DE102019202428A1

DE102019202428A1 - Verfahren zur Diagnose von Schwingungsdämpfern

Info

Publication number: DE102019202428A1
Application number: DE102019202428.9A
Authority: DE
Inventors: Sven Greger; Jens Seiler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Verfahren zur Diagnose eines Fahrwerkssystems, umfassend eine Sensoreinrichtung, die ein vor einem Fahrzeug befindliches Fahrbahnhindernis erkennt und ein Fahrbahnsignal für ein Fahrwerkssteuergerät bereitstellt, wobei auf Basis des Fahrbahnsignals eine Berechnung des Fahrzeugverhaltens vorgenommen wird, wobei aus einem Abgleich von einer Diagnoseeinheit zwischen einem Zielwert und einem Istwert des Fahrzeugverhaltens ein Verschleißzustand kalkuliert wird, wobei von der Sensoreinrichtung erkannt wird, ob eine Fahrwerkskomponente einer linken Spur einer vergleichbaren Anregung ausgesetzt ist wie eine vergleichbare Fahrwerkskomponente einer rechten Spur, wobei das Schwingverhalten beider Fahrwerkskomponenten verglichen und bei einer Abweichung oberhalb eines Schwellwerts ein Verschleißzustand der Fahrwerkskomponente angenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Schwingungsdämpfern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Für die Überprüfung eines Schwingungsdämpfers ist es bereits sehr lange bekannt, dass man dafür eine spezielle Schwingungsvorrichtung einsetzt, das Abklingverhalten des Schwingungsdämpfers bzw. eines Fahrzeugaufbaus erfasst und mit einem abgespeicherten Datensatz vergleicht. Für diese Überprüfung ist jedoch stets ein Werkstattbesuch notwendig, da das Fahrzeug zumindest mit einem Rad auf die Schwingungsvorrichtung fahren muss.
Die WO 2008022697 A1 offenbart ein Fahrwerkssystems mit einem Fahrbahnerkennungssensor, über den ein die Fahrbahnqualität repräsentierendes Signal ermittelt wird. Dabei wird die Fahrbahn vorrausschauend vor einem Fahrzeug erfasst. Aus dem Fahrbahnsignal lässt sich das erwartbare Fahrzeugverhalten bestimmen. Wenn das Fahrzeug den ermittelten Fahrbahnbereich passiert, dann wird ein Abgleich zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Fahrzeugverhalten durchgeführt. Dieser Abgleich kann z. B. für eine Diagnose von Fahrwerksteilen, z. B. den Schwingungsdämpfern genutzt werden, die im Fahrwerk ein Verschleißteil darstellen. Der Vorteil des Systems gegenüber einer separaten Prüfmaschine besteht darin, dass eine Prüfmaschine damit überflüssig ist.
Das in der WO 2008022697 A1 beschriebene System verlangt jedoch eine sehr große Rechnerleistung, um die Diagnosefunktion erfüllen zu können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches Diagnosesystem für ein Fahrwerkssystem in einem Fahrzeug verwenden zu können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass von der Sensoreinrichtung erkannt wird, ob eine Fahrwerkskomponente einer linken Spur einer vergleichbaren Anregung ausgesetzt ist wie eine vergleichbare Fahrwerkskomponente einer rechten Spur, wobei das Schwingverhalten beider Fahrwerkskomponenten verglichen und bei einer Abweichung oberhalb eines Schwellwerts ein Verschleißzustand der Fahrwerkskomponente angenommen wird.
Diese Form der Diagnose einer Fahrwerkskomponente ist sehr einfach durchzuführen und verlangt keine besonders leistungsfähigen Rechnerkapazitäten. Die Diagnose kann in Grenzen auch deutlich zeitversetzt stattfinden. Es geht lediglich um die Frage, ob eine unzulässig große Differenzreaktion der Fahrwerkskomponenten in den beiden Spuren auf das erfasste Hindernis auftritt. Prädestiniert sind z. B. Bordsteinkanten oder Brückenlager, die tendenziell rechtwinklig zur Fahrbahn verlaufen und deshalb bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs ein Signal und ein Hindernis darstellen, das an beiden Fahrwerkskomponente einer Achse dieselbe Reaktion hervorrufen sollte.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Mindesthäufigkeit für das Überschreiten der Schwellwerte für die Feststellung eines Verschleißzustands vorausgesetzt werden. Einmalige Ereignisse sollen über diesen Verfahrensschritt aus der Betrachtung ausgeklammert werden, da sie u. U. nicht repräsentativ sind und das Bild nur verfälschen würden.
Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass ein weiterer Vergleich zwischen einer Fahrwerkskomponente einer ersten Achse einer Spur und einer Fahrwerkskomponente der zweiten Achse derselben Spur durchgeführt wird. Dabei kann vielleicht ein 1:1-Vergleich nicht möglich sein, da eine Fahrwerkskomponente an einer Vorderachse vielleicht eine etwas andere Betriebscharakteristik aufweist als eine Fahrwerkskomponente an einer Vorderachse. Aber es besteht in der Regel eine bekannte Abhängigkeit zwischen den beiden Aggregaten einer Spur. Diese Abhängigkeit lässt man in den Vergleich einfließen und kommt dann zu aussagefähigen Ergebnissen.
Man kann zur weiteren Verfeinerung des Diagnoseverfahrens vorsehen, dass zur Durchführung der Diagnose ein die Beladungssituation repräsentierendes Beladungssignal verwendet wird. Das Beladungssignal dient ebenso der besseren Vergleichbarkeit von Fahrwerkkomponenten an einem Fahrzeug.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch geht die Größe der Anregung auf das Fahrwerkssystems in die Diagnose ein. Wenn z. B. die Anregung eine bestimmte Größe überschreitet, dann kann es sich um ein sehr seltenes Problem handeln, so dass eine Fahrwerkskomponente, die bei rein mathematischer Betrachtung schon als defekt einzustufen wäre bei einer praxisgerechten Bewertung jedoch als noch tauglich ansehbar wäre.
Um die Auslastung der Sensorik für die Fahrbahnerkennung zu minimieren, kann ein zur Diagnosedurchführung geeignetes Hindernis über ein die Position des Hindernisses repräsentierendes GPS-Signal abgespeichert und die Diagnosedurchführung bei Vorliegen dieses GPS-Signals gestartet werden.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 Modelldarstellung eines Fahrzeugs
2 Ablaufplan des Verfahrens zum Betrieb des Fahrwerksystems

Die 1 zeigt eine Modelldarstellung eines Fahrzeugs 1, mit vier Schwingungsdämpfern 3; 5; 7; 9 und deren Anbindungspunkte, wobei die Schwingungsdämpfer und ihre Anbindungspunkte 11; 13; 15; 17 auch stellvertretend für ein Fahrwerkssystem beliebiger Bauform stehen. Jedes Rad ist stellvertretend für eine nicht dargestellte Halbachse mit einem Sensor 19; 21; 23; 25 bestückt, der die Absolutbewegung des Rades 11 - 17 bzw. der Halbachse erfasst. Denkbar sind z. B. einfache Beschleunigungssensoren.
Des Weiteren ist ein Fahrzeugaufbau 27 mit einer Sensorik 29; 31; 33; 35 bestückt, die die Bewegung des Fahrzeugaufbaus um eine Längsachse 37, eine Querachse 39 und eine Hochachse 41 erfasst. In dieser Darstellung ist die Sensorik 29 - 35 am Fahrzeugaufbau 27 verteilt angeordnet. Es ist auch denkbar, die Sensorik in einem Steuergerät 43 zusammenzufassen, das auch die Signale der achsseitigen Sensoren 19 - 25 aufnimmt.
Zusätzlich verfügt das Fahrzeug auch über eine Sensoreinrichtung 45, die ein vor dem Fahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 47 befindliches Fahrbahnhindernis 49 erkennt. Beispielhaft ist in der 1 eine Kamera eingezeichnet. Grundsätzlich könnten auch andere Bauformen zur Anwendung kommen.
Die Erfindung ist nicht auf ein zweiachsiges Fahrzeug beschränkt. Denkbar sind auch Anwendungen bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen. Grundsätzlich ist unter einem Fahrwerkssystem auch eine Kabinenlagerung für ein gewerbliches Fahrzeug zu verstehen, da die modernen Kabinenlagerungen vielfach über Schwingungsdämpfer verfügen und Anregungen von einer Fahrbahn entgegenwirken müssen.
