-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug.
-
Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen sich Straßenqualitätsangaben beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug ableiten lassen. Ein solches Verfahren beschreibt beispielsweise die
US 9 108 640 B2 . Bei diesem Verfahren werden die Position des Kraftfahrzeugs sowie Vibrationen in vertikaler Richtung ermittelt und daraus positionsabhängige Straßenqualitätsangaben abgeleitet. Die auf diese Weise erlangten Straßenqualitätsangaben eignen sich zur Verbesserung von Straßenkarten für Navigationsanwendungen. Mit dem bekannten Verfahren lassen sich anhand der Straßenqualitätsangaben zwar Defekte an den verwendeten Sensoren erkennen, eine Überwachung von Belastungen einzelner Bauteile ist hiermit allerdings nicht möglich.
-
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Überwachung der Belastung von Fahrwerks-Bauteilen eines Kraftfahrzeugs während der Fahrt zu ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug, welches mindestens einen Wankstabilisator mit einem Wankstabilisator-Sensor aufweist, wobei mit dem Wankstabilisator-Sensor ein Drehmoment direkt oder indirekt gemessen wird, welches ein Stabilisatorelement des Wankstabilisators auf Torsion beansprucht, und anhand des gemessenen Drehmoments eine Bauteil-Belastungsangabe ermittelt wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit dem Wankstabilisator-Sensor des Wankstabilisators ein Torsionsmoment gemessen, also ein Drehmoment, das ein Stabilisatorelement, insbesondere eine Drehstabfeder, des Wankstabilisators auf Torsion beansprucht. Die Messung kann direkt erfolgen, d.h. unmittelbar das Drehmoment erfassen. Alternativ kann die Messung indirekt erfolgen, beispielsweise indem ein Weg direkt gemessen wird, aus welchem das Drehmoment abgeleitet wird. Anhand des gemessenen Drehmoments wird dann eine Belastungsangabe für ein Bauteil bestimmt. Das durch den Wankstabilisator-Sensor gemessene Drehmoment wird üblicherweise zur Ansteuerung eines Aktors des Wankstabilisators herangezogen, so dass dem Wankstabilisator-Sensor eine Doppelfunktion zum Verringern von Wankbewegungen und zur Ermittlung der Bauteilbelastungsangabe zukommt.
-
Bevorzugt ist der Wankstabilisator ein aktiver Wankstabilisator, insbesondere ein elektromechanischer Wankstabilisator, über welchen Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs reduziert werden können. Derartige unerwünschte Wankbewegungen können beim Durchfahren von Kurven oder Überfahren von Unebenheiten entstehen. Der Wankstabilisator kann einem solchen Wankverhalten entgegenwirken. Bevorzugt ist der Wankstabilisator an einer Achse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Besonders bevorzugt umfasst der Wankstabilisator einen Aktor zur Erzeugung eines Dreh- bzw. Torsionsmoments, insbesondere einen Elektromotor. Beim dem Verfahren kommt bevorzugt ein Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches mehrere, insbesondere zwei, Wankstabilisatoren aufweist, beispielsweise einen ersten Wankstabilisator an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs und einen zweiten Wankstabilisator an einer Hinterachse der Kraftfahrzeugs.
-
Zur Erfassung der Bauteil-Belastungsangabe kann das Drehmoment kontinuierlich gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Drehmoment zur Erfassung der Bauteil-Belastungsangabe ereignisgesteuert zur messen, insbesondere wenn das Drehmoment einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kann immer dann eine Messung des Drehmoments erfolgen, wenn ein Aktor des Wankstabilisators aktiv ist, z.B. um einer unerwünschten Wankbewegung entgegenzuwirken.
