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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen und ggf. Verbessern eines Kraftfahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in Bezug auf seine Betriebsfestigkeit und sein Schwingungsverhalten, insbesondere inklusive abgestrahlter Schallleistung des Kraftfahrzeugbauteils, eine Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug für notwendige Regeleingriffe sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung.
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Die
SE 1751597 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines autonom betriebenen Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst eine Vielzahl an Sensoren zur Beurteilung einer Fahrzeugumgebung. Bei dem Verfahren werden Sensordaten von den Sensoren empfangen sowie ein gefährliches Ereignis betreffend eine Fahrzeugkomponente oder ein Fahrzeugsystemversagen auf Basis der empfangenen Sensordaten vorhergesagt und das Fahrzeug in einen Sicherheitsmodus gesteuert.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2017 200 855 A1 ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs bekannt. Bei dem Verfahren wird mittels eines Sensors zum Erfassen eines Übertragungsverhaltens der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs bei einer ersten Übertragung eines Steuerungsbefehls in eine Bewegung des Fahrzeugs zu einem ersten Zeitpunkt ein Referenzdatensatz des Übertragungsverhaltens der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs ermittelt. Bei dem Verfahren wird weiterhin zu mindestens einem von dem ersten Zeitpunkt unterschiedlichen zweiten Zeitpunkt mittels des mindestens einen Sensors bei einer zweiten Übertragung des Steuerungsbefehls in eine Bewegung des Fahrzeugs ein Vergleichsdatensatz des Übertragungsverhaltens der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs ermittelt. Überdies wird bei dem Verfahren der Referenzdatensatz mit dem Vergleichsdatensatz abgeglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleich wird auf einen Zustand der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs geschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders zuverlässiges und stetiges Ermitteln der Empfindlichkeit schwingungsbelasteter Bauteile eines Kraftfahrzeugs und deren kontinuierlicher Verbesserung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftfahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs, insbesondere seiner Betriebsfestigkeit und seines Schwingungsverhaltens, insbesondere inklusive abgestrahlter Schallleistung des Kraftfahrzeugbauteils über die Fahrzeuglebensdauer. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs von einer an einer Einleitungsstelle am Kraftfahrzeug angeordneten Sensoreinrichtung ein Schwingungssignal empfangen wird, welches eine in das Kraftfahrzeug an der Einleitungsstelle eingeleitete Schwingung repräsentiert. Bei dieser Einleitungsstelle handelt es sich insbesondere um einen Radträger des Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung im Serienbetrieb wenigstens einen triaxialen Schwingungssensor umfasst, mittels welchem Schwingungen an der wenigstens einen Einleitungsstelle in das Kraftfahrzeug zeitlich gemessen werden. Mittels einer Fouriertransformation können daraus die eingeleiteten frequenzabhängigen Amplituden triaxial bestimmt werden. Durch komplexe Multiplikation dieser triaxialen Schwingungsamplituden mit der vorher in einer Entwicklungsphase bestimmten Übertragungsfunktion, welche insbesondere in einer Referenzdatenbank hinterlegt ist, kann frequenzabhängig die Amplitude rechnerisch ermittelt werden, die in das betroffene Kraftfahrzeugbauteil eingeleitet wird. Diese hinterlegte Vergleichsdatenbank kann bereits in der Entwicklungsphase für jedes schwingungsbelastete Kraftfahrzeugbauteil im Versuch ermittelt werden und in Form einer Frequenzlandkarte in der Datenbank hinterlegt werden.
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Für das Erstellen der Datenbank können mit einem Schwingungsanreger, insbesondere einem sogenannten Shaker, sinusförmige Schwingungen aller Frequenzen und Amplituden zeitlich nacheinander an der wenigstens einen Einleitungsstelle, insbesondere am Radträger, pro Koordinatenrichtung eingeleitet und dort sowie am Kraftfahrzeugbauteil gemessen werden. Das komplexe Amplitudenverhältnis pro Frequenz ergibt eine Übertragungsfunktion pro Kraftfahrzeugbauteil. Diese Übertragungsfunktion bildet pro Kraftfahrzeugbauteil dessen Schwingungsempfindlichkeit bezogen auf Amplitude und Phase frequenzabhängig ab. Aus der gemessenen Schwingungseinleitung an der Einleitungsstelle am Kraftfahrzeug, insbesondere am Radträger, wird mittels der Übertragungsfunktion die Schwingungsamplitude am Kraftfahrzeugbauteil errechnet. Die Schwingungsamplitude am Kraftfahrzeugbauteil wird als komplexes Produkt aus der Schwingungsamplitude an der Einleitungsstelle mit der Übertragungsfunktion ermittelt. Diese ermittelte Schwingungsamplitude wird mit hinterlegten Schwellwerten verglichen, die auch von der Ereignishäufigkeit abhängig sind, wobei die hinterlegten Schwellwerte eine kritische Amplitude für die Bruchfestigkeit des jeweiligen Kraftfahrzeugbauteils repräsentieren kann und wobei die Schwellwerte in der Referenzdatenbank hinterlegt sein können.
