DE102020123278A1 - Verfahren zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mehrere Räder, mehrere aktive Radaufhängungen, mehrere Sensoren, eine Steuerungseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Karosserie aufweist, wobei die Räder jeweils über eine der aktiven Radaufhängungen an der Karosserie befestigt sind, wobei die Sensoren Sensorinformationen erfassen (S1), die von der Steuerungseinheit zur Steuerung der aktiven Radaufhängungen verwendet werden (S2), wobei die Sensorinformationen ebenfalls zur Detektion der Fehlfunktion und/oder der Zustandsänderung durch die Auswerteeinheit verwendet werden (S3).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge mit aktiven Radaufhängungen bekannt. Aktive Radaufhängungen können auch als aktives Fahrwerk oder aktive Federung bezeichnet werden. Die aktiven Radaufhängungen umfassen jeweils einen Aktor, der Kräfte auf das an der Radaufhängung befestigte Rad ausübt. Aktive Radaufhängungen werden häufig verwendet, um Wank- und Nickbewegungen des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrten und Brems- und Beschleunigungsvorgängen zu verringern. Außerdem ist es möglich, dass der Abstand der Karosserie des Kraftfahrzeugs vom Boden einstellbar ist. Die aktiven Radaufhängungen werden von einer Steuerungseinheit gesteuert, die zu diesem Zweck von Sensoren ermittelte Sensorinformationen verwendet.
  • Aus der US 2006/095180 A1 ist eine aktive Radaufhängung bekannt, bei der ein Betriebsmodus als Reaktion auf ein Ereignis verändert wird. Ein störungssicheres System kontrolliert dabei die aktiven Radaufhängungen, um Fehlverhalten zu detektieren.
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Funktionsweise des Kraftfahrzeugs sicherzustellen. Außerdem soll ein solches Kraftfahrzeug geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das Kraftfahrzeug umfasst mehrere Räder, mehrere aktive Radaufhängungen, mehrere Sensoren, eine Steuerungseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Karosserie. Die Räder sind jeweils über eine der aktiven Radaufhängungen an der Karosserie befestigt. Die Sensoren erfassen Sensorinformationen, die von der Steuerungseinheit zur Steuerung der Radaufhängungen verwendet werden. Die Sensoren können beispielsweise auf die Räder wirkende Lasten und/oder Massen der an den Radaufhängungen befestigten Räder erfassen.
  • Diese Sensorinformationen werden gemäß Verfahren des Anspruchs 1 zur Detektion der Fehlfunktion und/oder der Zustandsänderung durch die Auswerteeinheit verwendet. Somit lassen sich also die Fehlfunktion und/oder die Zustandsänderung mit den bereits vorhandenen Sensoren detektieren, deren Sensorinformationen auch zur Steuerung der aktiven Radaufhängungen verwendet werden. Dies verringert den Aufwand bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs und somit auch deren Kosten.
  • Unter einer Zustandsänderung wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass ein Ereignis eingetreten ist, das die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs beeinflusst. Beispielsweise kann dies eine Verlagerung des Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs aufgrund von ungesicherter verrutschter Ladung sein. Andere Zustandsänderungen können beispielsweise ein Radwechsel oder das Auftreten von Windböen sein.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Komponente eine motorisch verstellbare aerodynamische Komponente sein. Solch eine aerodynamische Komponente kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Anpressdruck des Kraftfahrzeugs zu erhöhen, indem der Fahrtwind in entsprechender Weise eine Kraft auf die aerodynamische Komponente ausübt. Beispielsweise kann die aerodynamische Komponente bei Fahrtgeschwindigkeiten oberhalb eines Schwellwerts ausgefahren werden, während sie bei Fahrtgeschwindigkeiten unterhalb des Schwellwerts eingefahren wird.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Räder zwei Hinterräder umfassen. Die motorisch verstellbare aerodynamische Komponente kann als Heckflügel ausgebildet sein. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass die aerodynamische Komponente im Bereich des Fahrzeughecks angeordnet ist und bei auftretendem Fahrtwind den Anpressdruck der Hinterräder auf die Fahrbahn erhöht, indem der Fahrtwind entsprechend geleitet wird.
