DE102013225278A1

DE102013225278A1 - Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks, Fahrwerksüberwachungsvorrichtung und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102013225278A1
Application number: DE102013225278.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Seurer; Mathias Fernengel
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks, wobei ein Frequenzspektrum aus einem Sensorsignal berechnet wird und das Frequenzspektrum mit Datensätzen verglichen wird, wobei jeder Datensatz einem Fehlerzustand zugeordnet ist. Dies erlaubt eine Erkennung von Fehlerzuständen eines Fahrwerks in einem sehr frühen Stadium. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrwerksüberwachungsvorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks, eine Fahrwerksüberwachungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.
Fahrwerke von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, weisen typischerweise Bestandteile wie beispielsweise Räder, Lager, Bremsen, einen Lenkmechanismus, Stoßdämpfer und Federungskomponenten auf. Diese Komponenten sind während des Betriebs eines Fahrzeugs teilweise hohen Belastungen ausgesetzt. Deshalb kann es sein, dass eine solche Komponente einen Fehlerzustand, insbesondere eine Beschädigung oder einen Schaden, erfährt. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Bruch oder um eine Unwucht handeln.
Derartige Fehlerzustände beginnen häufig zunächst in einem frühen, nur leicht ausgeprägten Stadium, in welchem sie noch nicht zu spürbaren Beeinträchtigungen des Fahrverhaltens führen und vom Fahrer noch nicht wahrnehmbar sind. Erst bei fortgesetztem Betrieb des Fahrzeugs und Fortdauer der entsprechenden Belastung weitet sich der entsprechende Fehlerzustand immer weiter aus, beispielsweise wird eine Unwucht eines Rads größer oder ein Bruch oder Riss in einem Bauteil wird länger. Je weiter der Schaden fortschreitet, desto eher kommt es zu spür- und messbaren Beeinträchtigungen im Fahrverhalten des Fahrzeugs.
Häufig machen sich derartige Fehlerzustände unter anderem in Form von Vibrationen bemerkbar. Beispielsweise kann es zu einer Vibration an einem Lenkrad eines Fahrzeugs kommen oder es kann zu Vibrationen von Karosserieteilen kommen. Anhand solcher Vibrationen sind diverse Fehlerzustände dann häufig auch für einen Fahrer des Fahrzeugs zu erkennen. Der Fahrer kann dann beispielsweise eine Werkstatt aufsuchen, um den entsprechenden Fehlerzustand beheben zu lassen.
Problematisch an dieser Erkennung eines Fehlerzustands mittels Vibrationen durch den Fahrer eines Fahrzeugs ist jedoch, dass die Vibrationen meistens erst bei einem bereits weit fortgeschrittenen Fehlerzustand, also bereits bei einem verhältnismäßig großen Schaden, ausgeprägt genug sind, um von einem Fahrer überhaupt wahrgenommen und als solcher identifiziert zu werden. Der Fahrer sucht deshalb im Regelfall erst dann eine Werkstatt auf, wenn aufgrund dieses fortgeschrittenen Fehlerzustands bereits aufwändigere Reparaturen nötig sind.
Alternativ kann ein solcher Fehlerzustand auch von einem erfahrenen Mechaniker in einer Werkstatt erkannt werden. Dies setzt jedoch voraus, dass sich das Fahrzeug überhaupt zu einer Untersuchung in der Werkstatt befindet, was bei heutigen Fahrzeugen aufgrund sehr langer Wartungsintervalle nur noch selten der Fall ist.
Es besteht somit die Gefahr, dass ein Fehlerzustand entsteht und lange Zeit unentdeckt bleibt, so dass er weit fortschreiten kann und hohe Reparaturkosten verursacht, obwohl bei einem frühzeitigen Erkennen unter Umständen eine Reparatur mit geringen Kosten möglich gewesen wäre.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks vorzusehen, welches Fehlerzustände bereits in einem frühen Stadium erkennen kann. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Fahrwerksüberwachungsvorrichtung für ein Fahrwerk eines Fahrwerks vorzusehen, welche ebenfalls Fehlerzustände bereits frühzeitig erkennen kann. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Computerprogrammprodukt vorzusehen, welches ein Speichermedium mit darauf gespeichertem Programmcode aufweist, welcher bei Ausführung durch einen Prozessor dazu führt, dass der Prozessor ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks ausführt, welches einen Fehlerzustand frühzeitig erkennen kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Fahrwerksüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 13 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks, welches folgende Schritte aufweist:

– Aufnehmen eines Sensorsignals zumindest eines dem Fahrwerk zugeordneten Sensors,
– Berechnen eines Frequenzspektrums des Sensorsignals, wobei das Frequenzspektrum für eine Anzahl von Frequenzen jeweils eine zugehörige Amplitude aufweist,
– Vergleichen des Frequenzspektrums mit jeweiligen Datensätzen, wobei jeder Datensatz einem Fehlerzustand aus einer Anzahl von Fehlerzuständen zugeordnet ist und wobei jeder Datensatz für jede Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen jeweils einen zugehörigen Mindestamplitudenwert aufweist, und
– Feststellen eines Fehlerzustands, wenn bei jeder Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen die Amplitude des berechneten Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, einen Fehlerzustand in einem Fahrwerk erheblich früher zu erkennen als dies bei manueller Erkennung durch einen Fahrer oder Techniker der Fall ist. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis der Erfinder zunutze, dass jeder Fehlerzustand eine charakteristische Frequenz oder ein charakteristisches Frequenzspektrum hat, welche bzw. welches auftritt, wenn der entsprechende Fehlerzustand vorhanden ist, auch wenn sich dieser noch in einem besonders frühen Stadium befindet. Dies ermöglicht es, Fehlerzustände elektronisch durch Auswertung eines Sensorsignals zu erkennen, wobei die Sensitivität hier bei entsprechender Messgenauigkeit erheblich höher ist als bei einer manuellen Erkennung.