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Es ist somit bei dem Verfahren vorgesehen, dass aus der durch das Schwingungssignal repräsentierten Schwingung mit einer für das Kraftfahrzeugbauteil hinterlegten Übertragungsfunktion eine der Schwingung zugeordnete, in dem Kraftfahrzeug an dem Kraftfahrzeugbauteil resultierende Schwingungsamplitude ermittelt wird. Weiterhin ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei einem Überschreiten eines für das Kraftfahrzeugbauteil in Abhängigkeit von einer Ereignishäufigkeit der eingeleiteten Schwingung vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude eine Schwingungsinformation für einen Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Mittels in der Datenbank hinterlegter Schwellwerte, insbesondere jeweiliger Amplitudengrenzwerte, für die in das Kraftfahrzeugbauteil eingeleitete Schwingungsamplitude unter Berücksichtigung der Häufigkeit dieser Schwingungsereignisse bei gleicher Frequenz wird im Vergleich entschieden, ob innerhalb der Fahrzeuglebensdauer eine Bruchfestigkeit des Kraftfahrzeugbauteils überschritten wird. Diese Entscheidung kann insbesondere anhand der materialabhängigen sogenannten Wöhler-Kurve getroffen werden. Diese gibt pro Ereignishäufigkeit an, welche Schwingungsamplitude jeweils zum Bruch des Kraftfahrzeugbauteils führen würde. Bei großen Amplituden reichen dazu bereits wenige identische Schwingungsereignisse, bei kleinen Amplituden sind viele identische Schwingungsereignisse notwendig.
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Bei Überschreitung der in der Datenbank hinterlegten Schwellwerte kann der Fahrzeugführer einen Warnhinweis erhalten und aufgefordert werden, sofort eine Vertragswerkstatt des Herstellers des Kraftfahrzeugs aufzusuchen. Bei unmittelbar drohender Gefahr kann der Fahrzeugführer zu einem Regeleingriff, z.B. „Fahrzeug durch Bremsen stoppen“, aufgefordert werden. Alternativ kann auch ein automatischer Regeleingriff über Steuergeräte des Fahrzeugs eingeleitet werden. Alle kritischen Schwingungsereignisse (das sind Ereignisse, bei denen frequenzabhängig das Bauteil vergleichsweise stark reagiert) werden kontinuierlich mit Häufigkeit, Auftretensdauer, Frequenz, Amplitude und Phase rückgespeichert und vom online fähigen Kraftfahrzeug an den Fahrzeughersteller kontinuierlich übermittelt. Dieser kann die Daten für gleichartige Kraftfahrzeuge analysieren und kann, abhängig von der Datenlage, weitere interne Aktionen einleiten. Bei hoher Häufigkeit kritischer Schwingungsereignisse an vielen Kraftfahrzeugen kann das eine Rückrufaktion sein. Ist das nicht notwendig, dann kann das kritische Kraftfahrzeugbauteil nach vorheriger Info an Kundendienstwerkstätten im Rahmen eines Serviceintervalls ausgetauscht werden. Im Servicefall wird synchron eine entwicklungsverantwortliche Fachabteilung des Fahrzeugherstellers aufgefordert das Kraftfahrzeugbauteil zu überprüfen und gegebenenfalls adäquat nachzubessern, um es rechtzeitig im nächsten Serviceintervall austauschen zu können.