-
Bevorzugt weist das Kraftfahrzeug mehrere Wankstabilisatoren mit jeweils einem Wankstabilisator-Sensor auf, wobei mit den Wankstabilisator-Sensoren der Wankstabilisatoren jeweils ein Drehmoment gemessen wird, wobei anhand der gemessenen Drehmomente Bauteil-Belastungsangaben für mehrere Bauteile, beispielsweise Stabilisatorelemente der mehreren Wankstabilisatoren, ermittelt werden. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug genau zwei Wankstabilisatoren aufweisen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Bauteil-Belastungsangabe eine Angabe für die Belastung des Stabilisatorelements des Wankstabilisators, beispielsweise ein im Durchschnitt anliegendes Drehmoment, ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, eine Drehmomentspanne, ein zeitlicher Verlauf des Drehmoments oder eine Gesamtschädigung des Stabilisatorelements.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Bauteil-Belastungsangabe eine Angabe für eine Belastung eines mit dem Wankstabilisator verbundenen Bauteils, insbesondere einer Koppelstange. Die Bauteil-Belastungsangabe kann eine im Durchschnitt anliegende Zugkraft, eine minimale Zugkraft, eine maximale Zugkraft, eine Zugkraftspanne, ein zeitlicher Verlauf der Zugkraft oder eine Gesamtschädigung des mit dem Wankstabilisator verbundenen Bauteils, insbesondere der Koppelstange, sein. Die an dem mit dem Wankstabilisator verbundenen Bauteil anliegende Zugkraft kann anhand des gemessenen Drehmoments und einem vorgegebenen Hebelarm bestimmt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug eine Positionsbestimmungseinrichtung auf, wobei mit der Positionsbestimmungseinrichtung die Position des Kraftfahrzeugs während der Messung des Drehmoments bestimmt wird und die ermittelte Bauteil-Belastungsangabe eine positionsbezogene Bauteilbelastungsangabe ist, die anhand des gespeicherten Drehmoments und der gespeicherten Position ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich eine Bauteil-Belastungsangabe für eine mit dem Kraftfahrzeug abgefahrene Strecke ermitteln. Es ist möglich, das Verfahren mit verschiedenen Fahrern und/oder verschiedenen Fahrzeugen mehrfach hintereinander durchzuführen, um eine statistische Auswertung der Bauteil-Belastungsangaben für eine bestimmte Strecke zu erhalten.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Positionsbestimmungseinrichtung einen zum Empfang von Satellitennavigationssignalen eingerichteten Empfänger aufweist. Der Empfänger ist bevorzugt für den Empfang von Satellitennavigationssignalen eines globalen Satellitennavigationssystems eingerichtet, beispielsweise des Global Positioning System (GPS), des Global Navigation Satellite System (GLONASS), Galileo oder Beidou.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das gemessene Drehmoment auf Lastwechsel überwacht wird. Lastwechsel des Drehmoments an dem Stabilisatorelement stellen eine Beanspruchung dar, die Einfluss auf die Lebensdauer des Stabilisatorelements oder auf die Lebensdauer mit dem Stabilisatorelement verbundener Bauteile, beispielsweise einer Koppelstange, haben kann. Insofern wird es über die Überwachung und ggf. Erfassung der Lastwechsel möglich, eine Gesamtschädigung des Stabilisatorelements und/oder des mit dem Stablisatorelements verbundenen Bauteils zu ermitteln.
-
Bevorzugt wird das gemessene Drehmoment gespeichert, wenn ein Lastwechsel des Drehmoments detektiert wurde. Da vor allem Lastwechsel für die Bestimmung einer Gesamtschädigung relevant sind, kann auf diese Weise die Zahl der zu speichernden Messwerte des Drehmoments reduziert werden.
-
Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn das gemessene Drehmoment in eine Drehmomentklasse klassifiziert wird, wenn ein Lastwechsel des Drehmoments detektiert wurde. Eine Drehmomentklasse stellt einen vorgegebenen Drehmomentbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze dar. Durch das Klassifizieren des gemessenen Drehmoments in eine Drehmomentklasse kann auf das Speichern des Drehmoments verzichtet werden. Vielmehr ist es ausreichend, einen Klassen-Zähler derjenigen Drehmomentklasse, in welche das gemessen Drehmoment klassifiziert wurde, zu erhöhen.
