und F_ref ermittelt und ausgegeben. Stimmen die Werte F_max und F_ref innerhalb vorgegebenen Toleranzgrenzen überein, liegt kein Verschleiß vor. In diesem Fall ist das Vergleichsergebnis Null oder näherungsweise Null. Weichen die Werte F_max und F_ref über die vorgegebenen Toleranzgrenzen hinaus voneinander ab, ist das Gelenk 10 des Lenkers 7 verschlissen.
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Bevorzugt wird zusätzlich an dem Gelenk 10 des Lenkers 7 ein Winkelsensor vorgesehen, mittels welchem eine Auslenkung des Gelenks 10 erfasst wird. Hierdurch können zusätzliche Informationen über das Gelenk 10 gewonnen werden, wie z.B. Informationen über durch Verschleiß veränderte Bewegungsabläufe.
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Vorzugsweise wird zusätzlich an dem Gelenk 10 des Lenkers 7 ein Kraftsensor vorgesehen, mittels welchem an oder in dem Gelenk 10 auftretende Kräfte erfasst werden. Hierdurch können zusätzliche Informationen über das Gelenk 10 gewonnen werden, wie z.B. Informationen über durch Verschleiß veränderte Kraftverhältnisse.
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Sind mit einem zu überprüfenden Fahrwerkbauteil ein oder mehrere andere in dem Fahrzeug eingebaute Fahrwerkbauteile verbunden, die zu einer mechanischen Schwingung anregbar sind, kann sich ein Problem bei der Identifikation des zu überprüfenden Fahrwerkbauteils ergeben. Insbesondere werden die Fahrwerkbauteile durch unterschiedliche Fahrbahneigenschaften unterschiedlich angeregt. Messungen haben gezeigt, dass verschlissene Kugelgelenke beispielsweise durch Kanten, an welche die Fahrzeugräder im Fahrbetrieb stoßen, zur Schwingung angeregt werden. Solche Kanten ergeben sich z.B. durch Schachtdeckel (Gullydeckel), Schlaglöcher oder Eisenbahnschienen. Langwellige Anregungen, wie sie z.B. von, insbesondere kleinen, Hügeln oder Wellen in der Fahrbahn hervorgerufen werden können, regen verschlissene Kugelgelenke hingegen nicht oder kaum zur Schwingung an. Allerdings können Stoßdämpfer durch solche langwellige Anregungen zur Schwingung angeregt werden.
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Abhilfe schafft hier eine Tabelle 35, in der jedem der Fahrwerkbauteile eine Anregungsart und ein vorgegebener Referenz-Frequenzwert zugeordnet sind. Die Anregungsarten umfassen z.B. eine Stoßanregung, eine Sprunganregung und eine sinusförmige Anregung, die insbesondere eine langwellige Anregung ist und z.B. durch Wellen in der Fahrbahn hervorgerufen wird. Der Referenz-Frequenzwert charakterisiert z.B. eine Eigenfrequenz des jeweiligen Fahrwerkbauteils. Eine schematische Darstellung der Tabelle 35 ist aus 6 ersichtlich, in welcher die Spalten drei Anregungsarten (Anregungsart 1, Anregungsart 2, Anregungsart 3) und die Zeilen vier Referenz-Frequenzwerte (Frequenz 1, Frequenz 2, Frequenz 3, Frequenz 4) umfassen, sodass die Tabelle zwölf Fahrwerkbauteilen (Bauteil 1, Bauteil 2, ... Bauteil 12) jeweils eine Anregungsart und einen Referenz-Frequenzwert zuordnet.
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Mittels einer mit dem zu überprüfenden Fahrwerkbauteil verbundenen Fahrzeugkomponente wird in das Fahrzeug 1 ein Anregungssignal eingeleitet, welches das zu überprüfende Fahrwerkbauteil und/oder eine dieses umfassende Bauteilgruppe zu einer Schwingung angeregt, wobei ein die mechanische Schwingung charakterisierendes Antwortsignal gemessen wird und dieses analysiert wird, wodurch ein oder wenigstens ein das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakterisierender Antwortwert bestimmt wird, der wenigstens einen für das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils charakteristischen Frequenzwert umfasst oder bildet. Ferner wird das Anregungssignal erfasst und analysiert, wodurch dem Anregungssignal eine der Anregungsarten zugeordnet wird. Das zu überprüfende Fahrwerkbauteil wird nun aus der Tabelle ermittelt, indem die dem Anregungssignal zugeordnete Anregungsart mit den in der Tabelle hinterlegten Anregungsarten und der oder der wenigstens eine Antwortwert mit den in der Tabelle hinterlegten Referenz-Frequenzwerten verglichen wird.
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Das zu überprüfende Fahrwerkbauteil ist insbesondere dasjenige Bauteil, für welches die in der Tabelle hinterlegte Anregungsart mit der dem Anregungssignal zugeordneten Anregungsart übereinstimmt und der in der Tabelle hinterlegte Referenz-Frequenzwert mit dem Antwortwert, insbesondere innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen, übereinstimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Karosserie
- 3
- Fahrwerk
- 4
- Fahrwerklenker
- 5
- Fahrwerklenker
- 6
- Fahrwerklenker
- 7
- Fahrwerklenker
- 8
- Fahrwerklenker
- 9
- Fahrzeugrad
- 10
- Gelenk
- 11
- Gelenk
- 12
- Radträger
- 13
- Raddrehachse
- 14
- Insassenraum
- 15
- Fahrzeugtür
- 16
- Pfeil, Schließbewegung der Fahrzeugtür
- 17
- Beschleunigungssensor
- 18
- Recheneinheit
- 19
- Fahrzeugrad
- 20
- Raddrehachse
- 21
- Radträger / Achsschenkel
- 22
- Stoßdämpfer
- 23
- Fahrzeugfeder
- 24
- Beschleunigungssensor
- 25
- Beschleunigungssensor
- 26
- Person
- 27
- Pfeil, Schwingung
- 28
- Transformationseinheit
- 29
- Auswerteeinheit
- 30
- Speichereinheit
- 31
- Vergleichseinheit
- 32
- Fahrbahn
- 33
- Fahrbahnunebenheit, Schlagloch
- 34
- Fahrtrichtung
- 35
- Tabelle
- S
- Anregungssignal
- A
- Antwortsignal
- ω_max
- Antwortwert
- F_max
- Antwortwert
- ω_ref
- Referenzwert
- F_ref
- Referenzwert
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