Bei dem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen Lenkwinkelsensor, um einen Lenkmomentsensor oder um einen Raddrehzahlsensor. Derartige Sensoren sind in vielen Fahrzeugen ohnehin bereits für andere Zwecke vorhanden. Beispielsweise sind ein Lenkwinkelsensor und ein Lenkmomentsensor typische Bestandteile einer elektromechanischen Servolenkung (EPS). Raddrehzahlsensoren werden häufig für Funktionen wie ein Antiblockiersystem (ABS) oder für eine Erkennung eines Druckverlusts in einem Reifen verwendet und sind deshalb häufig auch bereits in einem Fahrzeug vorhanden.
Das Frequenzspektrum wird bevorzugt mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) berechnet. Dies ermöglicht eine nach derzeitigem Stand bestmögliche Verwendung der verfügbaren Rechenkapazität, welche im Fahrzeug naturgemäß beschränkt ist und deshalb sinnvoll eingesetzt werden sollte.
Bei der Anzahl von Frequenzen des Frequenzspektrums handelt es sich typischerweise um Frequenzen, welche um einen vorbestimmten Wert, welcher typischerweise in Hertz (Hz) angegeben wird, voneinander entfernt sind und sich von einer niedrigsten Frequenz zu einer höchsten Frequenz erstrecken. Somit kann vorgegeben werden, mit welcher Auflösung und in welchem Bereich das Frequenzspektrum berechnet werden soll. Es sei verstanden, dass die Abstände zwischen den Frequenzen des Frequenzspektrums gleich sein können oder auch variieren können.
Beim Vergleichen des Frequenzspektrums mit jeweiligen Datensätzen wird typischerweise für jede Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen bestimmt, ob die jeweilige Amplitude des Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der jeweilige Mindestamplitudenwert. Nur sofern diese Bestimmung bei jeder Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen ein positives Ergebnis liefert, wird der entsprechende Fehlerzustand festgestellt. Das Vergleichen kann auch derart durchgeführt werden, dass bestimmt wird ob die jeweilige Amplitude des Frequenzspektrums größer ist als der jeweilige Mindestamplitudenwert. Dies sei als äquivalente Ausführung angesehen, da nur die Mindestamplitudenwerte geringfügig verändert werden müssen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.
Ein Datensatz enthält dabei typischerweise einen ausreichend hohen Mindestamplitudenwert bei einer Frequenz, bei welcher ein Fehlerzustand, welchem der Datensatz zugeordnet ist, typischerweise eine Vibration erzeugt, so dass zumindest bei dieser Frequenz die berechnete Amplitude des Frequenzspektrums zuverlässig nur dann gleich oder größer dem Mindestamplitudenwert ist, wenn der entsprechende Fehlerzustand auch tatsächlich auftritt. Beispielsweise können Mindestamplitudenwerte bei anderen, insbesondere weit von dieser für den Fehlerzustand charakteristischen Frequenz entfernten Frequenzen einen Mindestamplitudenwert von Null oder einen sehr geringen positiven Wert haben.
Die Mindestamplitudenwerte eines jeweiligen Datensatzes sind gemäß einer Ausführung fest vorgegeben. Sie können jedoch auch variabel sein, beispielsweise können Sie in Abhängigkeit eines Fahrzustands oder von anderen Parametern berechnet werden. Hierzu können beispielsweise geeignete Funktionen oder andere Rechenvorschriften vorgegeben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf:

– Aufnehmen eines weiteren Sensorsignals zumindest eines dem Fahrwerk zugeordneten weiteren Sensors, bevorzugt ein Lenkwinkelsensor, Lenkmomentsensor oder Raddrehzahlsensor,
– Berechnen eines weiteren Frequenzspektrums des weiteren Sensorsignals, wobei das weitere Frequenzspektrum für eine Anzahl von weiteren Frequenzen jeweils eine zugehörige weitere Amplitude aufweist,
– Vergleichen des weiteren Frequenzspektrums mit jeweiligen weiteren Datensätzen, wobei jeder weitere Datensatz einem Fehlerzustand aus der Anzahl von Fehlerzuständen zugeordnet ist und wobei jeder weitere Datensatz für jede weitere Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen jeweils einen zugehörigen weiteren Mindestamplitudenwert aufweist, und
– Feststellen eines Fehlerzustands, wenn bei jeder Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen die weitere Amplitude des berechneten weiteren Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der weitere Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem weiteren Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.

Es sei verstanden, dass die Auswertung des weiteren Sensorsignals des weiteren Sensors in gleicher Weise erfolgen kann wie bei dem Sensorsignal des Sensors, was bereits weiter oben beschrieben wurde. Durch die eben beschriebene bevorzugte Ausführung wird ein weiteres Sensorsignal zur Durchführung des Verfahrens hinzugenommen, wodurch die Zuverlässigkeit bei der Detektion bestimmter Fehlerzustände verbessert und/oder die Fähigkeit zur Detektion bestimmter Fehlerzustände ausgeweitet werden kann.