-
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn für jede Drehmomentklasse eine Teilschädigung ermittelt wird. Jeder Drehmomentklasse kann hierzu ein konstantes Drehmoment zugeordnet werden. Zur Ermittlung der Teilschädigung für jede Drehmomentklasse kann die Anzahl der ermittelten Lastwechsel pro Drehmomentklasse durch die maximal ertragbare Anzahl von Lastwechseln bei dem konstanten Drehmoment gemäß einer für das Bauteil, beispielsweise das Stabilisatorelement oder die Koppelstange, charakteristischen Wöhler-Kennline, geteilt werden.
-
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei welcher eine Warnung erzeugt wird, wenn eine Summe mehrerer Teilschädigungen einen vorgegeben Schwellenwert überschreitet. Der vorgegebene Schwellenwert wird bevorzugt derart gewählt, dass er niedriger ist als ein Schädigungswert, bei dem ein Versagen, insbesondere ein Bruch, des Bauteils zu befürchten ist. Hierdurch wird es möglich, den Benutzer des Kraftfahrzeugs vor dem wahrscheinlichen Versagen des Bauteils zu warnen, so dass ein Austausch des Bauteils erfolgen kann, bevor es zu einem Versagen des Bauteils kommt.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mit einem weiteren Sensor eine weitere Messgröße gemessen wird, wobei die Bauteil-Belastungsangabe anhand des gemessenen Drehmoments und anhand der weiteren Messgröße ermittelt wird. Der weitere Sensor kann beispielsweise ein Höhenstandssensor sein, über den der Höhenstand einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Abstand der Karosserie von einem Rad des Kraftfahrzeugs, gemessen wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Bauteil-Belastungsangabe in einer Auswerteeinrichtung ermittelt, die von dem Kraftfahrzeug entfernt angeordnet ist. Hierzu können das gemessene Drehmoment und/oder die ermittelte Drehmomentklasse und/oder die Position des Kraftfahrzeugs insbesondere drahtlos zu der Auswerteeinrichtung übertragen werden. Dabei kann eine separate Kommunikationsverbindung von dem zumindest einen Wankstabilisator-Sensor und der Positionsbestimmungseinrichtung zu der Auswerteeinrichtung vorgesehen sein. Alternativ kann das das Kraftfahrzeug ein Navigationssystem aufweisen, über welches das gemessene Drehmoment und/oder die ermittelte Drehmomentklasse und/oder die Position des Kraftfahrzeugs an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Bauteil-Belastungsangabe in einer Auswerteeinrichtung in dem Kraftfahrzeug ermittelt wird.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Wankstabilisator, der einen Wankstabilisator-Sensor aufweist, wobei mittels des Wankstabilisator-Sensors ein Drehmoment direkt oder indirekt messbar ist, welches ein Stabilisatorelement des Wankstabilisators auf Torsion beansprucht, und mit einer Auswerteeinrichtung, die eingerichtet ist, um anhand des gemessenen Drehmoments eine Bauteil-Belastungsangabe zu ermitteln.
-
Bei dem Kraftfahrzeug können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug beschrieben worden sind.
-
Bei dem Kraftfahrzeug können alternativ oder zusätzlich die vorteilhaften Merkmale oder Ausgestaltungen Anwendung finden, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug beschrieben worden sind.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flussdiagramm und
- 3 ein Wöhler-Diagramm zur Veranschaulichung der Abläufe Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, welches zur Durchführung eines Verfahrens zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug 1 geeignet ist. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen an einer Vorderachse angeordneten, ersten Wankstabilisator 2 und einen an einer Hinterachse angeordneten zweiten Wankstabilisator 2' auf. die Wankstabilisatoren 2, 2' sind als aktive, insbesondere elektromechanische, Wankstabilisatoren ausgebildet. Der erste und der zweite Wankstabilisator 2, 2' weist jeweils einen Aktor, insbesondere einen Elektromotor, auf, der ein Dreh- bzw. Torsionsmoment erzeugen kann. Beide Wankstabilisatoren 2, 2' weisen jeweils einen Wankstabilisator-Sensor zur Messung eines Drehmoments auf, das ein Stabilisatorelement, auf Torsion beansprucht. Zudem sind in beiden Wankstabilisatoren 2, 2' weitere Wankstabilisator-Sensoren vorgesehen, über welche ein Drehwinkel zwischen zwei Elementen des Wankstabilisators 2, 2', eine Drehzahl des Aktors des Wankstabilisators 2, 2' und die Temperatur gemessen werden.
