DE3937403A1

DE3937403A1 - Monitoring functionality of motor vehicle chassis during travel - using microcomputer to process vibration detector signals to monitor wheel imbalance and shock absorber state

Info

Publication number: DE3937403A1
Application number: DE19893937403
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Dr Halbmann; Lothar Dipl Ing Witte
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1989-11-10
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1991-05-16

Abstract

The method of monitoring the functionality of vehicle chassis during travel involves the use of vibration detectors whose output signals are processed in a microcomputer and fed to a display. The vibration in each wheel's suspension is measured in the X and Y directions in at least two mutually inclined planes. The transducer (2) output signals (3) are processed and evaluated by the microcomputer (4) with the associated speed signals in digitised form. USE/ADVANTAGE - Esp. for monitoring tyre press., wheel imbalance and shock absorber state. Noise factors are eliminated to enable improved functionality monitoring during travel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Fahrwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and a device for monitoring the functionality of a chassis according to the preamble of the claim 1.

Aus der DE-PS 29 05 931 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Stoßdämp fern und Reifenluftdruck von Fahrzeugrädern bekannt, bei der Beschleuni gungssensoren verwendet werden. Ein Beschleunigungssensor ist am Rad und ein weiterer Sensor ist an der Karosserie angeordnet. Beiden Sensoren wird eine Auswerteschaltung zugeordnet und über eine Vergleichseinrichtung werden die Signale untereinander mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Hierdurch wird die Fahrsicherheit von Kraftfahrzeugen durch die Feststellung von Ausfällen und Defekten am Stoßdämpfer sowie der Räder beeinflußt.From DE-PS 29 05 931 is a device for monitoring shock absorbers far and known tire air pressure from vehicle wheels when accelerating tion sensors are used. An acceleration sensor is on the wheel and one another sensor is arranged on the body. Both sensors become one Evaluation circuit assigned and a Signals compared with each other with specified target values. This will the driving safety of motor vehicles through the detection of failures and defects on the shock absorber and the wheels affected.

Desweiteren ist aus der DE-OS 37 14 470 eine Einrichtung zum Überwachen von Schwingungserregern in Fahrwerkskomponenten bei Kraftfahrzeugen während des Fahrbetriebs bekannt, die horizontal wirkende Schwingungsaufnehmer z. B. am Radlager ohne einen Geschwindigkeitsbezug umfassen und die über einen Bord adapter abfragbar sind.Furthermore, from DE-OS 37 14 470 a device for monitoring Vibration exciters in chassis components in motor vehicles during the Driving operation known, the horizontally acting vibration sensor z. B. on Include wheel bearings without a speed reference and that over a board adapters can be queried.

Mit derartigen Überwachungseinrichtungen ist es aufgrund der Anordnung der Sensoren nur in einem gewissen Umfang möglich, defekte Stoßdämpfer und einen unzureichenden Reifenluftdruck bzw. eine Reifenunwucht festzustellen, da ein Herausfiltern von Störfaktoren durch die Meßebenen der Schwingungsaufnehmer nur unzureichend erfolgen kann.With such monitoring devices, it is due to the arrangement of the Sensors only possible to a certain extent, defective shock absorbers and one inadequate tire air pressure or tire imbalance, as a Filtering out disturbing factors through the measuring planes of the vibration sensors can only be insufficient.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Überwachung der Funktions tüchtigkeit eines Fahrwerks im Fahrbetrieb zu schaffen, bei der Störfaktoren ausgeschaltet werden und insbesondere die ständige überwachung der Stoßdämp fer, des Reifenluftdrucks und der Radunwucht gewährleistet ist. The object of the invention is to improve the monitoring of the function Efficiency of a chassis in driving operation to create, where disruptive factors be switched off and in particular the constant monitoring of the shock absorber fer, the tire pressure and the wheel imbalance is guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Un teransprüche.This object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved. The Un includes further advantageous features claims.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch in zwei unter einem Winkel zueinander angestellten Meßebenen die Schwingungen an den Radträgern jedes Fahrzeugrades in X- und Z-Richtung ge messen und die Ausgangssignale in Zusammenhang mit der zugehörigen Fahrge schwindigkeit verarbeitet und ausgewertet werden, wodurch es in vorteilhafter Weise gelingt, nicht vermeidbare Schwingungen zu erkennen, um Fehlinterpretationen auszuschließen. Die Geschwindigkeitssignale werden aus einem ABS-Steuergerät oder von einem Tachogeber erzielt.The main advantages achieved with the invention are that by the measurement planes set at two angles to one another Vibrations on the wheel carriers of each vehicle wheel in the X and Z directions measure and the output signals in connection with the associated Fahrge speed processed and evaluated, making it in advantageously succeeds in recognizing unavoidable vibrations in order to Exclude misinterpretations. The speed signals are off achieved by an ABS control unit or by a speedometer.