Beispielsweise können zur Durchführung des Verfahrens ein Lenkwinkelsensor und ein Lenkmomentsensor verwendet werden. Alternativ können zum Beispiel auch ein Lenkwinkelsensor und ein Raddrehzahlsensor oder ein Lenkmomentsensor und ein Raddrehzahlsensor verwendet werden. Auch die Kombination eines dieser Sensoren mit noch einem anderen, hier nicht genannten Sensor ist möglich. Ebenso ist auch eine Ausweitung auf beliebig viele Sensoren möglich, wobei diese in gleicher Art und Weise verwendet werden können, wie hier mit Bezug auf den Sensor und den weiteren Sensor beschrieben ist.
Das für das Sensorsignal, den Sensor, das Frequenzspektrum, die Anzahl von Frequenzen, die Amplituden, die Datensätze und die Mindestamplitudenwerte weiter oben Ausgeführte gilt ebenso für das weitere Sensorsignal, den weiteren Sensor, das weitere Frequenzspektrum, die Anzahl von weiteren Frequenzen, die weiteren Amplituden, die weiteren Datensätze und die weiteren Mindestamplitudenwerte. Auf eine Wiederholung sei deshalb hier verzichtet.
Es kann sein, dass ein bestimmter Fehlerzustand lediglich mittels des weiteren Sensorsignals detektierbar ist, jedoch nicht mittels des Sensorsignals. In diesem Fall führen die Verwendung des weiteren Sensors und die eben beschriebene Auswertung dazu, dass der entsprechende Fehlerzustand überhaupt detektierbar ist.
Soll die Wahrscheinlichkeit zur Detektion eines Fehlerzustands, welcher sowohl mittels des Sensorsignals wie auch mittels des weiteren Sensorsignals detektierbar ist, erhöht werden, so kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass der Fehlerzustand festgestellt wird, wenn entweder mittels des Sensorsignals oder mittels des weiteren Sensorsignals oder sowohl mittels des Sensorsignals wie auch mittels des weiteren Sensorsignals der entsprechende Fehlerzustand festgestellt wird. Es kann jedoch sein, dass sich hierdurch auch die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms erhöht.
Soll die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms verringert werden, so wird bevorzugt eine Menge von Fehlerzuständen vorgegeben, welche nur dann festgestellt werden, wenn sowohl

– bei jeder Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen die Amplitude des berechneten Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist, wie auch
– bei jeder Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen die weitere Amplitude des berechneten weiteren Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der weitere Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem weiteren Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.

Anders ausgedrückt wird in diesem Fall ein Fehlerzustand nur dann erkannt, wenn dieser sowohl mittels des Sensorsignals wie auch mittels des weiteren Sensorsignals festgestellt wird. Dies kann jedoch unter Umständen bedeuten, dass die Wahrscheinlichkeit eines unerkannten Fehlerzustands zunimmt.
Es sei verstanden, dass das Verfahren auch so durchgeführt werden kann, dass zum Feststellen einer ersten Menge von Fehlerzuständen die Erkennung mittels des Sensorsignals oder des weiteren Sensorsignals ausreicht, wohingegen bei einer zweiten Menge von Fehlerzuständen ein jeweiliger Fehlerzustand nur dann erkannt wird, wenn dieser sowohl mittels des Sensorsignals wie auch mittels des weiteren Sensorsignals festgestellt wird. Damit kann die Flexibilität des Verfahrens weiter erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf:

– Aufnehmen einer Anzahl von fahrzustandsabhängigen Signalen, und
– Ermitteln eines Fahrzustands in Abhängigkeit von den fahrzustandsabhängigen Signalen,

Damit kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass bestimmte Fehlerzustände typischerweise nur in bestimmten Fahrzuständen oder Fahrsituationen auftreten. Beispielsweise macht sich eine Unwucht im Rad typischerweise nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich bemerkbar. Eine beschädigte oder verzogene Bremsscheibe kann typischerweise nur im gebremsten Fahrzustand erkannt werden. Durch die Auswertung der fahrzustandsabhängigen Signale und der Ermittlung von Fahrzuständen kann somit die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms verringert werden. Anders ausgedrückt kann die Robustheit erhöht werden. Würde zum Beispiel ein Fehlerzustand festgestellt werden, welcher auf einen Bruch in einer Bremsscheibe hinweist, während die entsprechende Bremse gar nicht betätigt ist, so deutet dies darauf hin, dass die entsprechende Frequenz, anhand welcher der Fehlerzustand festgestellt wurde, eine andere Ursache hat. In diesem Fall kann beispielsweise auf eine Warnung oder auf das Absetzen eines entsprechenden Signals, wie weiter unten noch genauer beschrieben werden wird, verzichtet werden.
Es sei verstanden, dass das Verfahren auch derart durchgeführt werden kann, dass eine erste Menge von Fehlerzuständen ohne Berücksichtigung des Fahrzustands festgestellt wird, wohingegen eine zweite Menge von Fehlerzuständen nur dann festgestellt wird, wenn sich das Fahrzeug in einer Menge von für den jeweiligen Fehlerzustand vorgegebenen Fahrzuständen befindet. Dies kann beispielsweise auch derart realisiert werden, dass für diejenigen Fehlerzustände, welche unabhängig vom Fahrzustand festgestellt werden sollen, die Menge von vorgegebenen Fahrzuständen alle möglichen Fahrzustände umfasst.