  • Die Sensorinformationen können Kraftinformationen über eine auf die Radaufhängungen wirkende Kraft umfassen. Die Fehlfunktion kann dann detektiert werden, indem eine erwartete Veränderung der Kraft um mehr als einen Schwellwert von der gemäß der Kraftinformation wirkenden Kraft abweicht. Solch eine Veränderung kann insbesondere erwartet werden, wenn der Heckflügel motorisch verstellt wird. Die erwartete Änderung lässt sich näherungsweise gemäß folgender Formel berechnen: F Z = 1 2 ρ A c a R ν 2
    Figure DE102020123278A1_0001
    Dabei wird mit p die Luftdichte, A die Stirnfläche des Heckflügels, caR der Auftriebsbeiwert der Hinterachse, an der die Hinterräder befestigt sind, und v die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bezeichnet.
  • Wenn dann die erwartete Veränderung aufgrund der veränderten Stellung des Heckflügels von der gemäß den Kraftinformationen wirkenden Kraft abweicht, kann von einer Fehlfunktion des Heckflügels ausgegangen werden, da er wahrscheinlich sich nicht in der gewünschten Stellung befindet.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Komponente ein Beschleunigungssensor sein. Die Sensorinformationen können mit Beschleunigungsinformationen des Beschleunigungssensors verglichen werden, um die Fehlfunktion des Beschleunigungssensors zu detektieren. Beispielsweise könnte der Beschleunigungssensor dazu ausgebildet sein, die Beschleunigung eines Aufbaus des Kraftfahrzeugs, der an der Karosserie befestigt ist, zu messen. Um die korrekte Funktionsweise dieses Beschleunigungssensors zu überprüfen könnten aus den Sensorinformationen die in einer vertikalen Richtung auf die Radaufhängungen wirkenden Kräfte ermittelt werden. Hieraus können Rückschlüsse auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs gezogen werden, sodass die vom Beschleunigungssensor ermittelte Beschleunigung auf ihre Plausibilität überprüft werden könnten.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Fehlfunktion eine plastische Verformung der Komponente sein. Beispielsweise könnte dies bei einer Komponente des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs auftreten, wenn ein Benutzer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug zu schnell über eine Bodenunebenheit wie beispielsweise eine Bordsteinkante bewegt hat. Solch eine zu schnelle Überfahrung der Bodenunebenheit kann durch die Auswerteeinheit unter Verwendung der Sensorinformationen detektiert werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Sensorinformationen Informationen über dauerhaft asymmetrisch zwischen den Radaufhängungen verteilten Kräften und/oder Verfahrwegen umfassen, die benötigt werden, um die Karosserie waagerecht zu halten. Unter dem Begriff „dauerhaft“ wird dabei verstanden, dass die asymmetrisch verteilten Kräfte und/oder Verfahrwege über mehrere Minuten auftreten und nicht durch Kurvenfahrten, Beschleunigungs- oder Bremsvorgänge verursacht wurden. Wenn beispielsweise durch die Auswerteeinheit zunächst die Überfahrung der Bodenunebenheit detektiert wird und danach eine dauerhafte asymmetrische Verteilung der Kräfte und/oder Verfahrwege, kann von einer plastischen Verformung einer Komponente ausgegangen werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Zustandsänderung einen Austausch eines der Räder, eine Bewegung einer im Kraftfahrzeug angeordneten Ladung und/oder eine Veränderung einer Luftströmung außerhalb des Kraftfahrzeugs umfassen.
