DE102005034149B3

DE102005034149B3 - Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005034149B3
Application number: DE102005034149A
Authority: DE
Inventors: Joachim Spratte; Klaus Warnken; Michael Dr. Klank; Alfons Dr. Noe; Günter Dr. Gödert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: CN101228423A; JP2009501912A; WO2007009422A1; US20080184577A1; US7643944B2; CN101228423B; KR20080038123A

Abstract

Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Halterung (1), einem mit der Halterung (1) verbundenen Gelenk (8), welches ein Gelenkgehäuse (20) und einen in diesem bewegbar gelagerten Gelenkzapfen (19) aufweist, einem mit dem Gelenk (8) verbundenen Bauteil (2), welches über das Gelenk (8) schwenkbar an der Halterung (1) gelagert ist, einer Winkelmessvorrichtung (17, 18), mittels welcher der Winkel(phi) des Bauteils (2) gegenüber der Halterung (1) erfassbar ist, und einer mit der Winkelmessvorrichtung (17, 18) verbundenen Auswerteeinrichtung (23), die einen mit der Winkelmessvorrichtung (17, 18) verbundenen zweifachen Differenzierer (24) aufweist, dem unter Zwischenschaltung einer Berechnungseinheit (25) ein Summierer oder Integrator (26) nachgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Halterung, einem mit der Halterung verbundenen Gelenk, welches ein Gelenkgehäuse und einen in diesem bewegbar gelagerten Gelenkzapfen aufweist, einem mit dem Gelenk verbundenen Bauteil, welches über das Gelenk schwenkbar an der Halterung gelagert ist, einer Winkelmessvorrichtung, mittels welcher der Winkel des Bauteils gegenüber der Halterung erfassbar ist, und einer mit der Winkelmessvorrichtung verbundenen Auswerteeinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines die Ermüdung eines schwenkbar an einer Halterung gelagerten Kraftfahrzeugbauteils kennzeichnenden Ermüdungswertes.
Das ständige Einwirken von Kräften und/oder Momenten (nachfolgend ebenfalls als Kräfte bezeichnet) auf stark beanspruchte Bauteile eines Kraftfahrzeugs kann zur Materialermüdung und nach bestimmter Zeit zum Bruch dieser Bauteile führen. Ein Ermüdungserkennungssystem könnte den Fahrer warnen, bevor es zum Bruch von Fahrwerkskomponenten kommt. Ferner ist es wünschenswert, vom Fahrer verursachte Überbeanspruchungen des Fahrzeugs bzw. der Bauteile zu erfassen. Um eine zuverlässige Ermüdungserkennung zu realisieren, ist es erforderlich, die auf die Bauteile wirkenden Kräfte möglichst exakt zu bestimmen. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Dehnungsmessstreifen. Problematisch sind dabei jedoch die hohe Temperaturabhängigkeit der Messwiderstände, die nachlassende Adhäsion des Klebers sowie die Kapselung der Dehnungsmessstreifen gegen Steinschlag. Derartige Dehnungsmessstreifen sind beispielsweise in der DE 299 06 983 U1 offenbart, mit Hilfe derer die Kräfte in einer Antriebskette ermittelt werden können.

