DE10028749A1 - Verfahren und Vorrichrung zum Erkennen von Dämpferschäden - Google Patents
Verfahren und Vorrichrung zum Erkennen von DämpferschädenInfo
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen von Dämpferschäden zeichnet sich dadurch aus, daß Eigenschaften eines Dämpfers durch Auswerten eines Signals eines Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors ermittelt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von
Dämpferschäden, insbesondere zum Erkennen von Dämpferschäden von Kraftfahr
zeugdämpfern.
Im Rahmen einer bedarfsgerechten Wartung von Fahrzeugen, insbesondere Kraft
fahrzeugen ist es nötig, jederzeit über Informationen über den Verschleißzustand
relevanter Fahrzeugkomponenten zu verfügen. Insbesondere betrifft dies den Ver
schleißzustand von Fahrzeugdämpfern.
Abhängig von der Dämpferbauart (beispielsweise Einrohrgasdruck- und Zweirohr
dämpfer) treten verschiedene Schadensbilder auf, wie etwa Lochfraß an der
Kolbenstange, Verschleiß an der Kolbenstange oder Undichtigkeiten in der
Trennkolbendichtung, die sich durch einen Abfall der Dämpfkraft bemerkbar
machen. Die Dämpfwirkung läßt nach und die Aufbau- und Radschwingungen in
Vertikalrichtung werden weniger gedämpft.
Bei bekannten Verfahren zur Dämpferschadenserkennung wird der Dämpfer entwe
der in eingebautem Zustand auf einem Prüfstand untersucht (z. B. Boge-Shock
tester) oder in ausgebautem Zustand auf einer Prüfmaschine (z. B. VDA-Prüfma
schine) analysiert. Diese bekannten Dämpferschadenserkennungsverfahren sind
mit dem Nachteil verbunden, daß keine Aussagen über die Dämpfereigenschaften
im Fahrbetrieb gewonnen werden können. Vielmehr ist eine zeitaufwendige und
kostenintensive Überprüfung auf einem speziellen Prüfstand erforderlich und gege
benenfalls muß der Dämpfer vor der Überprüfung sogar ausgebaut werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Dämpferschadenserkennung bereitzustellen, die eine Analyse des Dämpferzustan
des im Fahrbetrieb ermöglichen. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß
Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 19 gelöst.
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, zum Erkennen
von Dämpferschäden das Signal eines Antiblockiersystem-(ABS)-Raddrehzahlsen
sors zu verwenden. Erfindungsgemäß wird durch Auswertung des ABS-Raddreh
zahlsignals im Frequenzbereich auf den Dämpferzustand rückgeschlossen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird zum Erkennen von Dämpferschäden die
Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge (hochpaßgefiltertes ABS-Signal)
verwendet.
Alternativ wird aus dem von dem ABS-Raddrehzahlsensor gelieferten Dreh
zahlsignal gemäß folgender Gleichung die Radiusänderung Δr des Reifens
berechnet:
mit:
v: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [m/s], falls Schlupf ≈ 0; (vorzugsweise gemittelt aus 4 Raddrehgeschwindigkeitssignalen)
n: Drehgeschwindigkeit Felge [rad/s] (ABS-Signal, Eingangsgröße)
r0: statischer Reifenhalbmesser [m]
v: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [m/s], falls Schlupf ≈ 0; (vorzugsweise gemittelt aus 4 Raddrehgeschwindigkeitssignalen)
n: Drehgeschwindigkeit Felge [rad/s] (ABS-Signal, Eingangsgröße)
r0: statischer Reifenhalbmesser [m]
Aus diesem Zeitsignal für die Radiusänderung Δr des Reifens bzw. die
Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge wird dessen Auto
leistungsdichtespektrum ΦΔ r bzw. ΦΔ n berechnet. Die Berechnung des
Autoleistungsdichtespektrums aus dem Zeitsignal der Radiusänderung des Reifens
hat den Vorteil, daß für die Berechnung eine von der Fahrgeschwindigkeit
unabhängige Größe verwendet wird.