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Im Fall von Regeleingriffen ermöglicht das Verfahren demnach ereignisabhängig einen selektiven Schutz schwingungsbeanspruchter Kraftfahrzeugbauteile. Hierdurch sind ein vergrößerter Funktionsumfang für den Kunden und eine maximal mögliche Kundensicherheit gegeben. Weiterhin ermöglicht das Verfahren eine kontinuierliche Verbesserung von Bauteileigenschaften des Kraftfahrzeugbauteils durch stetigen Abgleich mit aktuellen Schwingungsdaten. Infolgedessen kann für einen Kunden ein größtmöglicher machbarer Funktionsumfang bei gleichzeitiger größtmöglicher Sicherheit erreicht werden. Die Daten über Auftretenshäufigkeit jeweiliger Schwingungsereignisse verschaffen dem Hersteller des Kraftfahrzeugs eine schnelle und sichere Basis für kommerzielle und sicherheitstechnisch kritische Produktentscheidungen, insbesondere für Service- oder Rückrufaktionen. Da die Kraftfahrzeugbauteile kontinuierlich verbessert werden, ist langfristig mit weniger Service- und Rückrufaktionen zu rechnen, was Gewährleistungskosten reduziert und im Hinblick auf Reparaturhäufigkeit einen positiven Öffentlichkeitseffekt hat. Das Verfahren ermöglicht, dass ein kontinuierlicher dynamischer Abgleich pro betrachteten Kraftfahrzeugbauteil stattfindet. Kritische Zustände für die Betriebsfestigkeit können ggf. sowohl aktiv durch Regeleingriffe gemindert werden und werden zusätzlich an den Fahrzeughersteller zur Bauteilverbesserung übermittelt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die der Schwingung zugeordnete Schwingungsamplitude mit dem in Abhängigkeit von der Ereignishäufigkeit vorgegebenen Amplitudengrenzwert verglichen wird, wenn die Schwingung einer vorgegebenen kritischen Frequenz zugeordnet ist. Diese vorgegebene kritische Frequenz kann in der Referenzdatenbank hinterlegt sein und kann an der bereits bestimmten Übertragungsfunktion abgelesen werden. Eine hohe Frequenzempfindlichkeit ist immer dann gegeben, wenn das Bauteil bereits bei kleiner eingeleiteter Amplitude an der Fahrzeugeinleitungsstelle mit großen Amplituden am Bauteil reagiert (Resonanzüberhöhung). Es brauchen demnach nur die Frequenzen betrachtet und übermittelt zu werden, für die das Kraftfahrzeugbauteil hohe Empfindlichkeiten aufweist. Hierdurch kann das Verfahren mit besonders wenig Rechenleistung durchgeführt werden, indem lediglich für jeweilige vorgegebene kritische Frequenzen von in das Kraftfahrzeugbauteil eingeleiteten Schwingungen der Vergleich zwischen der ermittelten und zugeordneten resultierenden Schwingungsamplitude mit dem zugeordneten vorgegebenen Amplitudengrenzwert durchgeführt wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einem Überschreiten des für das Kraftfahrzeugbauteil vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die Schwingungsamplitude das zugeordnete Schwingungsereignis nach Auftretenszeitdauer und Auftretenshäufigkeit gezählt wird, nach Frequenz klassifiziert wird und gespeichert wird. Hierbei können Auftretensdauer, Auftretenshäufigkeit, ermittelte Schwingungsamplitude aus Übertragungsfunktion und die kritische Frequenz gespeichert werden. Die Schwingungsinformation wird für den Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wenn für das Schwingungsereignis für eine vorgegebene kritische Frequenz ein Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Auftretenszeitdauer oder die Auftretenshäufigkeit ermittelt wird. Die Schwingungsinformation kann insbesondere online von dem Kraftfahrzeug für den Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Durch den vorgegebenen Schwellwert werden somit eine höchstens zu akzeptierende Auftretenszeitdauer sowie eine höchstens zu akzeptierende Auftretenshäufigkeit vorgegeben. Wird durch die Schwingungsamplitude der Amplitudengrenzwert öfter oder länger als die jeweiligen vorgegebenen Schwellwerte für die Auftretenszeitdauer beziehungsweise die Auftretenshäufigkeit bei der kritischen Frequenz überschritten, dann wird die Schwingungsinformation für den Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Hierdurch kann vermieden werden, dass jeweilige Schwingungsinformationen für den Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, sofern das Kraftfahrzeugbauteil nicht mit der kritischen Frequenz angeregt wird, beziehungsweise sofern bei dem Zählen von Schwingungsereignissen nach Auftretenszeitdauer und nach Auftretenshäufigkeit die jeweiligen Schwellwerte nicht überschritten sind. Tritt somit das Überschreiten des Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude lediglich besonders kurz beziehungsweise lediglich besonders selten auf, dann kann das Bereitstellen der Schwingungsinformation für den Hersteller unterbleiben. Insbesondere können durch die jeweiligen Schwellwerte Belastungsgrenzen des Kraftfahrzeugbauteils charakterisiert sein, sodass die Schwingungsinformation lediglich dann für den Hersteller