-
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ferner mehrere, insbesondere vier, Höhenstandssensoren 3, 3', 3", 3"', welche jeweils den Höhenstand der Karosserie an einem Rad des Kraftfahrzeugs messen, insbesondere den Abstand zwischen der Karosserie und dem jeweiligen Rad. Bei den Rädern kann es sich sowohl um angetriebene als auch um nicht angetriebene Räder handeln. Zusätzlich können an den Rädern weitere Radlager-Sensoren vorgesehen sein.
-
Ein weiterer Bestandteil der Kraftfahrzeugs 1 ist eine Positionsbestimmungseinrichtung 4, über welche die Position des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt werden kann. Die Positionsbestimmungseinrichtung 4 weist einen zum Empfang von Satellitennavigationssignalen eingerichteten Empfänger auf. Der Empfänger ist bevorzugt für den Empfang von Satellitennavigationssignalen eines globalen Satellitennavigationssystems eingerichtet, beispielsweise des GPS, GLONASS, Galileo oder Beidou.
-
Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 1 eine Auswerteeinrichtung 5, die dazu eingerichtet ist, zumindest anhand des gemessenen Drehmoments eine Bauteil-Belastungsangabe zu ermitteln. Die Bauteil-Belastungsangabe umfasst eine Angabe für die Belastung des Stabilisatorelements des Wankstabilisators, beispielsweise ein im Durchschnitt anliegendes Drehmoment, ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, eine Drehmomentspanne, ein zeitlicher Verlauf des Drehmoments oder eine Gesamtschädigung des Stabilisatorelements. Ferner kann die Bauteil-Belastungsangabe eine Angabe für eine Belastung eines mit dem Wankstabilisator verbundenen Bauteils, insbesondere einer Koppelstange, umfassen. Die Bauteil-Belastungsangabe kann eine im Durchschnitt anliegende Zugkraft, eine minimale Zugkraft, eine maximale Zugkraft, eine Zugkraftspanne, ein zeitlicher Verlauf der Zugkraft oder eine Gesamtschädigung des mit dem Wankstabilisator verbundenen Bauteils, insbesondere der Koppelstange, sein.
-
Alternativ kann die Bauteil-Belastungsangabe eine positionsbezogene Bauteilbelastungsangabe sein, die anhand des gespeicherten Drehmoments und der gespeicherten Position ermittelt wird. Diese positionsbezogene Bauteil-Belastungsangabe kann als Datenpaket vorliegen, das neben der Bauteil-Belastungsangabe zusätzlich eine Position enthält, auf welche sich die Bauteil-Belastungsangabe bezieht. Die positionsbezogene Bauteil-Belastungsangabe kann in einem fahrzeugfesten Speicher 10 abgelegt werden oder über eine insbesondere drahtlose Kommunikationsverbindung an einen fahrzeugexternen Speicher übertragen werden. Die auf diese Weise ermittelten positionsbezogenen Bauteil-Belastungsangaben können genutzt werden, um eine statistische Auswertung der Bauteil-Belastungsangaben für eine bestimmte Strecke zu ermöglichen.
-
Anhand der Darstellung in 2 soll nachfolgend auf ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Überwachung der Belastung eines Fahrwerks-Bauteils beim Fahren mit einem Kraftfahrzeug 1 eingegangen werden, wie es am Beispiel der 1 beschrieben worden ist. Bei dem Fahrwerk-Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Stabilisatorelement eines Wankstabilisators oder eine Koppelstange handeln.