Der Zusammenhang zwischen der auf das Rad und damit den Dämpfer wirkenden
Fahrbahnunebenheit h und der Drehgeschwindigkeitsänderung der Felge bzw. der
Radiusänderung des Reifens läßt sich systemtheoretisch mittels einer
Frequenzgangfunktion GΔ n bzw. GΔ r darstellen. In diese Frequenzgangfunktion GΔ n
bzw. GΔ r fließt auch der Zustand des Dämpfers ein.
Für die Anregungsfunktion h (d. h. die Straßenunebenheit) ist das
Autoleistungsdichtespektrum durch folgende Gleichung gegeben:
Φh(ω) = Φh(Ω0).Vw-1.Ω0 w.ω-w (2)
mit:
Φh(Ω0): Unebenheitsmaß (hängt von der Fahrbahnbauart ab, z. B. Zementboden, Asphalt, Kopfsteinpflaster etc.) [m3]
v: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [m/s]
w: Welligkeit [-], (≈2)
Ω0 w: Bezugswellenlänge [m-w]
ω: Zeitkreisfrequenz [rad/s]
(Diesbezüglich wird verwiesen auf Mitschke, M.: Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band B: Schwingungen, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 1984).
Φh(Ω0): Unebenheitsmaß (hängt von der Fahrbahnbauart ab, z. B. Zementboden, Asphalt, Kopfsteinpflaster etc.) [m3]
v: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [m/s]
w: Welligkeit [-], (≈2)
Ω0 w: Bezugswellenlänge [m-w]
ω: Zeitkreisfrequenz [rad/s]
(Diesbezüglich wird verwiesen auf Mitschke, M.: Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band B: Schwingungen, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 1984).
Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß es im
Autoleistungsdichtespektrum der mittels des ABS-Raddrehzahlsensors ermittelten
Drehgeschwindigkeit der Felge bzw. die berechnete Radiusänderung des Reifens
Bereiche gibt, die vom Dämpfungsparameter d abhängen und Bereiche, die vom
Dämpfungsparameter d im wesentlichen unabhängig sind. Der
Dämpfungsparameter d charakterisiert die erzeugt Dämpfkraft in Bezug auf die
Relativgeschwindigkeit des Dämpfers. Letztere stellen im
Autoleistungsdichtespektrum erfindungsgemäß einen Referenzfrequenzbereich dar,
der vorzugsweise Frequenzen ω2,i im Intervall 19 bis 22 Hz oder von etwa 30 bis 33
Hz aufweist. Die von den Dämpfungsparametern abhängigen Bereiche stellen
erfindungsgemäß im Autoleistungsdichtespektrum einen Auswertefrequenzbereich
dar, der vorzugsweise Frequenzen ω1,i im Intervall von etwa 12 bis 15 Hz aufweist.
Für das Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung des Reifens ΦΔ r(ω1,i,d)
bzw. der Drehgeschwindigkeitsänderung der Felge ΦΔ n(ω1,i,d) im
Auswertefrequenzbereich bzw. im Auswerteintervall gilt somit erfindungsgemäß:
ΦΔ r(ω1,i,d) = |GΔ r(ω1,i,d)|2.Φh(ω1,i) (3a) bzw.
ΦΔ n(ω1,i,d) = |GΔ n(ω1,i,d)|2.Φh(ω1,i) (3b).
Für das Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung des Reifens bzw. der
Drehgeschwindigkeitsänderung der Felge im Referenzfrequenzbereich bzw. im
Referenzintervall gilt erfindungsgemäß:
ΦΔ r(ω2,i) = |GΔ r(ω2,i)|2.Φh(ω2,i) (4a) bzw.
ΦΔ n(ω2,i) = |GΔ n(ω2,i)|2.Φh(ω2,i) (4b).
Durch Bildung eines Quotienten aus den Beziehungen (3a) und (4a) bzw. (3b) und
(4b) ergeben sich folgende Beziehungen:
mit w vorzugsweise etwa 2.
Dieser Quotient DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n entspricht erfindungsgemäß einem
Dämpferschadenskennwert. Dieser Dämpferschadenskennwert verändert sich,
wenn sich der Dämpfungsparameter d ändert, d. h. der Stoßdämpfer schlechter
wird, da dies die Frequenzgangfunktion GΔ n bzw. GΔ r verändert bzw. beeinflußt.