des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, wenn diese durch die vorgegebenen Schwellwerte repräsentierte Belastungsgrenze für das Kraftfahrzeugbauteil überschritten ist. Eine Datenübertragung an den Hersteller des Kraftfahrzeugs kann somit besonders gering gehalten werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei dem Überschreiten des für das Kraftfahrzeugbauteil in Abhängigkeit von der Ereignishäufigkeit der eingeleiteten Schwingung vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude die Schwingungsinformation zusätzlich für eine Ausgabeeinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, wobei mittels der Ausgabeeinrichtung bei Empfangen der kritischen Schwingungsinformation ein Hinweis, insbesondere ein Warnhinweis ausgegeben wird, insbesondere optisch und/oder akustisch. Insbesondere kann der Hinweis in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels der Ausgabeeinrichtung ausgegeben werden. Über den Hinweis kann ein Fahrzeuginsasse, insbesondere ein Fahrer des Kraftfahrzeugs, über das Überschreiten des vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude beziehungsweise über das Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts für die Auftretenszeitdauer und/oder die Auftretenshäufigkeit detailliert informiert werden. Aufgrund dieser Information kann der Fahrer dann beispielsweise die Fahrweise für sein Kraftfahrzeug anpassen oder wird sogar aufgefordert schnellstmöglich eine Werkstatt für das Kraftfahrzeug aufsuchen, um das Kraftfahrzeug entsprechend reparieren zu lassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrer durch den Hinweis zu einem Regeleingriff aufgefordert werden. Hierdurch kann eine Beschädigungsgefahr für dieses Kraftfahrzeugbauteil und weitere Folgeschäden insbesondere für weitere Komponenten im Fahrzeug besonders gering gehalten werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einem Überschreiten des für das Kraftfahrzeugbauteil in Abhängigkeit von der Ereignishäufigkeit der eingeleiteten Schwingung vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude die Schwingungsinformation für eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, mittels welcher bei Empfangen der Schwingungsinformation ein automatischer Regeleingriff ausgelöst wird. Unmittelbar vor Auslösen des Regeleingriffs kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs mittels des Hinweises über den anstehenden Regeleingriff informiert werden. Hierdurch kann der Fahrer besonders gut auf den bevorstehenden automatischen Regeleingriff vorbereitet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als automatischer Regeleingriff eine maximale Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs begrenzt wird und/oder eine automatische Notbremsung des Kraftfahrzeugs ausgelöst wird. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug durch definiertes Abbremsen bis zum Stillstand in einen sicheren Zustand überführt werden. Hierdurch kann eine Gefahr von Materialfolgeschäden und sogar von Personenschäden verringert werden. Ein anderer insbesondere temporärer automatischer Regeleingriff ist das Begrenzen der Maximalgeschwindigkeit. Dadurch kann die Beanspruchung des Kraftfahrzeugbauteils bis zu seinem Austausch besonders gering gehalten werden. In diesem Fall kann der Fahrzeugführer entsprechend per Warnhinweis informiert werden.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass als schwingungsbeanspruchtes Kraftfahrzeugbauteil ein Radträger und/oder eine Gelenkwelle und/oder einen Hilfsrahmen und/oder ein Motorlager überprüft wird. Insbesondere werden bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs in den Radträger beziehungsweise die Gelenkwelle beziehungsweise den Hilfsrahmen beziehungsweise das Motorlager Schwingungen über einen Kontakt des Kraftfahrzeugs mit der Fahrbahn eingeleitet, sodass es besonders vorteilhaft ist, dass in dem Kraftfahrzeug genau diese Bauteile überprüft werden. Damit kann insbesondere für diese Bauteile die Betriebsfestigkeit und das Schwingungsverhalten (inklusive abgestrahlter Akustik) über Lebensdauer verbessert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass für ein Ermitteln der Übertragungsfunktion, insbesondere für die hinterlegte Referenzdatenbank, ein einen Prototyp des Kraftfahrzeugbauteils umfassendes Kraftfahrzeug mit einem kalibrierten Messhammer an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs angeschlagen wird und/oder mittels eines Shakers an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs in Schwingungen versetzt wird, insbesondere am Radträger. Das Anregen des Kraftfahrzeugbauteils mittels des an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs die Schwingungen einbringenden Shakers ermöglicht, dass das Kraftfahrzeug an der Einleitungsstelle mit einer bestimmten vorgegebenen Frequenz präzise in Schwingungen versetzt werden kann. Es können somit nacheinander mittels des Shakers mehrere unterschiedliche