-
Die Wankstabilisator-Sensoren der beiden Wankstabilisatoren 2, 2' messen in einem Messschritt 100 kontinuierlich. Dabei wird überwacht, ob ein Lastwechsel an einem der Wankstabilisatoren 2, 2' vorliegt, d.h. ob sich das Vorzeichen gemessene Drehmoment zwischen einem ersten Messwert und einem zweiten Messwert verändert hat. Wenn in Messschritt 100 ein Lastwechselt detektiert wird, wird in einem Erfassungsschritt 101 das gemessene Drehmoment gespeichert. Zusätzlich findet eine Klassifikation des gemessenen Drehmoments statt. Hierbei wird das gemessene Drehmoment in eine Drehmomentklasse M1 , M2 , M3 , M4 klassifiziert, vgl. 3. Diesen Drehmomentklassen ist jeweils ein konstantes Drehmoment zugeordnet. Bei der Klassifikation wird das gemessene Drehmoment jeweils derjenigen Drehmomentklasse zugeordnet, deren konstantes Drehmoment dem gemessen Drehmoment am nächsten kommt. Insofern stellt jede Drehmomentklasse M1 , M2 , M3 , M4 einen vorgegebenen Drehmomentbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze dar. Durch das Klassifizieren des gemessenen Drehmoments in eine Drehmomentklasse ist es möglich, auf das Speichern des gemessenen Drehmoments zu verzichten und stattdessen lediglich die Anzahl der Messpunkte pro Drehmomentklasse zu erfassen. Hierzu ist für jede Drehmomentklasse ein Klassen-Zähler vorgesehen, der dann erhöht wird, wenn bei einem Lastwechsel ein gemessenes Drehmoment in die jeweilige Drehmomentklasse klassifiziert wird. Der vorstehend beschriebene Erfassungsschritt 101 kann in der Auswerteeinrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel werden in einem Übermittlungsschritt 102 die erfassten Informationen, insbesondere drahtlos, an ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1 übermittelt.
-
In einem nachfolgenden Übermittlungsschritt 103 werden die erfassten Informationen von dem Kraftfahrzeug 1, insbesondere von dem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1 an eine von dem Kraftfahrzeug entfernt angeordnete Auswerteeinheit übertragen. Diese Übertragung erfolgt bevorzugt drahtlos, insbesondere über eine Funkverbindung.
-
In dem Auswertungsschritt 104 erfolgt die Auswertung der übermittelten Informationen in der der Auswerteeinheit. Hierbei wird für jede Drehmomentklasse M1 , M2 , M3 , M4 eine Teilschädigung ermittelt, wobei die Anzahl der ermittelten Lastwechsel pro Drehmomentklasse M1 , M2 , M3 , M4 durch die maximal ertragbare Anzahl von Lastwechseln bei dem jeweiligen konstanten Drehmoment der Drehmomentklasse ermittelt wird. Hierzu wird eine für das Bauteil charakteristische Wöhler-Kennlinie herangezogen, die in der Auswerteeinheit gespeichert ist. Die Wöhler-Kennlinie 200 gibt in Abhängigkeit von der Anzahl an Lastwechseln N das Drehmoment M an, bei dem ein Versagen des Bauteils wahrscheinlich ist. Ein beispielhaftes Wöhler-Diagramm mit einer Wöhler-Kennlinie 200 ist in der 3 gezeigt.
-
In dem Auswertungsschritt 104 wird die Summe der Teilschädigungen gebildet und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Der vorgegebene Schwellenwert wird bevorzugt derart gewählt, dass er niedriger ist als der Schädigungswert, bei dem ein Versagen, insbesondere ein Bruch, des Bauteils zu befürchten ist. Übersteigt die Summe der Teilschädigungen den vorgegebene Schwellenwert, so wird eine Warnung erzeugt, die angibt, dass ein baldiges Versagen des Bauteils wahrscheinlich ist. Die Warnung wird bevorzugt an das Kraftfahrzeug 1 übermittelt und dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 angezeigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2, 2'
- Wankstabilisator
- 3, 3', 3", 3'"
- Höhenstandssensor
- 4
- Positionsbestimmungseinrichtung
- 5
- Berechnungseinrichtung
- 10
- Speicher
- 100
- Messschritt
- 101
- Erfassungsschritt
- 102
- Übermittlungsschritt
- 103
- Übermittlungsschritt
- 104
- Auswertungsschritt
- 200
- Wöhlerlinie
- M
- Drehmoment
- M1
- Drehmomentklasse
- M2
- Drehmomentklasse
- M3
- Drehmomentklasse
- M4
- Drehmomentklasse
- N
- Lastwechselzahl
-
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
-