In dem Steuergerät 43 ist eine Rechnereinheit 51 enthalten, die wiederum ein Verfahren zur Diagnose des Fahrwerkssystems basierend auf den Signalen der genannten Sensoren 19 - 25; 29 - 35; 45 aufweist.
Bei dem Verfahren wird auf Basis eines Fahrbahnsignals F_B eine Berechnung des Fahrzeugverhaltens vorgenommen wird, wobei von einer Diagnoseeinheit 53 als Teil der Rechnereinheit 51 aus einem Abgleich zwischen einem Zielwert und einem Istwert des Fahrzeugverhaltens ein Verschleißzustand kalkuliert wird.
Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt von der Sensoreinrichtung 45 erkannt, ob eine Fahrwerkskomponente 3 einer linken Spur aufgrund des Fahrbahnhindernisses 49 einer vergleichbaren Anregung ausgesetzt ist wie die vergleichbare Fahrwerkskomponente 5 einer rechten Spur derselben Achse. Die Diagnoseeinheit 53 muss keinesfalls permanent den Zustand der Fahrwerkskomponenten 3 - 9 überwachen, da ein Schwingungsdämpfer in der Regel nicht plötzlich ausfällt. Folglich kann die Schwelle, ab der ein Hindernis auf der Fahrbahn für das Diagnoseverfahren geeignet ist, sehr hoch angesetzt werden.
In einem weiteren Modul 59 wird das Schwingverhalten S_VL, S_VR beider Fahrwerkskomponenten, z.B. 3; 5 einer Achse miteinander verglichen und bei einer Abweichung oberhalb eines Schwellwerts ein Verschleißzustand der Fahrwerkskomponente angenommen.
Es könnte sich bei dieser Abweichung um einen Einzelfall handeln, so dass diese Messung nicht den tatsächlichen Zustand der Fahrwerkskomponenten repräsentieren würde. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass eine Mindesthäufigkeit für das Überschreiten des Schwellwerts für die Feststellung eines Verschleißzustands vorausgesetzt wird. Folglich würde der nächste Verfahrensschritt ist erst dann vollzogen, wenn die Mindesthäufigkeit erreicht wäre.
Es könnte sein, dass das Fahrbahnhindernis 49 zwar als geeignet erschien, jedoch das Fahrbahnsignal F_B aufgrund einer fehlerhaften Erfassung tatsächlich nicht geeignet wäre. Deshalb kann in einem Modul 61 ein weiterer Vergleich S_VL - S_HL zwischen den Fahrwerkskomponenten 3; 7 einer ersten Achse einer Spur und einer zweiten Achse derselben Spur durchgeführt werden. Wenn der Vergleich des Schwingverhaltens an der Vorderachse und das Schwingverhalten z. B. des linken Vorderrades bei gleicher Anregung nicht zum Schwingverhalten des Hinterrades derselben Fahrzeugseite bzw. Spur passt, dann kann von einem defekten Schwingungsdämpfer ausgegangen werden.
Ein weiterer Kontrollschritt in einem Modul 63 kann darin bestehen, der Abgleich der Hinterachse mit dem Abgleich der Vorderachse verglichen wird. Wenn z. b. der Abgleich S_HL-S_HR der Vorderachse eine Abweichung beim Schwingverhalten zeigt, hingegen an der Hinterachse keine Abweichung auftritt, dann ist anzunehmen, dass die Fahrbahnanregung für die Diagnose geeignet war und ein Schwingungsdämpfer an der Vorderachse defekt ist.
Das Schwingungsverhalten des Fahrwerkssystems kann sich aufgrund des Beladungszustands ändern. Zur Verfeinerung des Diagnosesystems kann deshalb ein die Beladungssituation repräsentierendes Beladungssignal S_B verwendet werden, das beispielsweise von Wegsensoren 55 bereitgestellt wird. Alternativ könnte man auch die Sensorik zur Erfassung der Aufbaubewegung entsprechend ausgewertet werden, indem man bei bekannter Anregung eine Standardbeschleunigung, d. h. bei einer Normmasse des Fahrzeugs, mit der tatsächlichen Beschleunigung vergleicht und über die Abweichung ein Maß für die zusätzliche Masse errechnet.