Dies erlaubt einen Rückschluß auf den (Stoß-)Dämpferzustand. Vorzugsweise wird
das dem Dämpferschadenskennwert DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n entsprechende Signal
tiefpaßgefiltert, um eine Glättung zu erhalten.
Das Drehgeschwindigkeitssignal der Felge bzw. die berechnete Radiusänderung
des Reifens enthält zum einen das interessierende Nutzsignal (mit den erkennbaren
Resonanzfrequenzen von Aufbau und Felge bzw. Reifen sowie der
Resonanzfrequenz der Drehgeschwindigkeit von Felge und Gürtel) und zum
anderen ein für die Auswertung im Frequenzbereich störendes Signal in Form eines
Gleichanteils und einer Drift im Signal. Der Gleichanteil hängt von der momentanen
Fahrgeschwindigkeit ab. Die Drift wird durch eine Beschleunigung oder
Verzögerung des Fahrzeugs hervorgerufen. Diese Störeffekte können vorzugsweise
durch eine Hochpaßfilterung des Drehgeschwindigkeitssignals insbesondere des
ABS-Raddrehzahlsignals, vorzugsweise mit einer Eckfrequenz von 1 Hz eliminiert
werden.
In der beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Berechnung des
Dämpferschadenskennwertes DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n von dem Parameter w
(Welligkeit) abhängig. Dieser Wert wird vorzugsweise gleich 2 gesetzt. In der
folgenden zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Berechnung des
Dämpferschadenskennwertes vorgeschlagen, die von der Welligkeit, d. h. von der
Fahrbahnoberfläche unabhängig ist.
Grundgedanke hierbei ist die Einführung eines zweiten Referenzintervalles mit den
Frequenzwerten ω3,i vorzugsweise im Bereich 30 bis 33 Hz, wobei das erste
Referenzintervall ω2,i hierbei vorzugsweise im Bereich 19 bis 22 Hz liegt.
Für das Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung des Reifens bzw. der
Drehgeschwindigkeitsänderung der Felge in einem Referenzfrequenzbereich 2 bzw.
im Referenzintervall 2 gilt:
ΦΔ r(ω3,i) = |GΔ r(ω3,i)|2.Φh(ω3,i) (6a) bzw.
ΦΔ n(ω3,i) = |GΔ n(ω3,i)|2.Φh(ω3,i) (6b).
Ausgehend von den obigen Gleichungen (2), (3) und (4) lässt sich nun ein neuer
Schadenskennwert DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n definieren.
Hierbei sind:
Gx(ω1,i,d): Frequenzgangfunktion, Auswerteintervall, Mittenfrequenz ω1, Teilfrequenzen ω1,i liegen innerhalb Auswerteintervall
Gx(ω2,i): Frequenzgangfunktion, Referenzintervall 1, Mittenfrequenz ω2 Teilfrequenzen ω2,i liegen innerhalb Referenzintervall 1
Gx(ω3,i): Frequenzgangfunktion, Referenzintervall 2, Mittenfrequenz ω3 Teilfrequenzen ω3,i liegen innerhalb Referenzintervall 2
Φx(ω1,i,d): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Auswerteintervall, Mittenfrequenz ω1
Φx(ω2,i): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Referenzintervall 1, Mittenfrequenz ω2
Φx(ω3,i): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Referenzintervall 2, Mittenfrequenz ω3
ω1,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Auswerteintervall
ω2,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Referenzintervall 1
w3,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Referenzintervall 2
w: Welligkeit Fahrbahn
Gx(ω1,i,d): Frequenzgangfunktion, Auswerteintervall, Mittenfrequenz ω1, Teilfrequenzen ω1,i liegen innerhalb Auswerteintervall
Gx(ω2,i): Frequenzgangfunktion, Referenzintervall 1, Mittenfrequenz ω2 Teilfrequenzen ω2,i liegen innerhalb Referenzintervall 1
Gx(ω3,i): Frequenzgangfunktion, Referenzintervall 2, Mittenfrequenz ω3 Teilfrequenzen ω3,i liegen innerhalb Referenzintervall 2
Φx(ω1,i,d): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Auswerteintervall, Mittenfrequenz ω1
Φx(ω2,i): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Referenzintervall 1, Mittenfrequenz ω2
Φx(ω3,i): Autoleistungsdichtespektrum Radiusänderung bzw. Drehzahl, Referenzintervall 2, Mittenfrequenz ω3
ω1,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Auswerteintervall
ω2,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Referenzintervall 1
w3,i: Kreisfrequenz (2.π.f) Referenzintervall 2
w: Welligkeit Fahrbahn
Wählt man nun die Breiten der drei Intervalle klein, und die Mittenfrequenzen ω1,
ω2, und ω3 so, dass gilt,
so erhält man einen Schadenskennwert DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n, der unabhängig
von der Welligkeit w ist.