Bei einem Fahrzustand kann es sich beispielsweise um eine Geschwindigkeit, eine Gierrate, eine Beschleunigung, das Wirken einer Bremse, einen Umgebungsparameter wie Regen oder Helligkeit, oder um einen internen Fahrzeugparameter wie beispielsweise einen Tankfüllstand oder eine Temperatur eines bestimmten Bauteils handeln. Diese können auch kombiniert werden, um mehrdimensionale Fahrzustände zu bilden.
Die fahrzustandsabhängigen Signale werden bevorzugt zumindest teilweise über ein fahrzeugseitiges Datenbus-System aufgenommen. Ein solches fahrzeugseitiges Datenbus-System ist in heutigen Fahrzeugen meistens ohnehin vorhanden, so dass eine Steuerungseinheit, welche beispielsweise das Verfahren durchführen kann, ohne weitere Probleme an dieses fahrzeugseitige Datenbus-System angeschlossen werden kann. Bei einem solchen Datenbus-System kann es sich beispielsweise um einen CAN-Bus, um ein FlexRay-Feldbussystem, um ein Ethernet-Netzwerk oder um ein anderes System handeln.
Nach dem Schritt des Feststellens eines Fehlerzustands wird ferner bevorzugt eine Intensität des Fehlerzustands anhand des Betrags zumindest einer Amplitude oder einer weiteren Amplitude bei einer für den Fehlerzustand vorgegebenen Frequenz oder weiteren Frequenz ermittelt. Bei einer solchen Frequenz oder weiteren Frequenz, welche für einen Fehlerzustand vorgegeben ist, handelt es sich typischerweise um diejenige Frequenz, welche bei Vorliegen des entsprechenden Fehlerzustands typischerweise auftritt und gemessen werden kann. Bei den meisten Fehlerzuständen ist es so, dass die Amplitude bei dieser Frequenz zunimmt, je weiter der Fehlerzustand fortgeschritten ist. Dies erlaubt einen Rückschluss auf die Intensität des Fehlerzustands durch eine Auswertung der entsprechenden Amplitude.
Bevorzugt ist einem Fehlerzustand oder mehreren Fehlerzuständen aus der Gruppe von Fehlerzuständen, welche aus

– Unwucht in einem Rad, insbesondere in einem Vorderrad,
– Schaden an einer Bremsanlage, insbesondere an einer vorderen Bremsanlage,
– Schaden an einer Hardware einer elektromechanischen Servolenkung, insbesondere an einem Motorlager oder an einem Spurstangenlager,
– Schaden an einem Fahrwerkslager, insbesondere an einer Vorderachse,
– Schaden an einem Bauteil des Fahrwerks,
– Schaden an einem Radlager,
– Schaden an einem Fahrwerkslager,
– Schaden an einem Lenkungsteil,
– Schaden an einer Radbremse,
– Schaden an einem Schwingungsdämpfer

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird beim Feststellen eines Fehlerzustands ein optisches oder akustisches Signal oder eine Textmeldung erzeugt. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch beim Feststellen eines Fehlerzustands ein Signal mit einem Hinweis auf den Fehlerzustand drahtlos übermittelt werden.
Durch das Erzeugen eines optischen oder akustischen Signals oder einer Textmeldung kann erreicht werden, dass ein Fahrer eines Fahrzeugs über den festgestellten Fehlerzustand informiert wird. Dieser kann dann beispielsweise ein Ersatzteil einbauen oder eine Werkstatt aufsuchen. Bei besonders kritischen Fehlerzuständen ist es auch möglich, dass er seine Fahrweise entsprechend anpasst, beispielsweise eine geringere Geschwindigkeit wählt oder sogar anhält und das Fahrzeug abschleppen lässt.
Durch das drahtlose Übermitteln eines Signals mit einem Hinweis auf den Fehlerzustand kann beispielsweise eine Werkstatt darüber informiert werden, dass bei einem bestimmten Fahrzeug ein bestimmter Fehlerzustand aufgetreten ist. Die Werkstatt kann sich dann beispielsweise mit dem Fahrer in Verbindung setzen und das weitere Vorgehen besprechen. Sie kann auch ein entsprechendes Ersatzteil gleich bestellen, noch bevor der Fahrer die Werkstatt aufsucht. Entsprechende Systeme zum drahtlosen Übertragen eines solchen Signals sind in zahlreichen Fahrzeugen heutiger Produktion bereits vorhanden und werden beispielsweise zum Empfangen von Verkehrsmeldungen oder zum Senden eines Notrufs genutzt. Ebenso ist auch die Anbindung an ein gewöhnliches Mobiltelefon möglich, sofern dieses zumindest eine Datenübertragungsart unterstützt.
Gemäß einer Weiterbildung wird ein Signal oder eine Textmeldung erst dann erzeugt und/oder wird ein Signal erst dann drahtlos übermittelt, wenn der Fehlerzustand über einen für den entsprechenden Fehlerzustand vorbestimmten Zeitraum auftritt und/oder wenn sich eine für den Fehlerzustand vorgegebene Amplitude oder weitere Amplitude mit zunehmender Zeit erhöht.