In der EP 0 937 615 A2 wird des Weiteren offenbart, dass die Steigung und deren Veränderung eines Signals eines in einem Reifen angeordneten Sensors als Maß für einen sich ändernden Kraftschluss des Reifens auf der Fahrbahn ausgewertet werden kann. Eine ähnliche Anordnung, bei die Veränderung eines Sensorsignals als Maß für die Lageänderung eines Bauteiles herangezogen wird, ist der DE 690 31 987 T2 zu entnehmen. Ferner ist aus der DE 37 21 682 A1 bekannt, eine Schwellwertstufe für das Signal eines Lagesensors vorzusehen, um bei Überschreiten dieser Stufe eine gezielte Ansteuerung oder anzeige zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messung der Ermüdung bzw. des Verschleißes eines stark beanspruchten Bauteils in einem Kraftfahrzeug unter Vermeidung von Dehnungsmessstreifen zu realisieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist eine Halterung, ein mit der Halterung verbundenes Gelenk, welches ein Gelenkgehäuse und einen in diesem bewegbar gelagerten Gelenkzapfen umfasst, ein mit dem Gelenk verbundenes Bauteil, welches über das Gelenk schwenkbar an der Halterung gelagert ist, eine Winkelmessvorrichtung, mittels welcher der Winkel des Bauteils gegenüber der Halterung erfassbar ist, und eine mit der Winkelmessvorrichtung verbundene Auswerteeinrichtung auf, wobei die Auswerteeinrichtung einen mit der Winkelmessvorrichtung verbundenen zweifachen Differenzierer (oder zweifachen Differentiator) umfasst, dem unter Zwischenschaltung einer Berechnungseinheit ein Summierer oder Integrator nachgeschaltet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist es möglich, die Ermüdung bzw. den Verschleiß des Bauteils mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen. Da das Bauteil im Fahrbetrieb des Fahrzeugs regelmäßig gegenüber der Halterung schwenkt und die Verschwenkung durch den Winkel zwischen dem Bauteil und der Halterung beschrieben werden kann, ergibt eine zweifache Differenzierung dieses Winkels nach der Zeit ein Maß für die Beschleunigung, welcher das Bauteil ausgesetzt ist. Diese Beschleunigung ist aber auch ein Maß für die auf das Bauteil wirkende Kraft.

Da es für die Ermüdung unerheblich ist, ob die wirkenden Kräfte die Geschwindigkeit des Bauteils erhöhen oder verringern (bremsen), wird von der Berechnungseinheit bevorzugt ein vorzeichenfreier Beschleunigungs- oder Kraftwert bestimmt, der kontinuierlich oder in diskreten Zeitabständen neu bestimmt werden kann, wobei die ermittelten vorzeichenfreien Beschleunigungs- oder Kraftwerte aufsummiert oder über die Zeit integriert werden.

Der von dem Summierer oder Integrator gebildete Wert wird nachfolgend als Ermüdungswert bezeichnet und kennzeichnet in einem für praktische Anwendungen in einem Kraftfahrzeug ausreichendem Maße die Ermüdung des Bauteils. Da für Bauteile in einem Kraftfahrzeug regelmäßig eine bestimmte Ermüdung zulässig ist, wird dem Summierer oder Integrator ein Schwellenwertgeber nachgeschaltet, dessen Ausgang erst dann aktiviert oder deaktiviert wird, wenn der Ermüdungswert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert ist bauteilabhängig und kennzeichnet die für das Bauteil maximal zulässige Ermüdung.

Im Vorfeld kann für das Gelenk und/oder für das Bauteil ein Lastprofil bestimmt werden, wobei ermittelt wird, bei welcher Last das Gelenk und/oder Bauteil mit welcher Frequenz wie viele Lastwechsel, Schwingungen und/oder Kipp- oder Drehbewegungen durchführen kann. Daraus lässt sich ein Grenzwert bestimmen, bei dem das Gelenk und/oder Bauteil als ermüdet bzw. verschlissen gilt. Der Schwellenwert kann dann auf Basis dieses Grenzwerts gebildet werden oder von diesem gebildet sein.

Der Schwellenwertgeber kann mit einer Fahrzeugsteuerung verbunden sein. Bevorzugt ist dem Schwellenwertgeber aber ein von diesem betätigbarer Signalgeber nachgeschaltet, der den Fahrer auf das Überschreiten des Schwellenwerts hinweist. Der Signalgeber kann z. B. als akustischer oder optischer Signalgeber ausgebildet sein und ist bevorzugt im Fahrgastinnenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet.

Damit bei einem Ausfall der Energieversorgung für die Auswerteeinrichtung der bis dahin ermittelte Ermüdungswert nicht verloren geht, kann der Summierer oder Integrator einen Speicher aufweisen. Dieser Speicher kann von einer zusätzlichen Batterie mit Energie versorgt werden und/oder als nicht flüchtiger Speicher ausgebildet sein, der den Ermüdungswert auch bei einem Ausfall der Energieversorgung gespeichert hält.