Man erhält für diesen Schadenskennwert:
Aus den Gleichungen (5a), (5b), (8a), (8b) ist ersichtlich, dass eine Überprüfung
erfolgen muß, ob der jeweilige Ausdruck im Nenner eine festzulegende Schwelle
überschreitet, damit keine Division durch Null bzw. eine Zahl nahe Null auftritt.
Unterschreitet der Nennerausdruck diese Schwelle, so wird die Berechnung nicht
durchgeführt.
Fig. 11 zeigt die Nomenklatur für die Frequenzwerte ωx,i, wobei x = 1, 2 oder 3 ist,
in dem Auswerte- bzw. Referenzbereich auf der Frequenzachse.
Ausgehend von Gleichung (5a) bzw. Gleichung (5b) ist ersichtlich, dass für den
Dämpferschadenkennwert DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n ein Quotient aus zwei
Autoleistungsdichte-Werten berechnet wird. Da die Autoleistungsdichte ein Maß für
den Energieinhalt eines Signals für ein bestimmtes Frequenzintervall ist, kann
erfindungsgemäß mit Hilfe einer geeigneten Schaltung von Filtern ein dem DSKWΔ r,
DSKWΔ n bzw. DSKW'Δ r, DSKW'n ähnlicher Schadenskennwert DSKWΔ r,F, DSKWΔ n,F
bzw. DSKW'Δ r,F, DSKW'Δ n,F definiert werden.
Der Schadenskennwert DSKWΔ r,F bzw. DSKWΔ n,F geht von Gleichung (5a) bzw.
Gleichung (5b) aus.
Die Definition für das Autoleistungsdichtespektrum ist in Gleichung (A) gegeben.
Hieraus ist ersichtlich, dass das Autoleistungsdichtespektrum einer Größe x gleich
dem quadrierten Amplitudenspektrum X(jω), geteilt durch die zweifache
Beobachtungszeit T ist.
Die Amplitude eines Signals in einem bestimmten Frequenzbereich lässt sich durch
eine Filterung mit einem eng begrenzten Bandpass und einer anschließenden
Betragsbildung der ermittelten Maxima und Minima ermitteln. Die Amplitude des
Zeitsignals entspricht näherungsweise dem Wert im Amplitudenspektrum für den
entsprechenden Frequenzbereich. Da das Autoleistungsdichtespektrum für eine
Zeitspanne T ermittelt wird, erfolgt mit einem ersten Tiefpaß eine Filterung
(Mittelung über Zeitspanne). Dieser schließt sich eine Quotientenbildung an, um
nach einer weiteren Filterung mit einem zweiten Tiefpaß (um einen langfristigen
Trend zu ermitteln) den DSKWΔ r,F bzw. DSKWΔ n,F zu erhalten (vgl. Fig. 6).
Da der DSKW ein relativer Schadenskennwert ist, kann in der Berechnung auf die
Quadrierung des angenäherten Amplitudenspektrums X(jω) und die
Grenzwertbildung T → ∞ verzichtet werden. Darüber hinaus kann, falls eine
konstante Welligkeit w (vorzugsweise = 2) angenommen wird, der rechte
Klammerausdruck in Gleichung (5) weggelassen werden (dieser bewirkt lediglich
eine Skalierung von DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n). Die beschriebene Struktur für einen
Dämpferschadenskennwert DSKWΔ r,F bzw. DSKWΔ n,F ist in Fig. 6 dargestellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 das Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung für einen
Vorderreifen, links;
Fig. 2 das Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung eines Hinterreifens,
links;
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Dämpferschadenskennwertes für einen
Vorderreifen, links, für verschiedene Dämpferstufen;
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Dämpferschadenskennwertes für einen
Hinterreifen, links, für verschiedene Dämpferstufen;
Fig. 5 die Lage des Auswerteintervalls, des ersten Referenzintervalls und des
zweiten Referenzintervalls im Autoleistungsdichtespektrum der
Radiusänderung für einen Hinterreifen, links;
Fig. 6 Struktur zur Berechnung des DSKWΔ n,F bzw. DSKWΔ r,F;
Fig. 7 DSKWΔ n,F-Verlauf der Räder vorne links und hinten links für die Dämpfer-
Stellungen "Sport" und "Komfort", Autobahn;
Fig. 8 Struktur zur Berechnung des DSKW'Δ r,F bzw. DSKW'Δ n,F;
Fig. 9 die Auswertelogik für die Auswertung der Dämpferschadenskennwerte
DSKWx x,x;
Fig. 10 die Schwellwertabfrage zur Schadensdetektion, und
Fig. 11 die Nomenklatur für die Frequenzwerte ωx,i.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Autoleistungsdichtespektren bzw.
Dämpferschadenskennwerte stellen Ergebnisse von Testfahrten auf dem BMW
Testgelände mit einem BMW 740iA mit verschieden hohen Dämpfkräften
(Parameter d in den vorhergehenden Gleichungen) dar. Hierbei wurden die
Einstellungen "Sport" (hohe Dämpfung) und "Komfort" (niedrige Dämpfung)
verwendet.
Als Eingangsdaten für die erfindungsgemäße Dämpferschadenserkennung wurden
die Kehrwerte der Drehgeschwindigkeiten der Felgen aus dem ABS-Sensorsignal
aufgezeichnet. Daraus wurde gemäß Gleichung (1) der zeitliche Verlauf der
Radiusänderung Δr ermittelt.
Als Auswerteintervall für die Ermittlung des Terms ΦΔ r(ω1,i,d) in Gleichung (5a)
wurde im Autoleistungsdichtespektrum der Bereich [12; 15] Hz, als Referenzintervall
für die Ermittlung des Terms ΦΔ r(ω2,i) der Bereich [30; 33] Hz festgelegt. Die für
diese Frequenzen ermittelten Quotienten wurden gemäß Gleichung (5a) aufaddiert
und tiefpaßgefiltert ausgegeben.
Die Autoleistungsdichtespektren der Radiusänderung ΦΔ r des linken Vorderrades
und des linken Hinterrades der für die Dämpferschadenskennwert-Berechnung
verwendeten Daten sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Im Bereich des
Auswerteintervalls [12; 15] Hz ist deutlich der Einfluß des Dämpferzustandes (hier
"Komfort" oder "Sport") auf den Verlauf des Autoleistungsdichtespektrums zu
erkennen, im Bereich des Referenzintervalls [30; 33] Hz ist eine solche
Abhängigkeit nicht zu erkennen. Dies bedeutet, daß das
Autoleistungsdichtespektrum der Radiusänderung zur Beurteilung des
Dämpferzustandes geeignet ist.
Basierend auf den gezeigten Autoleistungsdichtespektren für die Radiusänderung
ergeben sich die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Verläufe des
Dämpferschadenskennwertes für das linke Vorderrad bzw. das linke Hinterrad
abhängig von der Dämpferstufe (d. h. simulierter Dämpferzustand) "Sport" bzw.
"Komfort". Die zeitlichen Verläufe der Dämpferschadenskennwerte entsprechen
einer konstanten Geschwindigkeit von 80 km/h und einem gleichen Streckenprofil.
Ein Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, daß an der Hinterachse der Unterschied im
Dämpferschadenskennwert in Abhängigkeit von der gewählten Dämpferstufe noch
ausgeprägter ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind verschiedene Vorteile verbunden. Zur Dämpferschadenserkennung ist erfin
dungsgemäß keine zusätzliche Sensorik notwendig, so daß eine kostengünstige
Lösung durch Integration in ein vorhandenes Steuergerät bereitgestellt wird. Erfin
dungsgemäß ist die Analyse des Dämpferzustandes im Fahrbetrieb möglich. Ferner
kann eine bedarfsgerechte Wartung der Stoßdämpfer verwirklicht werden. Bei
spielsweise können die Dämpferzustandsdaten der jeweiligen
Überwachungsorganisation (z. B. TÜV) bei einer Hauptuntersuchung zur Verfügung
gestellt werden, so daß dem Fahrzeughalter keine zusätzlichen Kosten für eine evtl.
in Zukunft geplante Stoßdämpferüberprüfung entstehen.
Unter Verwendung der in Fig. 6 dargestellten Struktur wurden auf dem BMW
Messegelände mit einem BMW 740iA Messungen durchgeführt. Unterschiedliche
Dämpferkräfte wurden durch Wahl der Dämpferstellung ("Sport" entspricht hoher
Dämpfung und "Komfort" entspricht niedriger Dämpfung) eingestellt.
Die zugehörigen DSKWΔ n,F-Verläufe sind in Fig. 7 dargestellt. Das obere
Diagramm zeigt den DSKWΔ n,F-Verlauf für das linke Vorderrad, während das untere
Diagramm von Fig. 7 den Verlauf für das linke Hinterrad zeigt, jeweils wieder für die
Dämpferstellungen "Sport" und "Komfort". In Teilbereichen ist der Algorithmus
ausgeblendet, wie oben beschrieben. Die Darstellung zeigt, daß der DSKWΔ n,F bzw.
DSKWΔ r,F geeignet ist, einen Rückschluß auf den Dämpferzustand zu ziehen.
Der genannte Schadenskennwert DSKW'Δ r,F bzw. DSKW'Δ n,F beruht auf Gleichung
(8a) bzw. Gleichung (8b). Fig. 8 zeigt hierzu eine vereinfachte Struktur wie diese
Schadenskennwerte erfindungsgemäß ermittelt werden. Das Signal der
Drehgeschwindigkeitsänderung bzw. der Radiusänderung wird zunächst mit einem
entsprechenden Bandpaß für das Auswerteintervall bzw. das erste und das zweite
Referenzintervall gefiltert. Anschließend erfolgt eine Betragsbildung der ermittelten
Maxima und Minima. Daraufhin erfolgt mit einem ersten Tiefpaß eine Filterung. An
diese Filterung schließt sich eine Quotientenbildung gemäß Gleichungen 8a und 8b
an. Abschließend erfolgt eine weitere Filterung mit einem zweiten Tiefpaß.
Auch mit diesem Algorithmus wurden Messungen mit einem BMW 740iA auf dem
BMW Meßgelände durchgeführt. Unterschiedliche Dämpferkräfte wurden analog
zum oben erläuterten Vorgehen durch die zwei Dämpferstufen "Sport" (hohe
Dämpfkräfte) und "Komfort" (niedrige Dämpfkräfte) eingestellt. Die Verläufe sind
qualitativ die gleichen wie in Fig. 7 dargestellt.
Eine weitere zusätzliche Verarbeitung des DSKWx x,x ist in Fig. 9 dargestellt. Der
DSKWx x,x kann hierbei beispielsweise über einen funktionalen bzw. analytischen
Zusammenhang oder aber einen experimentell ermittelten Zusammenhang (z. B.
Kennfeld) hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit korrigiert werden. Neben der
Fahrgeschwindigkeit sind hier auch Korrekturen mit Hilfe des
Drosselklappenwinkels, des Moments, der Gangstufe, der Motordrehzahl und des
Betriebszustandes der Wandlerkupplung (bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe)
bzw. des Kupplungsschalters (bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe) vorteilhaft. Durch
Wahl der Eckfrequenz des Filters "Tiefpaß 3" kann eine langfristige Mittelung des
Dämpferschadenskennwertes DSKWx x,x erreicht werden (über die Lebensdauer
des Dämpfers).
Durch Schwellwertabfrage kann dann ein Dämpferschaden detektiert werden.