Damit kann das Risiko eines Fehlalarms weiter verringert werden. Durch das Erfordernis eines Auftretens über einen vorbestimmten Zeitraum kann beispielsweise für den Fall, dass eine bestimmte Frequenz lediglich zufällig auftritt und deshalb ein Fehlerzustand festgestellt wird, verhindert werden, dass deshalb eine Warnung erzeugt wird und entsprechende Aktionen eingeleitet werden. Erst wenn der für jeden Fehlerzustand vorbestimmte Zeitraum abgelaufen ist und der Fehlerzustand immer noch auftritt, wird die entsprechende Warnung erzeugt.
Durch das Überwachen einer für den Fehlerzustand vorgegebenen Amplitude kann das Risiko eines Fehlalarms noch weiter verringert werden. Typischerweise nimmt die Amplitude mit zunehmender Zeit zu, da der Fehlerzustand durch die fortdauernde Belastung, welche während des Fahrens auftritt, weiter fortschreitet und somit bei zumindest einer Frequenz eine immer stärkere Vibration erzeugt. Eine sich mit zunehmender Zeit erhöhende Amplitude ist somit ein noch zuverlässigerer Indikator dafür, dass der entsprechende Fehlerzustand auch tatsächlich aufgetreten ist.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens ist einem oder sind allen Fehlerzuständen jeweils eine Mehrzahl von Datensätzen und/oder von weiteren Datensätzen zugeordnet. Damit kann beispielsweise der Tatsache Rechnung getragen werden, dass ein bestimmter Fehlerzustand nicht zwingend eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz, sondern unter Umständen auch eine Schwingung mit einer davon verschiedenen Frequenz erzeugt. Durch das Vorsehen mehrerer Datensätze, welche dem jeweiligen Fehlerzustand zugeordnet sind, kann beispielsweise erreicht werden, dass der entsprechende Fehlerzustand bereits dann festgestellt wird, wenn eine Schwingung mit nur einer dieser Frequenzen vorhanden ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist bei jeweiligen Datensätzen oder weiteren Datensätzen, welche dem gleichen Fehlerzustand zugeordnet sind, jeweils eine charakteristische Frequenz vorhanden, bei welcher der zugehörige Mindestamplitudenwert oder weitere Mindestamplitudenwert einen Maximalwert innerhalb des Datensatzes annimmt, und wobei die charakteristischen Frequenzen von dem gleichen Fehlerzustand zugeordneten Datensätzen, also zumindest einiger oder aller der dem gleichen Fehlerzustand zugeordneten Datensätze, zueinander benachbart sind. Damit kann beispielsweise ein Bereich von Frequenzen vorgegeben werden, bei deren Detektion in entsprechender Stärke ein Fehlerzustand festgestellt werden soll. Erzeugt beispielsweise ein Fehlerzustand typischerweise eine Schwingung von 20 Hz, so kann eine Anzahl von elf Datensätzen vorgegeben werden, deren jeweils höchste Mindestamplitudenwerte bei den Frequenzen 19,5 Hz, 19,6 Hz, 19,7 Hz, 19,8 Hz, 19,9 Hz, 20 Hz, 20,1 Hz, 20,2 Hz, 20,3 Hz, 20,4 Hz und 20,5 Hz liegen. Dies gibt den Frequenzbereich vor, welcher dem jeweiligen Fehlerzustand zugerechnet werden kann. Erzeugt also der Fehlerzustand in einer bestimmten Ausprägung nicht exakt die typische Frequenz von 20 Hz, sondern beispielsweise eine Frequenz von 20,4 Hz, so wird er bei dieser Ausführung trotzdem festgestellt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fahrwerksüberwachungsvorrichtung für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, aufweisend

– zumindest einen dem Fahrwerk zugeordneten Sensor, bevorzugt einen Lenkwinkelsensor, Lenkmomentsensor oder Raddrehzahlsensor, und
– zumindest eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt und Speichermittel zum Speichern von Datensätzen aufweist.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich typischerweise um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Auto, ein Trike oder ein Motorrad. Es kann sich jedoch beispielsweise auch um ein durch menschliche Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug wie beispielsweise ein Fahrrad oder um ein von Tieren gezogenes Fahrzeug wie beispielsweise eine Pferdekutsche handeln.
Bei der elektronischen Steuerungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Prozessor, Mikrocontroller, Computer, eine elektronische Steuerungseinheit (ECU = Electronic Control Unit) oder um ein anderes, Rechenaufgaben ausführendes System handeln. Bei den Speichermitteln kann es sich beispielsweise um eine Festplatte, um einen Flash-Speicher, um ein Random Access Memory (RAM) oder um eine andere Vorrichtung zum Speichern von Daten, welche einmal oder mehrmals beschreibbar ist und auslesbar ist, handeln.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann auf alle mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
Die erfindungsgemäße Fahrwerksüberwachungsvorrichtung ermöglicht eine besonders frühzeitige Detektion von Fehlerzuständen. Zu den weiteren damit verbundenen Vorteilen sei auf die obige Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Die Speichermittel sind bevorzugt zum Speichern eines festgestellten Fehlerzustands und bevorzugt auch zum Speichern einer Amplitude eines Frequenzspektrums oder einer weiteren Amplitude eines weiteren Frequenzspektrums ausgebildet, wobei ferner die Fahrwerksüberwachungsvorrichtung Kommunikationsmittel zum Auslesen des gespeicherten Fehlerzustands und bevorzugt auch der Amplitude oder der weiteren Amplitude aufweist.