Frequenzen durchgetestet werden, um die Übertragungsfunktion zu erstellen. Durch das Anregen des Kraftfahrzeugs an der Einleitungsstelle mittels des kalibrierten Messhammers wird erreicht, dass mehrere definierte Frequenzen gleichzeitig eingeleitet werden können und die Übertragungsfunktion somit besonders schnell ermittelt werden kann, insbesondere schneller als mit dem Shaker-Verfahren, bei welchem die Frequenzen zeitlich aufeinanderfolgend eingeleitet werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren sowie die beschriebenen Weiterbildungen des Verfahrens durchzuführen. Die Steuereinrichtung ist somit dazu eingerichtet, von der an dem Kraftfahrzeugbauteil angeordneten Sensoreinrichtung das zeitliche Schwingungssignal zu empfangen und daraus das Amplituden- und Phasenspektrum am Kraftfahrzeugbauteil zu berechnen. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, aus der durch das Schwingungssignal repräsentierten Schwingung mit einer für das Kraftfahrzeugbauteil (10) hinterlegten Übertragungsfunktion eine der Schwingung zugeordnete, in dem Kraftfahrzeug an dem Kraftfahrzeugbauteil resultierende Schwingungsamplitude zu ermitteln. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, bei Ermitteln eines Überschreitens des für das Kraftfahrzeugbauteil in Abhängigkeit von einer Ereignishäufigkeit der eingeleiteten Schwingung vorgegebenen Amplitudengrenzwerts die Schwingungsinformation über Amplitude, Häufigkeit, Frequenz, Phase online dem Fahrzeughersteller des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung anzusehen und umgekehrt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Steuereinrichtung, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung beschrieben worden ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftfahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs, bei welchem aus in das Kraftfahrzeug eingeleiteten Schwingungen resultierende Schwingungsamplituden am Kraftfahrzeugbauteil überprüft werden, insbesondere über einen Vergleich mit einer Referenzdatenbank, und in Abhängigkeit von dieser Überprüfung ein Hersteller des Kraftfahrzeugs über ein Ergebnis der Überprüfung per online Daten informiert wird bzw. ein Regeleingriff dem Fahrzeugführer empfohlen wird oder ein automatischer Regeleingriff eingeleitet wird.
- 2 ein Ablaufschema für das Verfahren zum Überprüfen des Kraftfahrzeugbauteils ausgehend von einer Ermittlung einer Übertragungsfunktion, insbesondere aus einem Verhältnis von errechneten Amplituden- und Phasenspektren an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs zu dem Kraftfahrzeugbauteil, anhand eines Prototyps des Kraftfahrzeugbauteils, wobei die Amplituden- und Phasenspektren in der Referenzdatenbank hinterlegt sein können, über ein Überprüfen der in das Kraftfahrzeug bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs eingeleiteten Schwingung bis zur Übertragung der Schwingungsinformation an den Hersteller des Kraftfahrzeugs sowie ggf. einem automatischen oder für den Fahrzeugführer empfohlenen Regeleingriff.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Überprüfen eines Kraftfahrzeugbauteils 10 eines Kraftfahrzeugs 12 dargestellt. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeugbauteil 10 während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs 12 überprüft wird. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt V1 von einer an einer Einleitungsstelle an dem Kraftfahrzeug 12 angeordneten Sensoreinrichtung ein Schwingungssignal 14 empfangen wird. Dieses Schwingungssignal 14 repräsentiert eine in das Kraftfahrzeug 12 an der Einleitungsstelle eingeleitete Schwingung 16. Hierbei kann die Schwingung 16 über eine Schwingungsanregung des Kraftfahrzeugs 12 über eine Fahrbahn eingeleitet werden. In einem zweiten Verfahrensschritt V2 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass aus der durch das Schwingungssignal 14 repräsentierte Schwingung 16 mit einer für das Kraftfahrzeugbauteil 10 hinterlegten Übertragungsfunktion eine der Schwingung 16 zugeordnete, in dem Kraftfahrzeug 12 an dem Kraftfahrzeugbauteil 10 resultierende Schwingungsamplitude im Rahmen einer Ermittlung 20 ermittelt wird. Über die Überprüfung 20 wird eine der Schwingung 16 zugeordnete, in dem Kraftfahrzeugbauteil 10 resultierende Schwingungsamplitude ermittelt.
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In einem dritten Verfahrensschritt V3 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass, sofern im Rahmen des Vergleichs 20 festgestellt wird, dass ein Überschreiten eines für das Kraftfahrzeugbauteil 10 in Abhängigkeit von einer Ereignishäufigkeit vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte resultierende Schwingungsamplitude vorliegt, eine Schwingungsinformation 22 für einen Hersteller 24 des Kraftfahrzeugs 12 bereitgestellt wird und ggf. ein Regeleingriff dem Fahrzeugführer empfohlen wird oder automatisch herbeigeführt wird.