  • Beispielsweise lässt sich eine Veränderung der Luftströmung detektieren, indem bei den für eine horizontale Ausrichtung der Karosserie durch die aktiven Radaufhängungen benötigten Kräfte gelegentliche Asymmetrien zwischen linker und rechter Fahrzeugseite auftreten, die nicht auf Kurvenfahrten oder eine geneigte Fahrbahn zurückzuführen sind. Solche Asymmetrien werden dann als Windböen in der Querrichtung des Kraftfahrzeugs detektiert.
  • Windböen in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs können beispielsweise durch ein gleichzeitiges Auftreten von einer reduzierten Längsbeschleunigung und eines erhöhten Abtriebs gemessen werden, wenn sie von vorne auf das Kraftfahrzeug treffen. Dies gilt insbesondere bei negativen Gesamtfahrzeugsauftriebsbeiwerten. Bei von vorne auftretenden Windböen benötigt der Antriebsstrang kurzzeitig mehr Antriebskraft, um die gewünschte Längsbeschleunigung einzuhalten. Gleichzeitig kann eine im Rahmen des aerodynamischen Auf- oder Abtriebs veränderte Radlast an allen Rädern gemessen werden. Die Radlasten können durch die Sensoren erfasst werden und somit Bestandteil der Sensorinformationen sein. Unter der Radlast wird dabei innerhalb dieser Beschreibung insbesondere eine auf das jeweilige Rad in vertikaler Richtung nach unten wirkende Kraft verstanden.
  • Bei von hinten auftretenden Windböen wird die Längsbeschleunigung kurzzeitig erhöht, wobei der Abtrieb verringert wird. In diesem Fall wird eine bei negativen Auftriebsbeiwerten verringerte Radlast an allen Rädern gemessen.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Sensorinformationen für jedes der Räder eine auf das jeweilige Rad wirkende Radlast umfassen. Die Bewegung der Ladung nach einer Quer- oder Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs kann detektiert werden, indem ein Unterschied zwischen den vor der Quer- oder Längsbeschleunigung auf die Räder wirkenden Radlasten und den nach der Quer- oder Längsbeschleunigung auf die Räder wirkenden Radlasten festgestellt wird. Aus den veränderten Radlasten kann geschlossen werden, dass sich der Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs verändert hat, was in den meisten Fällen während der Fahrt durch das Verrutschen von Ladung geschieht. In diesem Fall kann der Benutzer auf die nicht ausreichend gesicherte Ladung hingewiesen werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Austausch des Rads detektiert werden, indem die Auswerteeinheit aus den Sensorinformationen eine Veränderung einer an einer der Radaufhängungen befestigten Masse detektiert. Diese Masse kann beispielsweise detektiert werden, indem die notwendige Kraft zum Anheben des Rads gemessen wird. Dies erfolgt bei aktiven Radaufhängungen beispielsweise vor Bodenwellen. Diese Kraft ist proportional zur Masse des Rads. Nach einem Radwechsel kann sich die Masse geändert haben, was dann von der Auswerteeinheit unter Verwendung der Sensorinformationen detektiert werden kann. Falls auf diese Weise ein Radwechsel detektiert wurde, kann der Benutzer des Kraftfahrzeugs dazu aufgefordert werden, den Soll-Reifendruck zu initialisieren, da dies unter Umständen nicht durchgeführt worden ist.
  • Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 umfasst mehrere Räder, mehrere aktive Radaufhängungen, mehrere Sensoren, eine Steuerungseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Karosserie. Die Räder sind jeweils über eine der aktiven Radaufhängungen an der Karosserie befestigt. Die Sensoren sind dazu ausgebildet, Sensorinformationen zu erfassen, die von der Steuerungseinheit zur Steuerung der aktiven Radaufhängungen verwendet werden. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, die Sensorinformationen zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente des Kraftfahrzeugs und/oder zur Detektion einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs zu verwenden.
  • Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung auszuführen. Alle oben mit Bezug auf das Verfahren erwähnten Merkmale können ebenfalls einzeln oder in Kombination miteinander beim Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei zeigt
    • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In Schritt S1 erfassen Sensoren eines Kraftfahrzeugs Sensorinformationen, die in Schritt S2 von einer Steuerungseinheit des Kraftfahrzeugs zur Steuerung von aktiven Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs, an denen Räder befestigt sind, verwendet werden. Zeitgleich zu Schritt S2 werden die Sensorinformationen durch eine Auswerteeinheit des Kraftfahrzeugs in Schritt S3 verwendet, um eine Fehlfunktion einer Komponente des Kraftfahrzeugs und/oder eine Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs zu detektieren.
  • Dabei kann die Komponente mit der Fehlfunktion beispielsweise ein Beschleunigungssensor sein, der Beschleunigungsdaten misst. Die Beschleunigungsdaten können unter Verwendung der Sensorinformationen auf ihre Plausibilität überprüft werden. Falls die Beschleunigungsdaten als nicht plausibel ermittelt werden, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass entweder der Beschleunigungssensor oder die Sensoren, die die Sensorinformationen erfassen, defekt ist/sind.
  • Die Fehlfunktion kann beispielsweise auch eine plastische Verformung eines Bauteils des Fahrwerks sein. Eine solche Verformung kann beispielsweise detektiert werden, wenn dauerhaft asymmetrische Verfahrwege und/oder Kräfte benötigt werden, um unter Verwendung der aktiven Radaufhängungen eine Karosserie des Kraftfahrzeugs waagerecht auszurichten. Falls diese asymmetrischen Verfahrwege und/oder Kräfte benötigt werden, nachdem eine große Kraft auf die Radaufhängungen eingewirkt hat, beispielsweise beim Überfahren einer Bordsteinkante, besteht eine relativ hohe Wahrscheinlichkeit, dass eine Komponente des Fahrwerks plastisch verformt ist. Auch die große Krafteinwirkung kann durch die Auswerteeinheit unter Verwendung der Sensorinformationen detektiert werden.
  • Es ist auch möglich, in Schritt S3 die Fehlfunktion einer aktiven aerodynamischen Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Heckflügels zu detektieren. Wenn ein Heckflügel weiter ausgefahren oder steiler angestellt wird, wird eine Erhöhung der auf die Hinterräder wirkenden Kräfte erwartet. Falls diese Kräfte nicht in einem solchen Maße erhöht werden, wie es erwartet wird, kann eine Fehlfunktion des Heckflügels detektiert werden. Das gleiche gilt in umgekehrter Weise beim Einfahren des Heckflügels bzw. beim flacher anstellen für eine Verringerung der Kräfte.
  • Die in Schritt S3 detektierte Zustandsänderung kann beispielsweise das Verrutschen von ungesicherter Ladung im Kraftfahrzeug sein. Falls Ladung verrutscht, verändert sich der Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs. Dies resultiert in veränderten auf die Räder wirkenden Kräften und kann durch die Auswerteeinheit unter Verwendung der Sensorinformationen detektiert werden. Ein Benutzer kann dann auf die ungesicherte Ladung hingewiesen werden.
  • Eine weitere Zustandsänderung, die unter Verwendung der Sensorinformationen detektiert werden kann, ist ein Radwechsel. Die an einer Radaufhängung befestigte Masse des jeweiligen Rads kann durch die Auswerteeinheit unter Verwendung der Sensorinformationen ermittelt werden. Ein Radwechsel wird dann detektiert, wenn sich diese Masse um mehr als einen Schwellwert ändert, nachdem das Kraftfahrzeug gestanden hat. Der Benutzer kann dann darauf hingewiesen werden, den Reifendruck dieses Rads neu zu initialisieren und so die korrekte Funktion eines Reifendrucküberprüfungssystems sicherzustellen.
  • Es ist auch möglich, dass eine Windböe als Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs detektiert wird. Windböen üben vorübergehende und wiederkehrende Kräfte auf das Kraftfahrzeug aus, die unter Verwendung der Sensorinformationen durch die Auswerteeinheit ermittelt werden können. Wenn solche Windböen detektiert werden, kann die aktive Radaufhängung daran angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Benutzer hierüber informiert werden.
