DE3817809A1

DE3817809A1 - Vorrichtung zur schwingungsueberwachung der radsysteme insbesondere von kraftfahrzeugen waehrend des fahrbetriebs

Info

Publication number: DE3817809A1
Application number: DE19883817809
Authority: DE
Inventors: F Heinrich Dr Ing Lehn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-07

Description

Bei Fahrwerken von Kraftfahrzeugen kann die Straßen haftung der Fahrzeugräder durch Räderschwingungen gemin dert und dadurch können der Fahrkomfort und die Sicher heit empfindlich beeinträchtigt werden. Bei unzulänglich ausgewuchteten Fahrzeugrädern treten Resonanzerschei nungen der Räderschwingungen vornehmlich im Geschwindig keitsbereich zwischen 80 km/h und 120 km/h auf.

Neben der Auslegung des Fahrwerks bestimmen die Reifen geometrie, der Wuchtzustand der umlaufenden Fahrzeug räder, der Reifenluftdruck und der Zustand der Stoßdämpfer das Fahrverhalten wesentlich. Veränderungen des Zustands der Stoßdämpfer, des Reifenluftdrucks und der Reifen geometrie führen zu einer den Fahrkomfort und auch die Fahrsicherheit beeinträchtigenden Änderung des Fahrver haltens. Insbesondere aber beeinträchtigen Änderungen des Wuchtzustandes der Fahrzeugräder die Straßenhaftung und damit die Fahrsicherheit. Eklatant werden derartige Beeinträchtigungen, wenn mehrere abnormale Zustände zusammentreffen, wie etwa eine unzulässig große Unwucht eines Rades und eine Funktionsstörung des diesem Rad zugeordneten Stoßdämpfers.

Die Räder von Kraftfahrzeugen werden im allgemeinen auf stationären Unwuchtmaschinen ausgewuchtet, müssen aber wegen des Verschleißes der Reifen im Fahrbetrieb und nach jedem Reifenwechsel von Zeit zu Zeit nachge wuchtet werden. In der Regel geschieht auch dies auf stationären Auswuchtmaschinen.

Da die Radsysteme von Kraftfahrzeugen aus mehreren jeweils einzeln ausgewuchteten Teilen aufgebaut sind und sich aus den Toleranzen der Einzel-Restunwuchten unzulässig hohe System-Restunwuchten ergeben können, kommt auch das Finish-Balancer-Verfahren zur Anwendung, bei dem die Fahrzeugräder im montierten Zustand in einer Ebene nachgewuchtet werden.

Bei diesem Verfahren muß im unterkritischen Bereich gewuchtet werden und die Dämpfung darf sich während des Wuchtvorganges nicht drehzahlabhängig verändern. Das Wuchten im unterkritischen ist in aller Regel möglich, weil alle rotierenden Systemteile beim Herstellungsprozeß vorgewuchtet sind. Die Forderung hingegen, daß sich die Dämpfung mit der Raddrehzahl nicht ändern darf, ist insbesondere bei modernen Fahrwerken nicht erfüllt, weil derartige Fahrwerke so ausgelegt sind, daß eine drehzahlabhängige Änderung der Dämpfung eintritt.

Angesichts der gewollt drehzahlabhängigen Dämpfungs änderungen können bei modernen Fahrwerken mit dem gewöhn lichen Finish-Balancer-Verfahren keine zuverlässigen Meßwerte ermittelt werden. Die mit diesem Verfahren ermittelten Positionsangaben festgestellter Unwuchten können mit erheblichen Winkelfehlern behaftet sein und es können auch zwei Lösungen herauskommen. Der zutreffende Wert ist in solchen Fällen nur empirisch zu ermitteln.

Das gewöhnliche Finish- Balancer-Verfahren erweist sich mithin bei modernen Fahrwerken als nur bedingt brauchbar. Dieses Verfahren ist aber auch insofern unzulänglich, als es nicht in der Lage ist, die fahr zeugtypische Schwingungscharakteristik des auszuwuch tenden Mehrmassen-Radsystems zu erfassen, also laufend Meßwerte mit Normwerten zu vergleichen.