Damit ist es möglich, Informationen über den Fehlerzustand und bei Speicherung einer Amplitude oder weiteren Amplitude auch über die Intensität des jeweiligen Fehlerzustands zu speichern und beispielsweise einer Werkstatt zugänglich zu machen. Dies ermöglicht beispielsweise einem Techniker in der Werkstatt, einen während der Fahrt festgestellten Fehlerzustand nachzuvollziehen und basierend darauf den Fehlerzustand an der richtigen Stelle zu suchen und/oder geeignete Reparaturmaßnahmen einzuleiten.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt, welches ein Speichermedium mit darauf gespeichertem Programmcode aufweist, wobei der Programmcode bei Ausführung durch einen Prozessor dazu führt, dass der Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
Ein solches Computerprogrammprodukt ermöglicht die Ausführung des Verfahrens mittels eines geeigneten Prozessors. Bei dem Verfahren kann auf alle mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
Ferner betrifft die Erfindung ein Lenksystem mit einem Steuergerät zum Ausführen der vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Fahrwerks mit einer erfindungsgemäßen Fahrwerksüberwachungsvorrichtung, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
1 zeigt schematisch ein Fahrwerk 10 eines Kraftfahrzeugs. Das Fahrwerk 10 weist zwei Vorderräder 11, 12 sowie zwei Hinterräder 13, 14 auf. Die beiden Vorderräder 11, 12 sind mittels einer Vorderachse 15 verbunden. Die beiden Hinterräder 13, 14 sind mittels einer Hinterachse 16 verbunden. Zwischen den beiden Achsen 15, 16 befindet sich eine Tragstruktur 17, welche hier lediglich schematisch in Form einer Verbindung zwischen den beiden Achsen 15, 16 dargestellt ist. Die Tragstruktur 17 hält die Vorderachse 15 und die Hinterachse 16 in einer definierten Positionsbeziehung zueinander.
An der Vorderachse 15 ist eine Lenkstange 18 mit einem Lenkrad 19 angebracht. Damit ist es möglich, einen Lenkwinkel der beiden Vorderräder 11, 12 einzustellen und damit das Kraftfahrzeug zu lenken.
An der Lenkstange 18 sind ein Lenkwinkelsensor 20 und ein Lenkmomentsensor 21 angeordnet. Der Lenkwinkelsensor 20 misst einen jeweiligen Lenkeinschlag des Lenkrads 19, mit welchem ein Fahrer das Fahrzeug in eine bestimmte Richtung lenkt. Der Lenkmomentsensor 21 misst ein hierzu aufgewendetes Lenkmoment, d.h. ein auf das Lenkrad 19 ausgeübtes Drehmoment.
Das Fahrwerk 10 weist ferner einen Raddrehzahlsensor 22 auf. Dieser ist vorliegend an dem rechten Vorderrad 12 angeordnet. Er misst somit die aktuelle Drehzahl des rechten Vorderrads 12.
Mit den Sensoren 20, 21, 22 ist eine elektronische Steuerungsvorrichtung 30 verbunden, welche diverse Aufgaben zur Steuerung des Fahrzeugs und insbesondere des Fahrwerks 10 wahrnimmt. Die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 weist Kommunikationsmittel in Form einer Input-/Output (I/O)-Schnittstelle 31 zum Empfangen und Ausgeben von Daten oder Steuerungsbefehlen auf. Die I/O-Schnittstelle 31 dient unter anderem dazu, Sensorsignale der Sensoren 20, 21, 22 zu empfangen und in ein innerhalb der elektronischen Steuerungsvorrichtung 30 auswertbares Format umzusetzen. Die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 weist ferner einen Prozessor 32 sowie Speichermittel 33 auf. Der Prozessor 32 führt Instruktionen aus, welche in den Speichermitteln 33 gespeichert sind. Des Weiteren kann der Prozessor 32 die Speichermittel 33 auch nutzen, um Daten abzuspeichern, welche erst später verwendet oder ausgelesen werden sollen.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 ist ferner mit einem Datenbus-System des Kraftfahrzeugs, vorliegend ein CAN-Bus 25, verbunden. Mittels des CAN-Busses 25 können zahlreiche Parameter, unter anderem fahrzustandsabhängige Parameter wie beispielsweise Geschwindigkeit, Drehzahl, Außentemperatur oder Tankfüllstand erhalten werden. Somit ist die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 auch über solche Parameter informiert.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 ist ferner mit einer Lampe 35 zum Ausgeben eines optischen Signals sowie mit einem Funkmodul 36 zur drahtlosen Übermittlung eines Signals an eine entfernte Einheit verbunden. Hierbei handelt es sich um bekannte Komponenten, auf welche deshalb nicht weiter eingegangen wird.
In den Speichermitteln 33 ist Code gespeichert, welcher dazu führt, dass die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 verschiedene Funktionen ausführt. Diese Funktionen können in Form von virtuellen Modulen dargestellt werden.
Insbesondere enthält die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 ein Electric-Power-Steering(EPS)-Modul 37, welches eine elektromechanische Servolenkung des Kraftfahrzeugs steuert. Eine solche elektromechanische Servolenkung ist an sich bekannt, weshalb auf diese hier nicht weiter eingegangen wird. Zur Steuerung dieser elektromechanischen Servolenkung wertet das EPS-Modul 37 insbesondere die Sensorsignale des Lenkwinkelsensors 20 und des Lenkmomentsensors 21 aus.