Eine weitere Verfeinerung des Diagnoseverfahrens kann darin bestehen, dass die Größe der Anregung ausgehend vom Fahrbahnhindernis 49 auf das Fahrwerkssystems in die Diagnose eingeht. Wenn z. B. die Abweichung des Schwingungsverhaltens erst ab einer bestimmten Anregung relevant wird, dann kann man diese Anregung mit einem durchschnittlichen Anregungsprofil abgleichen. Liegt die vorhandene Anregung außerhalb des durchschnittlichen Anregungsprofils, dann kann man immer noch zu dem Ergebnis kommen, dass die Fahrwerkskomponente in einem akzeptablen Zustand ist, also ein Austausch noch nicht zwingend erforderlich ist.
Ein grundsätzliches Problem besteht darin, geeignete Hindernisse für die Durchführung des Diagnoseverfahrens zu identifizieren. Deshalb kann zur Unterstützung und Vereinfachung des Verfahrens ein zur Diagnosedurchführung geeignetes Fahrbahnhindernis über ein die Position repräsentierendes GPS-Signal S_G abgespeichert und die Diagnosedurchführung bei Vorliegen dieses GPS-Signals gestartet werden. Dafür liegt zwischen einem GPS-Empfänger 57 und dem Steuergerät 43 eine entsprechende Signalverbindung vor.
Alle Ausgangssignale aus den Modulen 59 -63 werden in einem Modul 65 abgeglichen. Wenn jeweils ein positives Ausgangssignal in das Modul 65 eingeht, dann wird in einer Ausgabe 67 ein Defekt der Fahrwerkskomponente mitgeteilt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
3: Schwingungsdämpfer
5: Schwingungsdämpfer
7: Schwingungsdämpfer
9: Schwingungsdämpfer
11: Rad
13: Rad
15: Rad
17: Rad
19: Sensor
21: Sensor
23: Sensor
25: Sensor
27: Fahrzeugaufbau
29: Sensor
31: Sensor
33: Sensor
35: Sensor
37: Längsachse
39: Querachse
41: Hochachse
43: Steuergerät
45: Sensoreinrichtung
47: Fahrbahn
49: Fahrbahnhindernis
51: Rechnereinheit
53: Diagnoseeinheit
55: Wegsensor
57: GPS-Empfänger
59 - 65: Modul
67: Ausgabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008022697 A1 [0003, 0004]

Claims

Verfahren zur Diagnose eines Fahrwerkssystems (3; 5; 7; 9), umfassend eine Sensoreinrichtung (45), die ein vor einem Fahrzeug befindliches Fahrbahnhindernis (49) erkennt und ein Fahrbahnsignal (F_B) für ein Fahrwerkssteuergerät (43) bereitstellt, wobei auf Basis des Fahrbahnsignals (F_B) eine Berechnung des Fahrzeugverhaltens vorgenommen wird, wobei aus einem Abgleich von einer Diagnoseeinheit (53) zwischen einem Zielwert und einem Istwert des Fahrzeugverhaltens ein Verschleißzustand kalkuliert wird, gekennzeichnet, dass von der Sensoreinrichtung (45) erkannt wird, ob eine Fahrwerkskomponente (3; 7) einer linken Spur einer vergleichbaren Anregung ausgesetzt ist wie eine vergleichbare Fahrwerkskomponente (5; 9) einer rechten Spur, wobei das Schwingverhalten beider Fahrwerkskomponenten verglichen und bei einer Abweichung oberhalb eines Schwellwerts ein Verschleißzustand der Fahrwerkskomponente angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindesthäufigkeit für das Überschreiten des Schwellwerts für die Feststellung eines Verschleißzustands vorausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Vergleich zwischen einer Fahrwerkskomponente (3) einer ersten Achse einer Fahrwerkskomponente (7) und einer zweiten Achse derselben Spur durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Diagnose ein die Beladungssituation repräsentierendes Beladungssignal (S_B) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Anregung ausgehend vom Fahrbahnhindernis (49) auf das Fahrwerkssystems (3 - 9) in die Diagnose eingeht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Diagnosedurchführung geeignetes Fahrbahnhindernis (49) über ein die Position repräsentierendes GPS-Signal (S_G) abgespeichert und die Diagnosedurchführung bei Vorliegen dieses GPS-Signals gestartet wird.