Als Folge von Restunwuchten bei Fahrzeugrädern treten umlaufende Unwuchtvektoren auf, die eine Minderung der Straßenhaftung bewirken sowie zu Vibrationen im Fahrzeug und zu erhöhtem Reifenverschleiß führen. Unzu lässig große Restunwuchten können beispielsweise durch den Verlust eines Unwuchtgewichtes oder auch durch partiell übermäßigen Abtrag von Belagmaterial an den Reifen eintreten, aber auch montagebedingt sein und mithin durchaus bei Neufahrzeugen vorkommen. Angesichts der nur bedingten Zuverlässigkeit der bei Anwendung 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 soll durch die Erfindung abgeholfen werden.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die Schaffung einer Vor richtung zur Schwingungsüberwachung der Radsysteme insbesondere von Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs, bei der im Bereich der Lagerung und/oder Aufhängung eines jeden Fahrzeugrades wenigstens ein Beschleunigungs sensor als Schwingungsaufnehmer angeordnet sowie eine die Signale der einzelnen Schwingungsaufnehmer getrennt verarbeitende Auswerteschaltung vorgesehen sind und der Auswerteschaltung eine Anzeigeeinrichtung nachge schaltet ist, die eine Anzeige für jedes Radsystem und eine Fehleranzeige für jede überwachte Funktion (Wucht zustand, Stoßdämpfer, Reifenluftdruck und Reifengeometrie) besitzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, während des Fahrbetriebs die Wuchtzustände der Radsysteme, die Funktion der Stoßdämpfer, den Luftdruck der einzelnen Reifen und deren Geometrie laufend zu überwachen und etwaig auftretende Abweichungen vom vorgegebenen Normal zustand zur Anzeige zu bringen, so daß der Fahrer eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs unverzüglich nach dem Auftreten von Normabweichun gen über letztere unterrichtet und vor sich anbahnenden Sicherheitsrisiken gewarnt wird.

Die Überwachung von Radsystemen bei Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs ist allerdings schon bekannt. So offenbart die DE-OS 29 05 931 eine Vorrichtung zum Überwachen der Stoßdämpfer und des Reifenluftdrucks von Fahrzeugrädern, bei der an einem tragenden Bauteil jedes zu überwachenden Fahrzeugrades ein Beschleunigungssensor angeordnet ist und die Ausgangssignale einer Auswerte schaltung, die den Beschleunigungssensoren nachgeschaltet ist, laufend mit Sollwerten und/oder miteinander ver glichen werden und die als Kriterium für den Zustand der Stoßdämpfer und/oder den Reifenluftdruck herangezogenen Vergleichswerte im Falle ihrer Abweichung von vorgegebenen Normwerten eine Warnanzeige auslösen.

Unbefriedigend bei der vorbekannten Vorrichtung ist, daß nur bei Störungen der Stoßdämpferfunktion oder bei Ände rungen des Reifenluftdrucks eine Warnanzeige ausgelöst wird, während andere Faktoren, wie der Wuchtzustand der Radsysteme und die Reifengeometrie, unbeschadet ihres we sentlichen Einflusses auf Fahrkomfort und Fahrsicherheit nicht erfaßt werden.

Ferner offenbart die DE-OS 35 41 901 ein Verfahren - und eine der Verfahrensdurchführung dienende Vorrichtung - zur automatisierten Überwachung der Lenk- und Radauf hängungsgeometrie sowie des Wuchtzustandes rotierender, mit dem Lenkgestänge des jeweiligen Kraftfahrzeugs verbundener Teile. Dabei werden an der Lenkung auftretende Drehschwingungen von Induktivgebern erfaßt und mittels einer Klassierschaltung als Kriterium des Wuchtzustandes der mit dem Lenkgestänge verbundenen rotierenden Teile bewertet sowie auftretende Abweichungen von einem vorbe stimmten Normalbereich zur Anzeige gebracht.

Von diesem Stande der Technik unterscheidet sich die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dadurch, daß unter Verwendung von - bekannten - Beschleunigungs sensoren als Schwingungsaufnehmer die Radsysteme hin sichtlich ihrer Wuchtzustände, der Beschaffenheit der Stoßdämpfer, des Reifenluftdrucks und der Reifengeometrie überwacht und etwaig auftretende Abweichungen von definier ten Normalzuständen zur Anzeige gebracht werden. Gemäß der Erfindung erfährt der Fahrer somit eine unverzügliche Unterrichtung über etwaige Unregelmäßigkeiten aller für die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort wesentlichen Faktoren.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsermittlung etwaiger Un wuchten jedem Radsystem ein Drehzahl- und Winkelaufnehmer zugeordnet und jedes Fahrzeugrad mit einer Umfangsmarkierung versehen ist, daß die Drehzahl- und Winkelaufnehmer auf die Auswerteschaltung geschaltet sind, daß letztere eine Speicher stufe zum Speichern einer begrenzten Anzahl aufeinanderfolgen der Signale (Signalzyklen) umfaßt, daß der Speicherstufe die Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet ist und daß die Anzeigeein richtung ein Anzeigefeld für die ermittelte Unwucht jeweils eines Fahrzeugrades nach Betrag und Lage (Umfangswinkel) aufweist.

Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht neben der qualitativen Anzeige von Unregelmäßigkeiten auch die quantitative Erfassung auftretender Unwuchten, in dem die diesbezüglichen Signale der den einzelnen Rad systemen zugeordneten Beschleunigungssensoren und Dreh zahl- und Winkelaufnehmer im Fahrbetrieb permanent er faßt und in einer begrenzten Anzahl aufeinanderfolgen der Zyklen, aus denen signifikante Merkmale für die Fehleranzeige hervorgehen, abgespeichert werden. Neben der Angabe, an welchem Fahrzeugrad Unregelmäßigkeiten aufgetreten sind, können Unwuchten nach Betrag und Lage zur Anzeige gebracht werden.

Eine Weiterbildung der zuletzt genannten Ausgestaltung sieht vor, daß die Anzeigeeinrichtung zwei voneinander unabhängige Anzeigefelder besitzt und daß ein Anzeige feld, welches unmittelbar auf die Auswerteschaltung geschaltet ist, zur qualitativen Anzeige von Funktions störungen für den Fahrzeugführer dient, während das andere Anzeigefeld wahlweise auf den Speicher der Aus werteschaltung schaltbar ist und den Abruf gespeicherter Signale als signifikante Daten für quantitative Fehler anzeigen ermöglicht.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung zur Schwingungsüberwachung der Radsysteme von Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs,

Fig. 2 in einem Blockschaltbild das Signalverarbeitungs schema der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Verknüpfungsmatrix des Signalverarbeitungs schemas nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Display einer Anzeigevorrichtung zur quali tativen Fehleranzeige und

Fig. 5 ein weiteres Display der Anzeigevorrichtung zur quantitativen Fehleranzeige.

In Fig. 1 sind die überwachten Radsysteme nach ihrer Lage am Fahrzeug mit "LV" für links vorn, "RV" für rechts vorn und sinngemäß mit "LH" und "RH" für die hinteren Fahrzeugräder bezeichnet. Jedes Radsystem ist mit einem an der jeweiligen Radlagerung angeordneten Beschleunigungssensor b und mit einem Winkelaufnehmer w ausgerüstet, der mit einer nicht gezeigten Umfangs markierung am zugeordneten Fahrzeugrad zusammenwirkt. Die Beschleunigungssensoren und Winkelaufnehmer sind auf eine elektronische Auswerteschaltung 10 geschaltet, die unten anhand des Signalverarbeitungsschemas nach Fig. 2 noch näher erläutert wird und der eine Anzeige vorrichtung 12 nachgeschaltet ist.

Das Signalverarbeitungsschema nach Fig. 2 zeigt, daß die Auswerteschaltung 10 eine Eingangsstufe 14, eine Prozessorstufe 16, eine Ausgangsstufe 18 und eine Spei cherstufe 20 umfaßt, die hinsichtlich ihrer baulichen Einzelheiten hier keiner Erörterung bedürfen. Die den einzelnen Radsystemen zugeordnete Beschleunigungssen soren b und Winkelaufnehmer w sind für jedes Radsystem getrennt auf die Eingangsstufe 14 geschaltet. Ferner zeigt Fig. 2, daß die Anzeigevorrichtung 12 ein unmittel bar auf die Ausgangsstufe 18 geschaltetes Display 22 besitzt, das eine qualitative Fehleranzeige vermittelt, sowie ein weiteres Display 24, das eine quantitative Fehleranzeige liefert und beispielsweise mittels eines Werkstatt-Prüfadapters wahlweise auf die Speicherstufe 20 schaltbar ist, was die bei 26 angedeutete Unterbrechung der Schaltverbindung zwischen dem Display 24 und der Speicherstufe 20 andeutet.

Die im Fahrbetrieb an den Radsystemen auftretenden Schwingungen werden je Radsystem mittels des im Bereich der Lagerung oder Aufhängung des betreffenden Fahrzeug rades angeordneten Beschleunigungssensors b gemessen, der als Schwingungsaufnehmer dient. Die Positionsbestim mung etwaiger Unwuchten erfolgt am laufenden Rad mittels des dem jeweiligen Rad zugeordneten Winkelaufnehmers in Verbindung mit einer an dem Fahrzeugrad angeordneten Umfangsmarkierung. Bei den Winkelaufnehmern kann es sich insbesondere um berührungslose Induktivgeber handeln.

Die von den Beschleunigungssensoren b und den Winkelauf nehmern w gemessenen analogen Signale gelangen an die Eingangsstufe 14 der elektronischen Auswerteschaltung 10, und zwar je Radsystem gesondert. In der Eingangsstufe der Auswerteschaltung werden die analogen Signale bei spielsweise in Digital-Signale umgewandelt. Die Signal verarbeitung erfolgt dann in der in ihrem Aufbau im ein zelnen hier nicht interessierenden Prozessorstufe 16 der Auswerteschaltung, wobei die empfangenen Signale beispiels weise mit vorgegebenen Normsignalen, die dem Normalzu stand entsprechen, verglichen und bei auftretenden Ab weichungen von den vorgegebenen Normwerten Fehlersignale gebildet werden, wenn diese Abweichungen einen bestimmten Toleranzbereich überschreiten. Die Ausgabe der Fehlersignale erfolgt über eine der Prozessorstufe 16 nachgeschaltete Ausgangsstufe 18 der Auswerteschaltung. Die Digital-Signale der Prozessorstufe können digital oder auch nach vorheri ger Umwandlung analog ausgegeben werden.

Von der Ausgangsstufe 18 können die Signale unmittelbar oder unter Zwischenschaltung der Speicherstufe 20 an die Anzeigevorrichtung 12 gelangen und dort in den von einander getrennten Anzeigefeldern (Displays) zur Anzeige gebracht werden. Die beiden Displays 22, 24 sind jeweils für sich in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht.

Das Display 22 der Anzeigevorrichtung ist mit je einer Mar kierung (LV, RV, LH, RH) für jedes Radsystem ausgerüstet und besitzt darüber hinaus Anzeigen für die Überwachung des Wuchtzustandes, der Stoßdämpfer, des Reifenluftdrucks und der Reifengeometrie. Dieses Anzeigefeld dient der quantitativen Anzeige aufgetretener Unregelmäßigkeiten und mithin zur Unterrichtung des Fahrers eines Kraft fahrzeugs. So signalisieren beispielsweise die Anzeigen "LH" und "Luftdruck", daß eine Normabweichung des Reifen luftdrucks am Fahrzeugrad links hinten vorliegt. Die Signale der Ausgangsstufe 18 der Auswerteschaltung 10 gelangen unmittelbar zu diesem Display der Anzeige vorrichtung.

Mittels des weiteren Displays 24 der Anzeigevorrichtung, das auf die Speicherstufe 20 der Auswerteschaltung 10 schaltbar ist, können die im Fahrbetrieb aufgetretenen Unregelmäßigkeiten für jedes einzelne Radsystem quanti tativ angezeigt werden. In Fig. 5 ist insoweit ange deutet, daß am linken Vorderrad eine Unwucht aufgetre ten ist, die durch Anbringung eines 30 g-Gewichtes unter einem Winkel von 120° ausgeglichen werden muß. Mittels des zuletzt genannten Displays wird mithin angezeigt, an welchem Rad ein Ausgleichsgewicht bestimmter Größe unter einem bestimmten Winkel anzubringen ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Schwingungsüberwachung der Rad systeme insbesondere von Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs, bei der

- im Bereich der Lagerung und/oder Aufhängung eines jeden Fahrzeugrades wenigstens ein Beschleunigungs sensor (b) als Schwingungsaufnehmer angeordnet sowie
- eine die Signale der einzelnen Schwingungsaufnehmer getrennt verarbeitende Auswerteschaltung (10) vorge sehen sind und
- der Auswerteschaltung eine Anzeigeeinrichtung (12) nachgeschaltet ist,
- die eine Anzeige für jedes Radsystem und eine Fehler anzeige für jede überwachte Funktion (Wuchtzustand, Stoßdämpfer, Reifenluftdruck und Reifengeometrie) besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionsermittlung etwaiger Unwuchten jedem Radsystem ein Drehzahl- und Winkelaufnehmer (w) zuge ordnet und jedes Fahrzeugrad mit einer Umfangsmarkierung versehen ist, daß die Drehzahl- und Winkelaufnehmer auf die Auswerteschaltung (10) geschaltet sind, daß letztere eine Speicherstufe (20) zum Speichern einer begrenzten Anzahl aufeinanderfolgender Signale (Signalzyklen) umfaßt, daß der Speicherstufe die Anzeigeeinrichtung (12) nachge schaltet ist und daß die Anzeigeeinrichtung ein Anzeige feld (24) für die an einem Fahrzeugrad ermittelte Unwucht nach Betrag und Lage (Umfangswinkel) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (12) zwei voneinander unabhängige Anzeigefelder (22, 24) besitzt und daß ein Anzeigefeld, welches unmittelbar auf die Auswerteschaltung (10) ge schaltet ist, zur qualitativen Anzeige von Funktions störungen für den Fahrzeugführer dient, während das andere Anzeigefeld wahlweise auf den Speicher (12) der Auswerte schaltung schaltbar ist und den Abruf gespeicherter Signale als signifikante Daten für quantitative Fehleranzeigen der überwachten Funktionen ermöglicht.