Des Weiteren weist die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 ein Frequenzanalysemodul 38 auf, welches jeweilige Sensorsignale der Sensoren 20, 21, 22 innerhalb vorbestimmter Zeiträume aufnimmt und mit diesen Sensorsignalen eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) durchführt. Damit werden die Sensorsignale der Sensoren 20, 21, 22 aus der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne überführt. Hierzu ist für jedes der drei Sensorsignale eine jeweils spezifische Anzahl von diskreten Frequenzen vorgegeben, für welche jeweils eine Amplitude berechnet wird. Damit werden aus den Sensorsignalen der Sensoren 20, 21, 22 jeweilige Frequenzspektren erzeugt.
Des Weiteren weist die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 ein Fahrsituationsanalysemodul 39 auf, welches aus fahrzustandsabhängigen Signalen, welche von dem CAN-Bus 25 empfangen wurden, einen jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeugs berechnet. Hierbei handelt es sich um einen mehrdimensionalen Fahrzustand, welcher Dimensionen wie Geschwindigkeit, Bremswirkung, Beschleunigung und Außentemperatur aufweist.
In den Speichermitteln 33 sind ferner Instruktionen gespeichert, welche dazu führen, dass der Prozessor 32 ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Hierzu sind auch eine Vielzahl von Datensätzen gespeichert, wobei jeder Datensatz für ein Frequenzspektrum gilt, welches aus dem Sensorsignal von einem der Sensoren 20, 21, 22 berechnet wurde und für jede Frequenz der entsprechenden Anzahl von Frequenzen einen Mindestamplitudenwert aufweist.
Nach jeder Berechnung eines Frequenzspektrums durch das Frequenzanalysemodul 38 vergleicht der Prozessor 32 das Frequenzspektrum mit jedem der für den jeweiligen Sensor 20, 21, 22 relevanten Datensätze. Sofern er dabei feststellt, dass bei zumindest einem Datensatz die jeweilige Amplitude des Frequenzspektrums bei jeder Frequenz gleich groß oder höher ist als der jeweilige Mindestamplitudenwert des Datensatzes, überprüft der Prozessor 32, ob sich das Fahrzeug in einem von dem Fahrsituationsanalysemodul 39 berechneten Fahrzustand befindet, welcher sich innerhalb einer für der dem Datensatz zugeordneten Fehlerzustand vorgegebenen Menge von Fahrzuständen befindet. Sofern dies bejaht wird, sorgt der Prozessor 32 dafür, dass die Lampe 35 aufleuchtet und damit den Fahrer vor dem entsprechenden Fehlerzustand warnt. Des Weiteren sorgt der Prozessor 32 dafür, dass eine Nachricht an das Funkmodul 36 ausgegeben wird, so dass das Funkmodul 36 ein Signal an eine Werkstatt überträgt, um auch diese über den Fehlerzustand zu informieren. Hierzu verwendet das Funkmodul 36 ein übliches Datenübertragungsverfahren wie den General Packet Radio Service (GPRS), das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) oder Long Term Evolution (LTE), je nach Verfügbarkeit eines entsprechenden Netzes.
Auf diese Weise wird das Fahrwerk 10 mittels der elektronischen Steuerungsvorrichtung 30 überwacht, wobei Fehlerzustände bereits in einem sehr frühen Stadium erkannt werden können, in welchem sie noch nicht zu einer für den Fahrer wahrnehmbaren und identifizierbaren Vibration führen würden. Somit kann die elektronische Steuerungsvorrichtung 30 zusammen mit den Sensoren 20, 21, 22 vorliegend auch als Fahrwerküberwachungsvorrichtung 40 für das Fahrwerk 10 bezeichnet werden.
Des Weiteren speichert der Prozessor 32 einen erkannten Fehlerzustand sowie eine Amplitude bei einer dafür vorgegebenen Frequenz, welche anzeigend ist für die Intensität des Fehlerzustands, nach dem Erkennen des Fehlerzustands auch in den Speichermitteln 33 ab. Die Speichermittel 33 können mittels der I/O-Schnittstelle 31 ausgelesen werden, beispielsweise durch Werkstattpersonal. Somit kann das Werkstattpersonal einen sofortigen Zugriff auf die zu dem entsprechenden Fehlerzustand abgespeicherten Informationen erhalten und entsprechende Reparaturmaßnahmen einleiten.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands eines Fahrwerks (10), welches folgende Schritte aufweist: – Aufnehmen eines Sensorsignals zumindest eines dem Fahrwerk zugeordneten Sensors (20, 21, 22), – Berechnen eines Frequenzspektrums des Sensorsignals, wobei das Frequenzspektrum für eine Anzahl von Frequenzen jeweils eine zugehörige Amplitude aufweist, – Vergleichen des Frequenzspektrums mit jeweiligen Datensätzen, wobei jeder Datensatz einem Fehlerzustand aus einer Anzahl von Fehlerzuständen zugeordnet ist, und wobei jeder Datensatz für jede Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen jeweils einen zugehörigen Mindestamplitudenwert aufweist, und – Feststellen eines Fehlerzustands, wenn bei jeder Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen die Amplitude des berechneten Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Sensor (20, 21, 22) um einen Lenkwinkelsensor (20), um einen Lenkmomentsensor (21) oder um einen Raddrehzahlsensor (22) handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Schritte aufweist: – Aufnehmen eines weiteren Sensorsignals zumindest eines dem Fahrwerk zugeordneten weiteren Sensors (20, 21, 22), bevorzugt ein Lenkwinkelsensor (20), Lenkmomentsensor (21) oder Raddrehzahlsensor (22), – Berechnen eines weiteren Frequenzspektrums des weiteren Sensorsignals, wobei das weitere Frequenzspektrum für eine Anzahl von weiteren Frequenzen