Sobald der unkorrigierte oder korrigierte DSKWx x,x im Schadensbereich (grau
hinterlegt, siehe Fig. 10) liegt, wird auf einen defekten Dämpfer geschlossen und
diese Information weiterverarbeitet. Zum einen kann sofort die Information über
einen Dämpferdefekt an die Werkstatt weitergegeben werden (Fehlerspeicher mit
Auslesen in der Werkstatt oder aktive Werkstattbenachrichtigung), zum anderen
dem Kunden in Form eines Anzeigekonzepts zugänglich gemacht werden.
Claims (29)
1. Verfahren zum Erkennen von Dämpferschäden, gekennzeichnet durch den
Schritt:
Ermitteln von Eigenschaften eines Dämpfers durch Auswerten eines Signals eines Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
Ermitteln von Eigenschaften eines Dämpfers durch Auswerten eines Signals eines Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ermittlungsschritt den Schritt aufweist:
Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Radiusänderung Δr des Reifens oder
Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge anhand des Signals des Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Radiusänderung Δr des Reifens oder
Ermitteln des zeitlichen Verlaufs der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge anhand des Signals des Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt:
Berechnen des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r für das Zeitsignal der Radiusänderung Δr des Reifens oder Berechnen des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ n für das Zeitsignal der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge.
Berechnen des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r für das Zeitsignal der Radiusänderung Δr des Reifens oder Berechnen des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ n für das Zeitsignal der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge.
4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt:
Berechnen eines Quotienten DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n aus dem Autoleistungsdichtespektrum ΦΔ r oder ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich und dem Autoleistungsdichtespektrum ΦΔ r oder ΦΔ n für einen zweiten Frequenzbereich, wobei der berechnete Quotient einem Dämpferschadenskennwert entspricht.
Berechnen eines Quotienten DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n aus dem Autoleistungsdichtespektrum ΦΔ r oder ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich und dem Autoleistungsdichtespektrum ΦΔ r oder ΦΔ n für einen zweiten Frequenzbereich, wobei der berechnete Quotient einem Dämpferschadenskennwert entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Quotient DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n gemäß
einer der beiden Gleichungen berechnet wird:
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
w: Welligkeit, vorzugsweise etwa 2; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
w: Welligkeit, vorzugsweise etwa 2; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Frequenzbereich einem
Auswerteintervall entspricht und der zweite Frequenzbereich einem Referenzin
tervall entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei der zweite Frequenzbereich höhere
Frequenzen als der erste Frequenzbereich aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der erste Frequenzbereich
Frequenzen ω1,i von etwa 12 bis 15 Hz und/oder der zweite Frequenzbereich
Frequenzen ω2,i von etwa 19 bis 22 Hz oder etwa 30 bis 33 Hz aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit dem Schritt:
Hochpaßfiltern des Signals des Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
Hochpaßfiltern des Signals des Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
10. Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt:
Berechnen eines Quotienten DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n aus dem Quotienten des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich und des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für einen zweiten Fre quenzbereich und dem Quotienten des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder FΔ n für den zweiten Frequenzbereich und des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für den dritten Frequenzbereich, wobei der berechnete Quotient DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n einem Dämpferschadenskennwert entspricht.
Berechnen eines Quotienten DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n aus dem Quotienten des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich und des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für einen zweiten Fre quenzbereich und dem Quotienten des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder FΔ n für den zweiten Frequenzbereich und des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r oder ΦΔ n für den dritten Frequenzbereich, wobei der berechnete Quotient DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n einem Dämpferschadenskennwert entspricht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Quotient DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n
gemäß einer der beiden Gleichungen berechnet wird:
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
ω3,i: diskrete Frequenzwerte des dritten Frequenzbereichs; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
ω3,i: diskrete Frequenzwerte des dritten Frequenzbereichs; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste Frequenzbereich einem
Auswerteintervall, der zweite Frequenzbereich einem ersten Referenzintervall
und der dritte Frequenzbereich einem zweiten Referenzintervall entspricht.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei der zweite Frequenzbereich
höhere Frequenzen als der erste Frequenzbereich und der dritte
Frequenzbereich höhere Frequenzen als der zweite Frequenzbereich
aufweisen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der erste
Frequenzbereich Frequenzen ω1,i von etwa 12 bis 15 Hz und/oder der zweite
Frequenzbereich Frequenzen ω2,i von etwa 19 bis 22 Hz und/oder der dritte
Frequenzbereich Frequenzen ω3,i von etwa 30 bis 33 Hz aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14, ferner mit dem Schritt:
Korrigieren des Dämpferschadenskennwertes anhand von mindestens einem Fahrzustandssignal.