Es werden mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung nur diejenigen Reifenunwuchten festgestellt und angezeigt, die bei beiden Aufnehmern am Rad auftreten und die eine Phasenlage von annähernd 90° Winkellage zwischen sich aufweisen. Hierdurch können Ungleichförmigkeiten im Reifen, die nicht aus wuchtbar und nicht vermeidbar sind, erkannt und ausgeschlossen werden, so daß die Anteile der auswuchtbaren Reifenunwuchten genau zu ermitteln und zu beheben sind.There are only those with the monitoring device according to the invention Tire imbalances determined and displayed on both sensors on the wheel occur and the phase angle of approximately 90 ° angular position between them exhibit. This can cause non-uniformity in the tire that does not occur are balanced and unavoidable, recognized and excluded, so that the proportions of the unbalanced tire imbalances to be determined exactly are fix.

Die Überwachungseinrichtung ist in der Weise ausgelegt, daß die Auswertung der Radschwingungen nur bei außerhalb der Eigenfrequenz an der Radaufhängung liegenden Raddrehfrequenzen erfolgt. Dies wird umso genauer, je schneller das Fahrzeug fährt und je weiter die Raddrehfrequenz von der Eigenfrequenz der Radaufhängung entfernt ist.The monitoring device is designed in such a way that the evaluation the wheel vibrations only when the natural frequency on the wheel suspension is outside lying wheel rotation frequencies takes place. The faster, the more accurate this becomes the vehicle travels and the further the wheel rotation frequency from the natural frequency the suspension is removed.

Bei der Überschreitung einer geschwindigkeitsabhängigen Vibrationsstärke, z. B. aus Straßenrauhigkeiten, wird keine Auswertung vorgenommen werden, da sich Unwuchten nicht mehr auswirken.If a speed-dependent vibration level is exceeded, e.g. B. from road roughness, no evaluation will be made because unbalance no longer have an effect.

Ferner ist nach der Erfindung das Erkennen von defekten Dämpfern über die Schwingungsaufnehmer vorgesehen, welche die vermehrten Vibrationen am Rad träger erfassen. Durch einen Vergleich mit den Vibrationen an den anderen Rädern kann in der Auswertung der einzelne defekte Dämpfer erkannt werden. Auch bei dieser Überwachung ist darauf zu achten, daß die Raddrehzahl außer halb der Eigenfrequenzbereiche des Fahrwerks liegt und eine Messung über die Aufnehmer nicht bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten erfolgen soll, da in diesen Geschwindigkeitsbereichen keine ausreichenden Bewegungen, welche eine vernünftige Messung sicherstellen, stattfinden.Furthermore, according to the invention, the detection of defective dampers via the Vibration transducer is provided, which the increased vibrations on the wheel capture carrier. By comparing with the vibrations on the others The individual defective dampers can be recognized in the evaluation of wheels. Also with this monitoring, it must be ensured that the wheel speed is outside is half the natural frequency ranges of the chassis and a measurement over the Transducer should not take place at extremely low speeds, because in these speed ranges are not sufficient movements that a ensure sensible measurement, take place.

Bei der Kontrolle des Reifenluftdrucks über die Schwingungsaufnehmer wird erfindungsgemäß die Eigenfrequenz der vertikalen Radschwingungen im Mikro rechner laufend berechnet und in diesem mit radspezifischen Schwellwerten in einem Langzeitspeicher verglichen. Um bei einem defekten Dämpfer und gleichzeitigem Luftdruckverlust des Reifens eine Trennung hinsichtlich des Erkennens des defekten Reifens erzielen zu können, wird die Eigenfrequenz in vertikaler Richtung mit herangezogen. Sie wird sich bei Luftdruckverlust verkleinern, was durch eine Verringerung der vertikalen Radsteifigkeit bedingt ist. Bei defektem Dämpfer wird diese Eigenfrequenz nur geringfügig angehoben werden. Die Eigenfrequenz für jede Radaufhängung wird vom System über einen längeren Zeitraum gelernt (adaptives System).When checking the tire air pressure via the vibration sensor According to the invention, the natural frequency of the vertical wheel vibrations in the micro calculator continuously calculated and in this with wheel-specific threshold values in compared to a long-term storage. To with a defective damper and simultaneous loss of air pressure in the tire a separation in terms of To be able to detect the defective tire, the natural frequency in vertical direction. You will see air pressure loss downsize what by reducing the vertical wheel rigidity is conditional. If the damper is defective, this natural frequency becomes only marginal be raised. The natural frequency for each wheel suspension is determined by the system learned over a longer period of time (adaptive system).

Ein Fehlverhalten der überwachten Funktionen wie Reifenluftdruck, Radunwucht und Dämpferzustand kann über eine Anzeigevorrichtung in optischer oder aku stischer Form dem Fahrer während des Fahrbetriebs angezeigt werden.A malfunction of the monitored functions such as tire pressure, wheel imbalance and damper condition can be visual or acu via a display device be shown to the driver during driving operation.

Die Radsensoren nach der Erfindung umfassen jeweils eine Baueinheit, beste hend aus zwei bzw. drei Schwingungsaufnehmern für die Meßebenen X, Z, bzw. X, Y und Z, einen Mikrorechner und einen in diesen integrierten Analog-Digi tal-Wandler.The wheel sensors according to the invention each comprise a structural unit, the best Starting from two or three vibration sensors for the measuring planes X, Z or X, Y and Z, a microcomputer and an integrated analog digi valley converter.

Das Überwachungssystem ist in der Weise aufgebaut, daß es seine Funktionsfä higkeit selbst kontrollieren kann und der Zustand des Überwachungssystems angezeigt wird.The monitoring system is constructed in such a way that it functions ability to control itself and the condition of the monitoring system is shown.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Ausführung einer Überwachungseinrichtung mit einem Schwingungsaufnehmer pro Rad, der in verschiedenen Ebenen mißt, Fig. 1 shows an embodiment of a monitoring device with a vibration sensor per wheel, which measures in different planes,

Fig. 2 eine Baueinheit eines Schwingungsaufnehmers für die Messung in X-, Y- und Z-Richtung, Fig. 2 is a structural unit of a vibration sensor for the measurement in the X, Y and Z directions,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung einer Selbstüberwachungseinrichtung des Systems, und Fig. 3 is a schematic representation of a display device of a self-monitoring device of the system, and

Fig. 4 ein Diagramm für eine mögliche Strategie zur Überwachung der Radunwucht des Reifenluftdrucks und des Dämpferzustands. Fig. 4 is a diagram of a possible strategy for controlling wheel imbalance of the tire air pressure and the damper state.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, das an jedem Radträger einen Be schleunigungsaufnehmer 2 aufweist, der, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgebaut ist. Am Ausgang 3 jedes Aufnehmers 2 ist ein zentraler Mikrorechner 4 angeschlossen, in das die Ausgangssignale der Aufnehmer 2 und die Ge schwindigkeitssignale 7 eingehen. Über eine akustische oder optische Anzei geeinrichtung 8 wird das im Mikrorechner 4 ausgewertete Ergebnis im Fahrzeug, z. B. am Armaturenbrett, dem Fahrer angezeigt.In Fig. 1, a vehicle 1 is shown, which has a Be accelerometer 2 on each wheel carrier, which, as shown in Fig. 2, is constructed. At the output 3 of each transducer 2 , a central microcomputer 4 is connected, in which the output signals of the transducer 2 and the speed signals 7 are received . Via an acoustic or optical display device 8 , the result evaluated in the microcomputer 4 in the vehicle, for. B. displayed on the dashboard, the driver.

Der Schwingungsaufnehmer 2 besteht im wesentlichen aus einer Baueinheit und umfaßt drei integrierte Aufnehmer 2a, 2b und 2c, die in X- und Z- bzw. in X-, Y- und Z-Richtung messen und einen Mikrorechner 6, in den ein Analog-Digital-Wandler 5 integriert ist.The vibration transducer 2 consists essentially of a structural unit and comprises three integrated transducers 2 a, 2 b and 2 c, which measure in the X and Z or in the X, Y and Z directions and a microcomputer 6 , in the an analog-digital converter 5 is integrated.

Über die Aufnehmer 2 werden an jedem Radträger möglichst nahe der Radmitte in mindestens zwei Ebenen, z. B. in einer Längsebene X und in einer Vertikal ebene Z, die auftretenden Schwingungen gemessen und die Ausgangssignale mit dem Signal der gefahrenen Geschwindigkeit dem zentralen Mikrorechner 4 zuge führt. In diesem werden die im Mikrorechner 6 digitalisierten Daten nach einer Strategie ausgewertet, die es erlaubt, den Reifenluftdruck und die Funktionsfähigkeit des Dämpfers zu kontrollieren und den Unwuchtzustand des Reifens zu erfassen.About the transducer 2 are as close as possible to the wheel center in at least two levels, z. B. in a longitudinal plane X and in a vertical plane Z, the occurring vibrations are measured and the output signals with the signal of the driven speed leads to the central microcomputer 4 . In this, the data digitized in the microcomputer 6 are evaluated according to a strategy which allows the tire air pressure and the functionality of the damper to be checked and the unbalance condition of the tire to be recorded.

Die Auswertung des Zeitsignals erfolgt durch die Ermittlung der Gesamtschwingungsstärke, die Ermittlung der Schwingungsstärke in einem Frequenzfenster der Raddrehfrequenz und die Ermittlung der Schwingungsstärke in einem Frequenzfenster der Radeigenfrequenz. Der Vergleich dieser charakteristischen Werte mit den Werten der anderen Räder ermöglicht die Schlußfolgerung zu Luftdruckveränderung, Dämpferzustand und Wuchtzustand. The time signal is evaluated by determining the Total vibration strength, the determination of the vibration strength in one Frequency window of the wheel rotation frequency and the determination of the vibration strength in a frequency window of the natural wheel frequency. The comparison of these characteristic values with the values of the other wheels enables the Conclusion on air pressure change, damper condition and balance condition.

Insbesondere zur Überwachung der Reifenunwucht ist es bei der laufenden Mes sung über die Aufnehmer 2 zur Erzielung eines unverfälschten, von Fehlinter pretationen freien Ergebnisses erforderlich, daß die Auswertung außerhalb der Eigenfrequenzbereiche der Radaufhängungen geschieht und daß nur diejenigen Beschleunigungen, die in X- und Z-Richtung des Aufnehmers 2 am Rad auftreten und die zueinander eine Phasenlage von 90° Winkellage aufweisen, berücksichtigt werden. Hierdurch können die auswuchtbaren, von den unauswuchtbaren Unwuchten (Reifenungleichförmigkeiten) getrennt festgestellt werden.In particular for monitoring the tire imbalance, it is necessary for the current measurement via the transducers 2 to achieve an unadulterated result free of misinterpretations that the evaluation takes place outside the natural frequency ranges of the wheel suspensions and that only those accelerations that are in X and Z Direction of the transducer 2 occur on the wheel and which have a phase angle of 90 ° to one another are taken into account. In this way, the balanceable, unbalanced unbalances (tire irregularities) can be determined separately.

Bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten werden über die Aufnehmer 2 gemessene Ergebnisse verfälscht und geben zu Fehlinterpretationen Anlaß, da keine aus reichenden Bewegungen stattfinden. Um auszuschließen, daß sich die Wirkungs weise eines defekten Dämpfers und eines zu niedrigen Reifenluftdrucks aufhe ben können, wird die Eigenfrequenz des Systems überwacht.At extremely low speeds, the measured results are falsified by the transducers 2 and give rise to misinterpretations, since no sufficient movements take place. In order to rule out that the effects of a defective damper and a tire pressure that is too low can be avoided, the natural frequency of the system is monitored.

Die Ermittlungen von Veränderungen im Fahrwerk erfolgt in der Weise, daß die gemessenen Werte entweder mit einem Schwellwert oder mit den Werten an den anderen Rädern verglichen werden. Dabei werden die Vorderräder mit den Hinterrädern und/oder die Räder jeder Seite miteinander verglichen.Changes in the chassis are determined in such a way that the measured values either with a threshold value or with the values at the be compared to other bikes. The front wheels are with the Rear wheels and / or the wheels on each side compared.

Eine beispielsweise Strategie zur Überwachung, kann, wie nachfolgend darge stellt, in folgenden Schritten A bis G durchgeführt werden, wie in Fig. 4 näher gezeigt ist.A strategy for monitoring, for example, can be carried out in the following steps A to G, as shown below, as shown in more detail in FIG. 4.