  • Die Verwendung der Sensorinformationen zur Detektion der Fehlfunktion und/oder der Zustandsänderung ist insbesondere vorteilhaft, da diese Sensorinformationen bei einem Kraftfahrzeug mit aktiver Radaufhängung ohnehin zur Verfügung stehen. Sie werden zur Steuerung der aktiven Radaufhängung verwendet. Der zusätzliche Nutzen der Detektion der Fehlfunktion und/oder der Zustandsänderung kann also ohne zusätzlich zu verbauende Sensoren erreicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006095180 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und/oder einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mehrere Räder, mehrere aktive Radaufhängungen, mehrere Sensoren, eine Steuerungseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Karosserie aufweist, wobei die Räder jeweils über eine der aktiven Radaufhängungen an der Karosserie befestigt sind, wobei die Sensoren Sensorinformationen erfassen (S1), die von der Steuerungseinheit zur Steuerung der aktiven Radaufhängungen verwendet werden (S2), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorinformationen ebenfalls zur Detektion der Fehlfunktion und/oder der Zustandsänderung durch die Auswerteeinheit verwendet werden (S3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine motorisch verstellbare aerodynamische Komponente ist.
  3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder zwei Hinterräder oder zwei Vorderräder umfassen, wobei die motorisch verstellbare aerodynamische Komponente als Heckflügel oder als bewegliche, aerodynamisch wirkende Bauteile ausgebildet ist, wobei die Sensorinformationen Kraftinformationen über eine auf die Radaufhängungen der Hinterräder vertikal wirkende Kraft umfassen, und wobei die Fehlfunktion detektiert wird, indem eine erwartete Veränderung der Kraft um mehr als einen Schwellwert von der gemäß der Kraftinformationen wirkenden Kraft abweicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Beschleunigungssensor ist, wobei die Sensorinformationen mit Beschleunigungsinformationen des Beschleunigungssensors verglichen werden, um die Fehlfunktion des Beschleunigungssensors zu detektieren.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktion eine plastische Verformung der Komponente ist.
  6. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorinformationen Informationen über dauerhaft asymmetrisch zwischen den Radaufhängungen verteilten Kräften und/oder Verfahrwegen umfassen, die benötigt werden, um die Karosserie waagerecht zu halten.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsänderung einen Austausch eines der Räder, eine Bewegung einer im Kraftfahrzeug angeordneten Ladung und/oder eine Veränderung einer Luftströmung außerhalb des Kraftfahrzeugs umfasst.
  8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorinformationen für jedes der Räder eine auf das jeweilige Rad wirkende Radlast umfasst, wobei die Bewegung der Ladung nach einer Quer- oder Längsbeschleunigung der Kraftfahrzeugs detektiert wird, indem ein Unterschied zwischen den vor der Quer- oder Längsbeschleunigung auf die Räder wirkenden Radlasten und den nach der Quer- oder Längsbeschleunigung auf die Räder wirkenden Radlasten festgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch des Rads detektiert wird, indem die Auswerteeinheit aus den Sensorinformationen eine Veränderung einer an einer der Radaufhängungen befestigten Masse detektiert.
  10. Kraftfahrzeug, umfassend mehrere Räder, mehrere aktive Radaufhängungen, mehrere Sensoren, eine Steuerungseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Karosserie, wobei die Räder jeweils über eine der aktiven Radaufhängungen an der Karosserie befestigt sind, wobei die Sensoren dazu ausgebildet sind, Sensorinformationen zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, die aktiven Radaufhängungen unter Verwendung der Sensorinformationen zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die Sensorinformationen zur Detektion einer Fehlfunktion einer Komponente des Kraftfahrzeugs und/oder zur Detektion einer Zustandsänderung des Kraftfahrzeugs zu verwenden.
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