jeweils eine zugehörige weitere Amplitude aufweist, – Vergleichen des weiteren Frequenzspektrums mit jeweiligen weiteren Datensätzen, wobei jeder weitere Datensatz einem Fehlerzustand aus der Anzahl von Fehlerzuständen zugeordnet ist, und wobei jeder weitere Datensatz für jede weitere Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen jeweils einen zugehörigen weiteren Mindestamplitudenwert aufweist, und – Feststellen eines Fehlerzustands, wenn bei jeder Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen die weitere Amplitude des berechneten weiteren Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der weitere Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem weiteren Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem eine Menge von Fehlerzuständen vorgegeben wird, welche nur dann festgestellt werden, wenn sowohl – bei jeder Frequenz aus der Anzahl von Frequenzen die Amplitude des berechneten Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist, wie auch – bei jeder Frequenz aus der Anzahl von weiteren Frequenzen die weitere Amplitude des berechneten weiteren Frequenzspektrums mindestens so groß ist wie der weitere Mindestamplitudenwert dieser Frequenz bei einem weiteren Datensatz, welcher dem Fehlerzustand zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Schritte aufweist: – Aufnehmen einer Anzahl von fahrzustandsabhängigen Signalen, und – Ermitteln eines Fahrzustands in Abhängigkeit von den fahrzustandsabhängigen Signalen, wobei ferner ein Fehlerzustand nur dann festgestellt wird, wenn sich der ermittelte Fahrzustand in einer Menge von für den jeweiligen Fehlerzustand vorgegebenen Fahrzuständen befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei fahrzustandsabhängige Signale zumindest teilweise über ein fahrzeugseitiges Datenbus-System (25) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt des Feststellens eines Fehlerzustands ferner eine Intensität des Fehlerzustands anhand des Betrags zumindest einer Amplitude oder einer weiteren Amplitude bei einer für den Fehlerzustand vorgegebenen Frequenz oder weiteren Frequenz ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem Fehlerzustand oder mehreren Fehlerzuständen aus der Gruppe von Fehlerzuständen, welche aus – Unwucht in einem Rad (11, 12, 13, 14), insbesondere in einem Vorderrad (11, 12), – Schaden an einer Bremsanlage, insbesondere an einer vorderen Bremsanlage, – Schaden an einer Hardware einer elektromechanischen Servolenkung, insbesondere an einem Motorlager oder an einem Spurstangenlager, – Schaden an einem Fahrwerkslager, insbesondere an einer Vorderachse (15), – Schaden an einem Bauteil des Fahrwerks (10), – Schaden an einem Radlager, – Schaden an einem Fahrwerkslager, – Schaden an einem Lenkungsteil (18, 19), – Schaden an einer Radbremse, – Schaden an einem Schwingungsdämpfer umfasst, jeweils mindestens ein Datensatz zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Feststellen eines Fehlerzustands ein optisches oder akustisches Signal oder eine Textmeldung erzeugt wird; und/oder wobei beim Feststellen eines Fehlerzustands ein Signal mit einem Hinweis auf den Fehlerzustand drahtlos übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Signal oder eine Textmeldung erst dann erzeug wird und/oder ein Signal erst dann drahtlos übermittelt wird, wenn der Fehlerzustand über einen für den entsprechenden Fehlerzustand vorbestimmten Zeitraum auftritt, und/oder wenn sich eine für den Fehlerzustand vorgegebene Amplitude oder weitere Amplitude mit zunehmender Zeit erhöht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem oder allen Fehlerzuständen jeweils eine Mehrzahl von Datensätzen und/oder von weiteren Datensätzen zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei bei jeweiligen Datensätzen oder weiteren Datensätzen, welche dem gleichen Fehlerzustand zugeordnet sind, jeweils eine charakteristische Frequenz vorhanden ist, bei welcher der zugehörige Mindestamplitudenwert oder weitere Mindestamplitudenwert einen Maximalwert innerhalb des Datensatzes annimmt, und wobei die charakteristischen Frequenzen von dem gleichen Fehlerzustand zugeordneten Datensätzen zueinander benachbart sind.
Fahrwerksüberwachungsvorrichtung (40) für ein Fahrwerk (10) eines Fahrzeugs, aufweisend – zumindest einen dem Fahrwerk (10) zugeordneten Sensor (20, 21, 22), bevorzugt ein Lenkwinkelsensor (20), Lenkmomentsensor (21) oder Raddrehzahlsensor (22), und – zumindest eine elektronische Steuerungsvorrichtung (30), welche ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt und Speichermittel (33) zum Speichern von Datensätzen aufweist.
Fahrwerksüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Speichermittel (33) ferner ausgebildet sind zum Speichern zumindest eines festgestellten Fehlerzustands und bevorzugt auch zum Speichern einer Amplitude eines Frequenzspektrums oder einer weiteren Amplitude eines weiteren Frequenzspektrums, und wobei die Fahrwerksüberwachungsvorrichtung ferner Kommunikationsmittel (31) zum Auslesen des gespeicherten Fehlerzustands und bevorzugt auch der Amplitude oder der weiteren Amplitude aufweist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Speichermedium mit darauf gespeichertem Programmcode aufweist, wobei der Programmcode bei Ausführung durch einen Prozessor dazu führt, dass der Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt.