DE3714470A1 - Verfahren und einrichtung zum ueberwachen von schwingungserregern in fahrwerkkomponenten bei kraftfahrzeugen waehrend des fahrbetriebs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zum Durch­ führen dieses Verfahrens.

Bei Fahrwerken von Kraftfahrzeugen kann die Straßenhaftung durch Räderschwingungen gemindert werden und letztere und Gelenkwellenschwingungen können den Fahrkomfort em­ pfindlich beeinträchtigen. Bei unzulänglich ausgewuchteten Fahrzeugen treten Räderschwingungen vornehmlich im Ge­ schwindigkeitsbereich zwischen 80 und 100 km/h bzw. im Frequenzbereich zwischen 70 und 110 Hertz auf.

Da moderne Kraftfahrzeuge leichter und schwingungsempfind­ licher sowie deren Fahrwerke im Interesse verbesserter Straßenlage komplexer werden, wird das Auswuchten aller im Betrieb umlaufenden Fahrwerksteile immer wichtiger und schwieriger.

Nach dem Stande der Technik werden alle rotierenden Teile, wie Räder, Bremsscheiben, Gelenkwellen etc. für sich allein beim Herstellungsprozeß ausgewuchtet. Der Aus­ wuchtvorgang bezieht sich somit immer auf Ein-Massen­ systeme. Während zylinderartige Körper, wie Räder und Wellen, meist dynamisch in zwei Ebenen ausgewuchtet werden, findet bei scheibenförmigen Körpern, wie Bremsscheiben, in der Regel eine Auswuchtung in nur einer Ebene statt. Dies geschieht im allgemeinen auf stationären Auswucht­ maschinen. Die Räder von Kraftfahrzeugen müssen aber auch wegen des Verschleißes der Reifen im Fahrbetrieb und nach jedem Reifenwechsel immer wieder nachgewuchtet werden. In der Regel geschieht auch dies auf stationären Aus­ wuchtmaschinen.

Bei Radsystemen, die aus mehreren jeweils einzeln ausge­ wuchteten Teilen aufgebaut sind und bei denen sich aus den Toleranzen der Einzel-Restunwuchten unzulässig hohe System-Restunwuchten ergeben können, kommt auch das sog. Finish-Balancer-Verfahren zur Anwendung, bei dem die Fahrzeugräder im montierten Zustand in einer Ebene nach­ gewuchtet werden. Wichtig bei diesem Verfahren ist, daß im unterkritischen Bereich gewuchtet wird und daß die Dämpfung sich nicht während des Wuchtvorganges, also drehzahlabhängig verändert. Das Wuchten im unterkriti­ schen Bereich ist in aller Regel möglich, weil alle ro­ tierenden Systemteile beim Herstellungsprozeß vorgewuch­ tet sind. Die Forderung, daß sich die Dämpfung mit der Raddrehzahl nicht ändern darf, ist hingegen insbeson­ dere bei moderneren Fahrwerken nicht erfüllt, weil der­ artige Fahrwerke so ausgelegt sind, daß sich die Dämp­ fungen mit der Drehzahl ändern.

Angesichts der gewollt drehzahlabhängigen Dämpfungsände­ rungen können bei modernen Fahrwerken mit dem Finish- Balancer-Verfahren keine zuverlässigen Meßwerte ermittelt werden. Die mit diesem Verfahren ermittelten Positions­ angaben festgestellter Unwuchten können mit erheblichen Winkelfehlern behaftet sein und es können auch zwei Lö­ sungen herauskommen. Der zutreffende Wert ist in solchen Fällen nur empirisch zu ermitteln. Das Finish-Balancer- Verfahren erweist sich mithin bei modernen Fahrwerken als nur bedingt brauchbar. Dieses Verfahren ist aber auch insofern unzulänglich, als es sich bei einem Fahrwerk mit montierten Rädern um ein Mehrmassen-System handelt.

Als Folge von Restunwuchten bei Fahrzeugrädern treten umlaufende Unwuchtvektoren auf, die eine Minderung der Straßenhaftung bewirken und zu Vibrationen im Fahrzeug führen. Unzulässig große Restunwuchten können beispiels­ weise infolge Verlustes eines Unwuchtgewichtes oder auch durch partiell übermäßigen Abtrag von Belagmaterial an den Reifen eintreten, aber auch montagebedingt sein und mithin durchaus auch bei Neufahrzeugen vorkommen. Ange­ sichts der nur bedingten Zuverlässigkeit der bei Anwen­ dung des Finish-Balancer-Verfahrens zu ermittelnden Meß­ werte sind derartige Restunwuchten nur im Fahrbetrieb beim Auftreten von Vibrationen feststellbar.

Diesem gleichermaßen für die Hersteller und Halter von Kraftfahrzeugen unbefriedigenden Zustand will die Erfin­ dung abhelfen. Es sollen daher ein Verfahren zum Über­ wachen von Schwingungserregern in Fahrwerkskomponenten bei Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs und eine Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens geschaffen werden.

In verfahrenstechnischer Hinsicht ist diese Aufgabe da­ durch gelöst, daß bei ausgewählten, im Fahrbetrieb rotie­ renden Systemkomponenten die während des Fahrbetriebs an den Lagerungen dieser Systemkomponenten auftretenden Schwingungen laufend ermittelt und für jede überwachte Systemkomponente gesondert zur Anzeige gebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit während des Fahrbetriebs, sei es nun im praktischen Fahrbetrieb auf der Straße oder im simulierten Fahrbetrieb auf einem Rollenprüfstand, die Überprüfung der Wuchtzustände der ausgewählten rotierenden Systemkomponenten, bei denen es sich um Kardanwellen oder sonstige Gelenkwellen und insbesondere um die Fahrzeugräder handelt. Dadurch ist sichergestellt, daß im Fahrbetrieb auftretende Unwuchten unverzüglich nach ihrem Auftreten festgestellt werden können. Gleiches gilt auch bezüglich vorhandener Rest­ unwuchten bei Neufahrzeugen oder mit Montagefehlern be­ hafteten Fahrzeugen nach Werkstattbesuchen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor, daß die an den überwachten Systemkomponenten beim Vorhandensein von Unwuchten umlaufend auftretenden Un­ wuchtvektoren nach Größe und Position (Umfangswinkel) ermittelt und zur Anzeige gebracht werden, und zwar wie­ derum für jede überwachte Systemkomponente gesondert. Angesichts der so im Fahrbetrieb ermittelten Meßwerte ist es unmittelbar möglich, erforderliche Ausgleichsge­ wichte nach Masse und Position an den mit Unwuchten be­ hafteten Systemkomponenten anzubringen.

Aus rein praktischen Gründen müssen bei den überwachten Systemkomponenten innerhalb vorbestimmter Grenzen Rest­ unwuchten zugelassen werden. Insoweit sieht eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die an den überwachten Systemkomponenten ermittelten Schwingungen mit vorgegebenen (fahrwerkstypischen) Max­ werten verglichen werden und daß jeweils eine Anzeige ausgelöst wird, wenn ein an einer Systemkomponente ge­ messener Wert den für diese Komponente vorgegebenen Max­ wert erreicht oder überschreitet.

Besondere Bedeutung kommt einer Ausgestaltung des Ver­ fahrens in der Weise zu, daß die an den Radaufhängungen auftretenden Schwingungen an jedem Fahrzeugrad laufend ermittelt und für jedes Fahrzeugrad gesondert zur Anzeige gebracht werden.

Während die Schwingungen in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn von den Feder- und Dämpfungselemen­ ten im allgemeinen problemlos aufgenommen werden, führen in Parallelebenen zur Fahrbahn wirkende Schwingungen zu höchst unangenehmen Vibrationen, die Beschädigungen anderer Systemteile bis hin zum Bruch nach sich ziehen können. Insofern sieht eine Weiterbildung der letztge­ nannten Ausgestaltung vor, die Schwingungen an den Rad­ aufhängungen in einer etwa parallel zur Fahrbahn ver­ laufenden Ebene laufend zu ermitteln und für jedes Fahr­ zeugrad gesondert zur Anzeige zu bringen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch die Überwachung der Stoßdämpferfunktionen durch die laufen­ de Ermittlung der etwa in der Bewegungsrichtung der Stoß­ dämpfer an den Radaufhängungen auftretenden Schwingungen vorgenommen werden.

Schließlich können im Rahmen der Erfindung auch die an den Lagerungen der Gelenkwelle, beispielsweise Kardanwelle, auftretenden Gelenkwellenschwingungen laufend ermittelt und zur Anzeige gebracht werden.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die Erfindungs­ aufgabe durch die Schaffung einer Einrichtung an Kraft­ fahrzeugen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß je­ weils in der Nähe einer ausgewählten, im Fahrbetrieb gegenüber anderen Fahrwerksteilen rotatorisch bewegten Systemkomponente an deren Lagerung wenigstens ein Schwin­ gungsaufnehmer angeordnet und mit einer Anzeigevorrich­ tung wirkverbunden ist.

Naturgemäß können die den einzelnen Systemkomponenten zugeordneten Schwingungsaufnehmer auch über einen Bord­ adapter abgefragt und die ermittelten Schwingungen mit­ teils eines über den Bordadapter mit den Schwingungs­ aufnehmern verbindbaren Instrumente zur Anzeige gebracht werden.

In Übereinstimmung mit den oben erläuterten Verfahrens­ varianten sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung die Anordnung zumindest eines Schwingungsauf­ nehmers an der Radaufhängung eines jeden Fahrzeugrades vor. Damit ist die Überprüfung des Wuchtzustandes des betreffenden Fahrzeugrades in einer Ebene möglich. Ins­ besondere ist ein derartiger Schwingungsaufnehmer so an der Radaufhängung eines jeden Fahrzeugrades anzuordnen, daß der Schwingungsaufnehmer in einer etwa zur Fahrbahn parallel verlaufenden Ebene wirksam ist.

Es können aber auch im Rahmen der Erfindung an der Rad­ aufhängung eines jeden Fahrzeugrades im Abstand vonein­ ander zwei in einer etwa parallel zur Fahrbahn verlau­ fenden Ebene wirksame Schwingungsaufnehmer angeordnet sein, die dann eine Überprüfung der Wuchtzustände der Fahrzeugräder in zwei Ebenen und mithin die Feststellung dynamischer Unwuchten ermöglichen.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrich­ tung sieht vor, daß an der Radaufhängung eines jeden Fahrzeugrades wenigstens ein etwa in Bewegungsrichtung des zugeordneten Stoßdämpfers wirksamer Schwingungsauf­ nehmer angeordnet ist. Auch die mittels dieser Schwin­ gungsaufnehmer ermittelten Schwingungszustände können jeweils für sich zur Anzeige gebracht bzw. über einen Bordadapter abgefragt werden. Dadurch ist eine laufende Kontrolle der Stoßdämpferfunktionen möglich.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann auch an der Lagerung der Gelenkwelle (Kardanwelle) wenigstens ein Schwingungsaufnehmer angeordnet sein, der von diesem Funktionselement im Fahrbetrieb ausgehen­ de Schwingungen erfaßt und zur Anzeige bringt.

Schwingungsaufnehmer der bei der erfindungsgemäßen Ein­ richtung zum Einsatz zu bringenden Art sind bekannt. Es kann sich dabei um (harte) Quarz-Schwingungsmeßgeber oder auch um (weiche) induktive Schwingungsmeßgeber handeln.

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrich­ tung besteht darin, daß zur Positionsermittlung von Un­ wuchten jeder überwachten Systemkomponente ein berüh­ rungsloser Drehzahl- und Winkelaufnehmer sowie eine Um­ fangsmarkierung zugeordnet sind. Während mittels der Schwingungsaufnehmer vorhandene oder auftretende Unwuch­ ten dem Betrage nach ermittelt werden, gelingt mittels derartiger Drehzahl- und Winkelaufnehmer die Positions­ bestimmung vorhandener Unwuchten.

Anhand der beigefügten Zeichnung sollen nachstehend eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung und das damit ausführbare Verfahren erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 ein Fahrzeug mit an den Aufhängungen aller Fahr­ zeugräder angeordneten horizontalen Schwingungs­ aufnehmern in einer seitlichen Ansicht,

Fig. 2 das Fahrwerk des Fahrzeugs in einer Draufsicht mit strichpunktiert angedeuteter Umrißlinie,

Fig. 3 ein Fahrzeugrad mit angedeuteter Radaufhängung und Feder-Dämpfung in einer gegenüber Fig. 1 vergrößerten seitlichen Ansicht und

Fig. 4 das Fahrzeugrad in einer Ansicht mit Blickrich­ tung gemäß Pfeil IV in Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen in schematischer Dar­ stellung einen PKW 10 mit einem vier Fahrzeugräder 11 aufweisenden Fahrwerk und einer auf letzterem aufgenom­ menen Fahrgastzelle 12. Die vorderen und hinteren Fahr­ zeugräder sind in hier nicht weiter interessierender Weise jeweils durch Radachsen 13 miteinander verbunden. Bei diesen Radachsen kann es sich auch durchaus um Ge­ lenkachsen handeln.

Jedes Fahrzeugrad 11 bildet ein Mehrmassen-System und umfaßt eine an einem Radlager 14 drehbar gelagerte Radnabe 15, eine austauschbar auf der Radnabe befestigte Felge 16 mit auf dieser aufgenommenem Reifen 17 und eine Scheiben­ bremse, deren Bremsscheibe 18 fest mit der Radnabe ver­ bunden ist, während die Bremsbacken und deren Betätigungs­ mittel in der Zeichnung nicht gezeigt sind.

Jedes Radlager 14 ist durch bei 19 am Chassis des Fahr­ zeugs angelenkte Lenker 20 als Radaufhängung in hori­ zontaler Richtung fest, hingegen in vertikaler Richtung bewegbar am Chassis gelagert und stützt sich über ein Feder-Dämpfungselement 21 vertikal am Chassis ab.

Jedem Fahrzeugrad 11 ist ein horizontaler Schwingungs­ aufnehmer 22 zugeordnet, bei dem es sich um einen - harten - Quarzschwingungsmeßgeber oder auch um einen - weichen - induktiven Schwingungsmeßgeber handeln kann. Angeordnet sind die Schwingungsaufnehmer jeweils an einem das Rad­ lager 14 U-förmig umgreifenden Abschnitt 23 der die La­ gerung der Radlager 14 am Chassis vermittelnden Lenker 20, und zwar auf der vom Anlenkpunkt 19 des jeweiligen Lenkers entfernten Seite des betreffenden Radlagers. Ferner ist am inneren Felgenrand eines jeden Fahrzeug­ rades eine Marke 24 angebracht und jedem Fahrzeugrad ein auf die jeweilige Marke ausgerichteter berührungs­ loser Induktivgeber 25 als Drehzahl- und Winkelaufnehmer zugeordnet. Schließlich zeigt Fig. 4 zwei am äußeren Felgenrand angeklammerte Ausgleichsgewichte 26.

Wenn im Fahrbetrieb an einem umlaufenden Fahrzeugrad 11 eine Unwucht auftritt, sei es infolge Restunwuchten der rotierenden Teile, durch partiell übermäßigen Reifen­ verschleiß, bei Verlust eines Ausgleichsgewichtes oder aus welchen Gründen auch immer, führt dies zu einem um­ laufenden Unwuchtvektor, dessen Horizontalkomponente durch den horizontal wirkenden Schwingungsaufnehmer 22 erfaßt wird. Gleichzeitig erfaßt der als berührungsloser Induktivgeber ausgebildete Drehzahl- und Winkelaufnehmer 25 die Position der ermittelten Unwucht. Diese Unwucht wird nach Betrag und Position über geeignete Übertragungs­ wege 27, die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet sind, mittels einer ebenfalls nur angedeuteten Anzeigerichtung 28 in der Fahrgastzelle, etwa am Armaturenbrett eines derartigen Fahrzeugs, zur Anzeige gebracht oder ist in an sich bekannter Weise über einen in Fig. 1 im Kofferraum des Fahrzeugs angedeuteten Prüfadapter 29 abfragbar.

In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden somit mittels der der Verfahrensdurchführung dienenden Einrich­ tung die Radsysteme im Fahrbetrieb laufend überwacht und mithin auftretende Unwuchten unverzüglich nach ihrer Entstehung nach Betrag und Position zur Anzeige gebracht. Es werden somit im laufenden Fahrbetrieb die gleichen Meßdaten ermittelt, wie beim Stande der Technik beim Auswuchten demontierter Fahrzeugräder auf stationären Wucht­ maschinen, jedoch erfindungsgemäß unter Berücksichtigung der fahrzeugspezifischen Daten. Anhand dieser Meßdaten können positionsgenau Auswuchtgewichte an den Felgen der Fahrzeugräder angebracht werden. Dies geschieht in der Regel am äußeren Felgenrand. Ausgleichsgewichte können aber auch durchaus am inneren Felgenrand angebracht werden.

Im Gegensatz zum Auswuchten demontierter Fahrzeugräder auf stationären Wuchtmaschinen besteht der besondere Vorteil bei der Erfindung darin, daß nicht nur die Felgen und die auf diesen aufgenommenen Reifen gewuchtet werden, sondern sämtliche im Fahrbetrieb umlaufenden Teile eines Radsystems, von denen Unwuchten ausgehen können, und zwar unter Berücksichtigung der jeweiligen fahrzeugtypi­ schen Daten. In der bei stationären Wuchtmaschinen be­ kannten Weise kann mittels der Erfindung auch dynamisch ausgewuchtet werden, wenn in axialem Abstande zu dem horizontalen Schwingungsaufnehmer 22, der in einer Meßebene 30 liegt, ein weiterer Schwingungsaufnehmer beispielsweise in einer Meßebene 31 vorgesehen wird. Es kann dann durch Anbringung von Ausgleichsgewichten an den äußeren und inneren Felgenrändern, die sich in Ausgleichsebenen 30′, 31′ erstrecken, eine dynamische Auswuchtung eines der­ artigen Radsystems vorgenommen werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Überwachen von Schwingungserregern in Fahrwerkskomponenten von Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs, dadurch gekennzeichnet, daß an ausgewählten, im Fahrbetrieb rotierenden System­ komponenten die während des Fahrbetriebs an den Lagerungen dieser Systemkomponenten auftretenden Schwingungen laufend ermittelt und für jede überwachte Systemkomponente ge­ sondert zur Anzeige gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den überwachten Systemkomponenten beim Vor­ handensein von Unwuchten umlaufend auftretenden Unwucht­ vektoren nach Größe und Position (Umfangswinkel) ermit­ telt und zur Anzeige gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die an den überwachten Systemkomponenten er­ mittelten Schwingungen mit vorgegebenen (fahrwerktypischen Maxwerten verglichen werden und daß jeweils eine Anzeige ausgelöst wird, wenn ein an einer Systemkomponente ge­ messener Wert den für die Komponente vorgegebenen Max­ wert erreicht oder überschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Radaufhängungen auftreten­ den Schwingungen an jedem Fahrzeugrad laufend ermittelt und für jedes Fahrzeugrad gesondert zur Anzeige gebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen an den Radaufhängungen in einer etwa parallel zur Fahrbahn verlaufenden Ebene laufend ermittelt und für jedes Fahrzeugrad gesondert zur An­ zeige gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Überwachung der Stoßdämpferfunktion durch die laufende Ermittlung der etwa in der Bewegungsrich­ tung der Stoßdämpfer an den Radaufhängungen auftreten­ den Schwingungen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerungen der Gelenkwelle (Kardanwelle) auftretenden Gelenkwellenschwingungen er­ mittelt werden.

8. Einrichtung an Kraftfahrzeugen zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in der Nähe einer ausgewählten, im Fahrbetrieb gegenüber anderen Fahrwerksteilen rotatorisch bewegten Systemkomponente (11) an deren Lagerung (14, 20, 23) wenigstens ein Schwingungsaufnehmer (22) angeordnet und mit einer Anzeigevorrichtung (28) und/oder einem Prüf­ adapter (29) wirkverbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Radaufhängung (20, 23) eines jeden Fahr­ zeugrades (11) zumindest ein Schwingungsaufnehmer (22) angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Radaufhängung (20, 23) eines jeden Fahr­ zeugrades (11) wenigstens ein in einer etwa parallel zur Fahrbahn verlaufenden Ebene wirksamer Schwingungs­ aufnehmer (22) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Radaufhängung (20, 23) eines jeden Fahr­ zeugrades (11) im Abstand voneinander zwei in einer etwa parallel zur Fahrbahn verlaufenden Ebene wirksame Schwin­ gungsaufnehmer angeordnet sind.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Radaufhängung (20, 23) eines jeden Fahrzeugrades (11) wenigstens ein etwa in Bewe­ gungsrichtung der dem Fahrzeugrad zugeordneten Stoßdämpfer wirksamer Schwingungsaufnehmer angeordnet ist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lagerung der Gelenkwelle (Kar­ danwelle) wenigstens ein Schwingungsaufnehmer angeordnet ist.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Schwingungsaufnehmern (22) um (harte) Quarz-Schwingungsmeßgeber oder um (weiche) induktive Schwingungsmeßgeber handelt.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsermittlung von Unwuchten jeder überwachten Systemkomponenten ein berührungsloser Drehzahl- und Winkelaufnehmer (25) sowie eine Umfangs­ markierung (24) zugeordnet sind.