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In 2 ist ein schematischer Ablauf für das Verfahren zum Überprüfen des Kraftfahrzeugbauteils 10 gezeigt. Vorliegend handelt es sich bei der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs 12 um einen Radträger, an welchem wenigstens ein Beschleunigungssensor, insbesondere ein triaxialer Beschleunigungssensor, der Sensoreinrichtung angeordnet ist. Bei dem schwingungsbeaufschlagten Kraftfahrzeugbauteil 10, in welches die Schwingung 16 über die Fahrbahn eingeleitet wird, kann es sich um den Radträger oder um ein weiteres Bauteil des Kraftfahrzeugs handeln. Die von der Sensoreinrichtung gemessene Schwingung 16 an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs 10 kann durch das Schwingungssignal 14 repräsentiert für eine Steuereinrichtung 26 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 26 kann insbesondere Teil des Kraftfahrzeugs 12 sein. Das Schwingungssignal 14 kann insbesondere mittels einer Funkverbindung von der Sensoreinrichtung an die Steuereinrichtung 26 übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 26 das Schwingungssignal 14 online oder per Datenleitung von der Sensoreinrichtung empfangen. Die Ermittlung 20 der in dem Kraftfahrzeugbauteil 10 resultierenden Schwingungsamplitude durch Einleiten der durch das Schwingungssignal 14 repräsentierten Schwingung 16 in das Kraftfahrzeug 12 anhand der in der Datenbank 18 hinterlegten Übertragungsfunktion, welche insbesondere ein relatives Amplituden- und Phasenspektrum repräsentiert, wird vorliegend durch die Steuereinrichtung 26 vorgenommen.
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Weiterhin ist in 2 dargestellt, wie eine versuchsseitige Generierung der Datenbank 18 erfolgen kann. Die Datenbank 18 umfasst insbesondere eine Frequenzlandkarte über schwingungsbeaufschlagte Kraftfahrzeugbauteile 10 des Kraftfahrzeugs 12, wobei es sich bei der Frequenzlandkarte insbesondere um die über jeweilige Frequenzen aufgetragenen Amplituden und Phasen und somit um das Amplituden- und Phasenspektrum handelt. Für ein Ermitteln der Übertragungsfunktion wird ein Fahrzeugprototyp an der Schwingungseinleitungsstelle am Kraftfahrzeug 12, vorliegend am Radträger mit einem kalibrierten Messhammer angeschlagen und per Messung das komplexe Verhältnis der Amplituden an dieser Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs 12 zur Bauteileinleitungsstelle am Kraftfahrzeugbauteil 10 errechnet. Die so ermittelte Übertragungsfunktion gibt frequenzabhängig die Empfindlichkeit des Kraftfahrzeugbauteils 10 auf fahrzeugseitig eingeleitete Schwingungen wieder. Alternativ zu dem Anregen des Kraftfahrzeugs 12 mittels des kalibrierten Messhammers, kann das Kraftfahrzeug 12 für das Erstellen der Übertragungsfunktion mit einem sogenannten Shaker in Schwingungen versetzt werden, insbesondere an der Einleitungsstelle.
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Mittels der Steuereinrichtung 26 kann bei einem Überschreiten des für das Kraftfahrzeugbauteil 10 in Abhängigkeit von der Ereignishäufigkeit vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte Schwingungsamplitude das zugeordnete Schwingungsereignis nach Auftretenszeitdauer und Auftretenshäufigkeit gezählt werden, nach Frequenz klassifiziert und gespeichert werden. Es kann somit eine Rückspeicherung kritischer Fälle mit Art und/oder Häufigkeit und/oder Dauer erfolgen. Insbesondere ist es weiterhin vorgesehen, dass die Schwingungsinformation 22 für den Hersteller 24 des Kraftfahrzeugs 12 bereitgestellt wird, wenn für das Schwingungsereignis für eine vorgegebene kritische Frequenz ein Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Auftretenszeitdauer und/oder die Auftretenshäufigkeit ermittelt worden ist. Die Schwingungsinformation 22 kann zusätzlich für eine Ausgabeeinrichtung 28 des Kraftfahrzeugs 12 bereitgestellt werden, welche dazu eingerichtet ist, bei Empfangen der Schwingungsinformation 22 einen optischen und/oder akustischen Hinweis 30 auszugeben. Durch diesen Hinweis kann der Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs 12 auf das ermittelte Überschreiten des in Abhängigkeit von der Ereignishäufigkeit vorgegebenen Amplitudengrenzwerts durch die ermittelte Schwingungsamplitude informiert werden.
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Mittels der Steuereinrichtung 26 kann alternativ oder zusätzlich ein Regelungseingriff 32 ausgelöst werden. Dieser Regelungseingriff 32 kann über ein Motorsteuergerät und/oder über ein Bremsensteuergerät ausgeführt werden. Insbesondere kann der Regelungseingriff 32 eine Geschwindigkeitsreduzierung des Kraftfahrzeugs 12 auslösen. Hierfür kann mittels der Steuereinrichtung 26 ein Begrenzen einer maximalen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 12 oder ein Nothalt es Kraftfahrzeugs 12 ausgelöst werden. Der Regelungseingriff 32 kann automatisch erfolgen, wobei dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 12 zusätzlich der Hinweis 30 ausgegeben werden kann, mittels welchem der Fahrer über den automatischen Regelungseingriff 32 informiert werden kann. Alternativ kann der Regelungseingriff 32 erfolgen, sobald eine aktive Wahlaktion eines Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs 12 ermittelt worden ist. Somit kann der Regelungseingriff 32 auf Kundenwunsch mit aktiver Wahlaktion ausgelöst oder unterbunden werden.
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Um in der Steuereinrichtung 26 im Rahmen der Ermittlung 20 eine Rechenleistung besonders gering zu halten, kann es vorgesehen sein, dass die der Schwingung 16 zugeordnete Schwingungsamplitude mit dem vorgegebenen Amplitudengrenzwert lediglich dann verglichen wird, wenn die Schwingung 16 einer vorgegebenen kritischen Frequenz zugeordnet ist.
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Infolge des Empfangens der Schwingungsinformation 22 kann der Hersteller 24 einen die Schwingungsinformation 22 charakterisierenden Hinweis an eine Entwicklungsabteilung für das Kraftfahrzeug 12, insbesondere für das Kraftfahrzeugbauteil 10, ausgeben. Hierfür kann der Hersteller 24 insbesondere Daten für die Entwicklungsabteilung bereitstellen. Der Hersteller 24 kann infolge des Empfangens der Schwingungsinformation 22 Daten sammeln und/oder Daten auswerten und/oder Aktionen wie einen Rückruf und/oder ein Serviceintervall und/oder eine Kundendienstinfo einleiten. Infolge des Empfangens der Schwingungsinformation 22 kann somit durch den Hersteller 24 eine Bauteilverbesserung 34 ausgelöst werden.
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Der in 2 gezeigte Ablauf kann insbesondere in fünf Schritte unterteilt werden. In einem ersten Schritt 1 erfolgt eine versuchsseitige Erstellung der Datenbank 18. Für die Kraftfahrzeugbauteile 10 des Kraftfahrzeugs 12, in welche äußere Kräfte, insbesondere über eine Fahrbahn oder fahrzeuginterne schwingende Bauteile, eingeleitet werden, wie Radträger, Gelenkwellen, Hilfsrahmen oder Motorlager, wird eine fahrzeugabhängige Datenbank 18 erstellt. Hierfür können im Versuch jeweilige Prototypen der zu untersuchenden Kraftfahrzeugbauteile 10 in ihrem im Kraftfahrzeug 12 eingebauten Zustand untersucht werden, während das Kraftfahrzeug 12 an der Einleitungsstelle mit dem kalibrierten Messhammer angeschlagen wird. Mit einem Beschleunigungssensor auf dem jeweiligen Kraftfahrzeugbauteil 10 werden die relativen Amplituden und Phasen der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 12 an der Einleitungsstelle sowie der Kraftfahrzeugbauteile 10 gemessen. In der Datenbank 18 kann nun das relative Amplituden- und Phasenspektrum abgelegt werden, welches eine Bauteilantwort des Kraftfahrzeugbauteils 10 im Verhältnis zur Anregung des Kraftfahrzeugs 12 durch den Messhammer beschreibt. Dieser Versuch kann für weitere Prototypen von Kraftfahrzeugbauteilen 10 wiederholt werden. Die so erzeugte Datenbank 18 kann in der Steuereinrichtung 26 des Kraftfahrzeugs 12 hinterlegt werden.
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In dem zweiten Schritt 2 des Ablaufs erfolgt eine Ausrüstung von onlinefähigen Kraftfahrzeugen 12 mit der bereits vorhandenen Datenbank 18. An der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs 12 werden triaxiale Beschleunigungssensoren integriert, wobei über die ermittelte an der Einleitungsstelle des Kraftfahrzeugs 12 auftretende Schwingung 16 über die Übertragungsfunktion jeweilige in zu untersuchenden Kraftfahrzeugbauteilen 10 des Kraftfahrzeugs 12 resultierende Schwingungsamplituden ermittelt werden können. Eine Befestigung dieser Sensoren kann mittels einer Verschraubung in einer Bohrung möglichst nah an einer Einleitungsstelle der Schwingung 16 erfolgen. Zusätzliche Datenleitungen und/oder drahtlose Verbindungen für diese Sensoren ermöglichen eine Übertragung von Messdaten der Sensoren über eine zu installierende drahtgebundene oder drahtlose Verbindung an die gegebenenfalls onlinefähige, bauteilabhängige Steuereinrichtung 26. Für die Datenübertragung zwischen der Sensoreinrichtung und der Steuereinrichtung 26 können gegebenenfalls bereits in dem Kraftfahrzeug 12 vorhandene Datenleitungen wie eCAN oder SF-CAN genutzt werden.