Korrigieren des Dämpferschadenskennwertes anhand von mindestens einem Fahrzustandssignal.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Fahrzustandssignal ausgewählt ist aus
der Gruppe Fahrgeschwindigkeit, Drosselklappenwinkel, Drehmoment,
Motordrehzahl, Gangstufe, Betriebszustand der Wandlerkupplung oder Stellung
des Kupplungsschalters.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 16, ferner mit dem Schritt:
Vergleichen des Dämpferschadenskennwertes mit einem Schwellwert.
Vergleichen des Dämpferschadenskennwertes mit einem Schwellwert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Dämpferschaden vorliegt, wenn der
Dämpferschadenskennwert den Schwellwert überschreitet.
19. Vorrichtung zum Erkennen von Dämpferschäden, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Ermitteln von Eigenschaften eines Dämpfers durch Auswerten eines Signals eines Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
eine Einrichtung zum Ermitteln von Eigenschaften eines Dämpfers durch Auswerten eines Signals eines Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, mit einer Einrichtung zum Ermitteln des
zeitlichen Verlaufs der Radiusänderung Δr des Reifens oder Ermitteln des
zeitlichen Verlaufs der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge anhand des
Signals des Antiblockiersystem-Raddrehzahlsensors.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, ferner mit einer Einrichtung zum Berechnen des
Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r für das Zeitsignal der Radiusänderung Δr des
Reifens oder Berechnen des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ n für das
Zeitsignal der Drehgeschwindigkeitsänderung Δn der Felge.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, ferner mit einer Einrichtung zum Berechnen ei
nes Quotienten DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n aus dem Autoleistungsdichtespektrum
ΦΔ r oder ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich und dem
Autoleistungsdichtespektrum ΦΔ r oder ΦΔ n für einen zweiten Frequenzbereich,
wobei der berechnete Quotient einem Dämpferschadenskennwert entspricht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Quotient DSKWΔ r bzw. DSKWΔ n
gemäß einer der beiden Gleichungen berechnet wird:
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
w: Welligkeit, vorzugsweise etwa 2; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
w: Welligkeit, vorzugsweise etwa 2; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, ferner mit einer Einrichtung zum Berechnen
eines Quotienten DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n aus dem Quotienten des
Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r bzw. ΦΔ n für einen ersten Frequenzbereich
und des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r bzw. ΦΔ n für einen zweiten
Frequenzbereich und dem Quotienten des Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r
bzw. ΦΔ n für den zweiten Frequenzbereich und des
Autoleistungsdichtespektrums ΦΔ r bzw. ΦΔ n für einen dritten Frequenzbereich,
wobei der berechnete Quotient DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n einem
Dämpferschadenskennwert entspricht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Quotient DSKW'Δ r bzw. DSKW'Δ n
gemäß einer der beiden Gleichungen berechnet wird:
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
ω3,i: diskrete Frequenzwerte des dritten Frequenzbereichs; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
mit
ω1,i: diskrete Frequenzwerte des ersten Frequenzbereichs;
ω2,i: diskrete Frequenzwerte des zweiten Frequenzbereichs;
ω3,i: diskrete Frequenzwerte des dritten Frequenzbereichs; und
k: Anzahl der diskreten Frequenzpunkte.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, ferner mit einer
Korrektureinrichtung zum Korrigieren des Dämpferschadenskennwertes anhand
von mindestens einem Fahrzustandssignal.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Fahrzustandssignal ausgewählt ist
aus der Gruppe Fahrgeschwindigkeit, Drosselklappenwinkel, Drehmoment,
Motordrehzahl, Gangstufe, Betriebszustand der Wandlerkupplung oder Stellung
des Kupplungsschalters.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, ferner mit einer Einrichtung
zum Vergleichen des Dämpferschadenskennwertes mit einem Schwellwert.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei ein Dämpferschaden vorliegt, sobald der
Dämpferschadenskennwert den Schwellwert übersteigt.
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