Der zweifache Differenzierer, die Berechnungseinheit und/oder der Summierer oder Intergrator können als analoge oder digitale Baugruppen ausgebildet sein. Bevorzugt sind der zweifache Differenzierer, die Berechnungseinheit und/oder der Summierer oder Integrator aber von wenigstens einem Digitalrechner bzw. von einem in diesem ablaufenden Programm gebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandener Computer über geeignete Software als Auswerteeinrichtung verwendet werden kann, so dass nur geringe Mehrkosten anfallen. Der zweifache Differenzierer, die Berechnungseinheit und/oder der Summierer oder Integrator können dann mittels einer Software auf numerischem Wege realisiert werden. Die Abtastfrequenz des zweifachen Differenzierers ist insbesondere größer als die Abtastfrequenz des Summierers oder Integrators, welche bevorzugt in der Größenordnung von ca. 1 Hz liegt. Insbesondere ist die Abtastfrequenz des zweifachen Differenzierers aber wenigstens zwei- bis dreimal so groß wie die Abtastfrequenz des Summierers oder Integrators.

Als Ermüdungswert können die Beträge der Beschleunigungen oder Kräfte, die auf das Bauteil wirken, über die Zeit aufsummiert oder integriert werden. Dies ist für viele Anwendungen ausreichend, so dass von der Berechnungseinheit als vorzeichenfreier Beschleunigungs- oder Kraftwert insbesondere der (absolute) Betrag des zweifach nach der Zeit differenzierten Messwertes gebildet wird. Die Berechnungseinheit weist somit einen Betragsbildner auf, der z.B. als Vollweggleichrichter ausbildbar ist oder von dem Digitalrechner gebildet sein kann.

Um eine höhere Genauigkeit für die Ermittlung des Ermüdungswerts zu erzielen, kann berücksichtigt werden, dass unterschiedlich starke Kräfte sich unterschiedlich stark auf die Ermüdung des Bauteils auswirken. Kräfte unterhalb einer gewissen Grenze können praktisch zu keiner Ermüdung führen, wohingegen Kräfte oberhalb einer bestimmten Grenze einen sofortigen Totalausfall zur Folge haben können. Die Abhängigkeit, wie schnell bestimmte Kräfte zu einem Ausfall führen, wird durch eine Funktion oder Kennlinie beschrieben, die auch als Wöhlerkurve bezeichnet werden kann. Die Kraft oder Beschleunigung oder der Betrag der Kraft oder Beschleunigung kann dieser Funktion als Wert übergeben werden, so dass deren Funktionswert ermittelbar ist. Zusätzlich kann das Produkt aus dem Funktionswert und dem zu dessen Ermittlung der Funktion übergebenen Wert berechnet werden. Der Funktionswert und/oder das Produkt können kontinuierlich oder in diskreten Zeitabständen neu bestimmt werden, wobei die ermittelten Funktionswerte oder Produkte oder die Beträge der Funktionswerte oder Produkte aufsummiert oder über die Zeit integriert werden. Die Funktion kann von der Berechnungseinheit realisiert bzw. mittels dieser umgesetzt werden. Insbesondere weist die Berechnungseinheit dafür eine die Funktion realisierende oder umsetzende Funktionseinheit auf. Ferner kann die Berechnungseinheit einen Betragsbildner umfassen. Insbesondere ist von der Berechnungseinheit zusätzlich das oben genannte Produkt bestimmbar, so dass die Berechnungseinheit bevorzugt einen Multiplikator aufweist. Das Produkt ist insbesondere ein vorzeichenfreier Wert, so dass der Betragsbildner entfallen kann.

Das Bauteil kann als Fahrwerksbauteil ausgebildet sein, welches besonders großen Belastungen im Kraftfahrzeug ausgesetzt ist. Insbesondere ist das Bauteil ein Fahrwerkslenker, z. B. ein oberer oder unterer Querlenker. Da Kraftfahrzeugslenker als Verbindungsmittel zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem Radträger eingesetzt werden, ist die Halterung bevorzugt von dem Fahrzeugaufbau oder von einem Radträger des Kraftfahrzeugs gebildet.

In Fahrwerken von Kraftfahrzeugen werden Elastomerlager oder sphärische Gelenke eingesetzt, welche das Gelenk bilden können. Unter einem sphärischen Gelenk soll hier ein Elastomer- bzw. Gummigelenk verstanden werden, welches in denselben Raumrichtungen bewegbar ist, wie ein Kugelgelenk. Dazu kann das Gelenk ein Innenteil und ein Außenteil aufweisen, wobei das Innenteil unter Zwischenschaltung eines Elastomerkörpers in dem Außenteil angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Gelenk aber um ein Kugelgelenk, wobei der Gelenkzapfen bzw. Kugelzapfen drehbar und schwenkbar in dem Gelenkgehäuse gelagert ist. Diese Lagerung kann unter Zwischenschaltung einer Kugelschale erfolgen.