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Bei einem dritten Schritt 3 des Ablaufs ist es vorgesehen, dass eine Messdatenerfassung und das Ermitteln 20 in einem Kundenfahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 12 erfolgen. Innerhalb der Steuereinrichtung 26 können Datenvergleiche zwischen den einkommenden Daten einer momentan am Kraftfahrzeug 12, insbesondere an der Einleitungsstelle, vorhandenen und gemessenen Schwingungsanregung, vorliegend der Schwingungssignale 14, und den Daten der hinterlegten Datenbank 18, vorliegend dem hinterlegten Amplituden- und Phasenspektrum, durchgeführt werden. Schwingungsereignisse, die empfindliche Frequenzen des Kraftfahrzeugbauteils 10 anregen, wie besonders hohe Amplituden, welche in der Datenbank 18 hinterlegt sein können, werden nach Auftretenszeitdauer und Auftretenshäufigkeit gezählt, nach Frequenz klassifiziert und gespeichert.
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Bei einem vierten Schritt 4 des Ablaufs erfolgt eine Messdatenauswertung. In der Datenbank 18 sind frequenzabhängig für empfindliche Frequenzen des Kraftfahrzeugbauteils 10, insbesondere für mehrere Kraftfahrzeugbauteile 10, jeweilige Schwellwerte für Häufigkeit und Zeitdauer von kritischen Schwingungsereignissen hinterlegt. Wird einer der beiden Schwellwerte für die Auftretenszeitdauer und/oder die Auftretenshäufigkeit überschritten, dann werden die Daten des zugeordneten Schwingungsereignisses, vorliegend die Schwingungsinformation 22, von dem onlinefähigen Kraftfahrzeug 12 an den Hersteller 24 übermittelt.
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In einem fünften Schritt 5a erfolgt eine Reaktion des Herstellers 24 in Abhängigkeit von der empfangenen Schwingungsinformation 22. Beim Hersteller 24 online einkommende Daten, vorliegend die Schwingungsinformation 22, können pro Fahrzeugtyp gezählt und gespeichert werden. Sollte es bei vielen gleichartigen Fahrzeugen zu häufigen und/oder lange dauernden kritischen Schwingungsanregungen kommen, so kann eine entwicklungsverantwortliche Abteilung des jeweiligen Kraftfahrzeugbauteils 10 zu einer notwendigen konstruktiven Veränderung des Kraftfahrzeugbauteils 10 aufgefordert werden. Die dazu notwendigen vorhandenen Daten, insbesondere die Schwingungsinformation 22, können der zuständigen Fachabteilung bereitgestellt werden. Gegebenenfalls kann eine sofortige Rückrufaktion mit Bauteilaustausch oder ein Bauteilaustausch im Rahmen eines Serviceintervalls vorgenommen werden.
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In einem zum bereits beschriebenen fünften Schritt 5a alternativen oder zusätzlichen weiteren Schritt 5b können ein Hinweissystem für einen Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs 12 sowie eine Gegenreaktion bereitgestellt werden. Über einen optischen Hinweis 30, insbesondere den Warnhinweis, in einem Kombiinstrument des Kraftfahrzeugs 12, vorliegend der Ausgabeeinrichtung 28, kann ein Fahrzeugführer bei Überschreitung der Schwellwerte auf die kritische Schwingungsanregung hingewiesen werden. Der Fahrzeugführer kann zusätzlich textlich darauf hingewiesen werden, eine Vertragswerkstatt des Herstellers 24 zur Überprüfung aufzusuchen. Optional kann eine Regelung zur Geschwindigkeitsreduzierung auf Kundenwunsch oder nach Hinweis und ohne Kundenwunsch aktiv durchgeführt werden.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein bedarfsgerecht gesteuerter Bauteilschutz umgesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeugbauteil
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Schwingungssignal
- 16
- Schwingung
- 18
- Datenbank
- 20
- Vergleich
- 22
- Schwingungsinformation
- 24
- Hersteller
- 26
- Steuereinrichtung
- 28
- Ausgabeeinrichtung
- 30
- Warnhinweis
- 32
- Regelungseingriff
- V1 bis V3
- jeweilige Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- SE 1751597 A1 [0002]
- DE 102017200855 A1 [0003]