Es kann z. B. in folgender Weise vorgegangen werden, daß zuerst über die Auf nehmer 2 gemessen, dann festgestellt wird, ob ein Brems- oder Beschleuni gungsvorgang vorliegt. Wenn dies der Fall ist, wird der Meßvorgang wieder holt. Nach der Messung wird der Frequenzbereich sondiert und hiernach er folgt eine Beurteilung der vier Räder, wobei diese miteinander verglichen werden und durch Feststellung von Abweichungen ein defektes Rad festgestellt wird. Die statische Unwucht wird durch Messung in den Richtungen X und Z über die Sensoren 2a und 2c vorgenommen. Hierbei werden die nicht auswucht baren Unwuchten ausgefiltert. Über die Fahrwerkseigenfrequenz wird durch Vergleich festgestellt, ob der Dämpfer defekt ist. Die gemessenen Ergebnisse werden abgespeichert. It can e.g. B. be proceeded in the following manner that first measured on the participants 2 , then it is determined whether a braking or accelerating supply process is present. If this is the case, the measuring process is repeated. After the measurement, the frequency range is probed and then an assessment is made of the four wheels, which are compared with one another and a defective wheel is found by detecting deviations. The static imbalance is determined by measuring in the X and Z directions via the sensors 2 a and 2 c made. The unbalance that cannot be balanced is filtered out. A comparison is made with the chassis natural frequency to determine whether the damper is defective. The measured results are saved.

Das Überwachungssystem ist nicht auf die vorgenannte Strategie beschränkt, sie kann entsprechend den Erfordernissen an das Fahrzeug ausgelegt werden.The surveillance system is not limited to the above strategy, it can be designed according to the requirements of the vehicle.

Zur Feststellung der Funktionsfähigkeit des Überwachungssystems ist eine Selbstkontrolle in der Weise möglich, daß die von den Aufnehmern 2 gemes senen Signale im zentralen Mikrorechner 4 derart auswertbar sind, daß eine OK- oder Nicht-OK-Anzeige des Systems und/oder des Fahrwerks optisch ange zeigt wird, wie Fig. 3 zeigt. Diese Anzeigeeinrichtung umfaßt optische Mit tel, wobei z. B. eine grüne Anzeige 9 aussagt, daß das System funktioniert und das Fahrwerk OK ist. Bei einer gelben Anzeige 10 konnte das System nicht messen, das Fahrwerk ist entweder OK oder nicht OK. Bei einer roten Anzeige 11 ist das System funktionierend und das Fahrzeug hat eindeutige Defekte.To determine the functionality of the monitoring system, a self-control is possible in such a way that the signals measured by the sensors 2 in the central microcomputer 4 can be evaluated such that an OK or not-OK display of the system and / or the chassis is optically indicated is shown as Fig. 3 shows. This display device includes optical tel, with z. B. a green indicator 9 indicates that the system is working and the chassis is OK. If the display 10 was yellow, the system could not measure, the chassis is either OK or not OK. If the display 11 is red, the system is functioning and the vehicle has clear defects.

Claims

1. A method for monitoring the functionality of a chassis for a motor vehicle while driving, in particular for monitoring the tire air pressure, the wheel imbalance and the damper condition by means of vibration sensors, the output signals of which are processed in a microcomputer and fed to a display device, characterized in that at least in two at an angle to each other levels the vibrations on the wheel carriers of each vehicle wheel in the X and Z directions are measured ge, and that the output signals ( 3 ) of the transducer ( 2 ) with the signals from the associated driving speed in digitized form with means of the central microcomputer ( 4 ) are processed and evaluated.

2. The method according to claim 1, characterized in that for the detection of Acceleration values when cornering a measurement on the wheel carriers a transducer takes place in a transverse plane in the Y direction.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that a Evaluation of the measurement made via the transducers in the microcomputer at ei ner inside and outside the determined natural frequency of the Wheel vibrations lying wheel rotation frequency takes place.

4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the natural frequencies of the vertical wheel vibrations calculated in the microcomputer and included in this wheel-specific threshold values are compared.

5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the signals measured by the transducers in the micro echo ner can be evaluated such that the monitoring system is functional checked and an OK or not OK display of the system and / or of the undercarriage.

6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the angular position of the two measurement planes between the transducers measuring in the X and Z directions ( 2 ) together with the driving speed on the one hand and the phase position between the measured signals in X and Z direction, on the other hand, allows separation of unbalanced and non-unbalanced wheel unbalances from tire irregularities.

7. Device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a misconduct of the monitored functions such as tire pressure, wheel imbalance and damper condition can be displayed to the driver via a display device.

8. Device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least two participants ( 2 a and 2 c) and a microcomputer ( 6 ) are combined to form a unit in a wheel sensor ( 2 ) and the computer ( 6 ) comprises an analog-to-digital converter ( 5 ).

9. Device for carrying out the method according to claim 8, characterized in that the wheel sensor 2 ) in three measuring planes includes acceleration accelerometers ( 2 c, 2 b and 2 a) in the X, Z and Y directions.

10. A device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one wheel carrier of the front axle and one wheel carrier of the rear axle is assigned a transducer ( 2 b) measuring in a transverse plane for the Y direction.