Bevorzugt ist die Winkelmessvorrichtung in das Gelenk integriert, so dass sie durch das Gelenkgehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Ferner hat sich ein magnetisches Messverfahren für die Winkelmessvorrichtung als besonders störunanfällig erwiesen, so das die Winkelmessvorrichtung bevorzugt einen Magnet und einen mit diesem zusammenwirkenden magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist. Der Magnet kann dabei am oder im Gelenkzapfen und der magnetfeldempfindliche Sensor am oder im Gelenkgehäuse angeordnet sein.

Insbesondere wird von der Winkelmessvorrichtung der Winkel gemessen, den der Gelenkzapfen relativ zum Gelenkgehäuse einnimmt, da dieser Winkel auch denjenigen Winkel kennzeichnet, den das Bauteil relativ zur Halterung einnimmt. Der Winkel zwischen dem Bauteil und der Halterung wird somit zumindest mittelbar gemessen.

Vom Erfindungsgedanken eingeschlossen ist ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, einer ein Kraftfahrzeugbauteil aufweisenden Radaufhängung und wenigstens einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die gemäß allen zuvor genannten Ausgestaltungen weitergebildet sein kann.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines die Ermüdung eines schwenkbar an einer Halterung gelagerten Kraftfahrzeugbauteils kennzeichnenden Ermüdungswertes bzw. die Verwendung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zum Bestimmen eines die Ermüdung des Bauteils kennzeichnenden Ermüdungswertes durch

– Bestimmen von Winkeldaten durch aufeinanderfolgendes Messen des Winkels zwischen dem Bauteil und der Halterung,
– Bestimmen von Beschleunigungsdaten durch zweimaliges Differenzieren der Winkeldaten nach der Zeit,
– Bestimmen von vorzeichenfreien Kraftdaten auf Basis der Beschleunigungsdaten, und
– Bestimmen des Ermüdungswerts durch Aufsummieren oder Integrieren der vorzeichenfreien Kraftdaten über die Zeit.

Die Messvorrichtung kann dabei gemäß allen zuvor genannten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Der Begriff „Daten" soll auf die bevorzugte Verwendung eines Digitalrechners als Auswerteeinrichtung hinweisen. Es ist aber möglich, dass der Begriff „Daten" einen oder mehrere Werte bezeichnet, die als analoge oder digitale Signale zu Verfügung stehen, ohne dass ein Computer verwendet wird.

Die vorzeichenfreien Kraftdaten können durch Betragsbildung der Beschleunigungsdaten bestimmt werden. Ergänzend oder alternativ können die vorzeichenfreien Kraftdaten auf Basis einer Funktion oder Kennlinie ermittelt werden, die insbesondere als Wöhlerkurve bezeichnet wird. Die Funktion oder Kennlinie kann dabei aus dem im Vorfeld ermittelten Lastprofil bestimmt werden. Somit können die Beschleunigungsdaten oder deren Beträge oder aus den Beschleunigungsdaten oder deren Beträgen gebildete Kraftdaten oder deren Beträge der Funktion als Wert übergeben und deren Funktionswert ermittelt werden. Die vorzeichenfreien Kraftdaten können dann auf Basis der Funktionswerte bestimmt werden. Insbesondere wird zur Bestimmung der vorzeichenfreien Kraftdaten jeder Funktionswert mit dem Wert multipliziert, welcher der Funktion zur Bestimmung dieses Funktionswertes übergeben worden ist.

Grundsätzlich ist es möglich, den Winkel, die Winkeldaten, die Beschleunigungsdaten, die vorzeichenfreien Kraftdaten sowie den Ermüdungswert mit geeigneten Faktoren zu modifizieren. Z.B. können zwischen der Winkelmessvorrichtung und der Auswerteeinrichtung, zwischen dem zweifachen Differenzierer und der Berechnungseinheit, zwischen der Berechnungseinheit und dem Summierer oder Integrator und/oder nach dem Summierer oder Integrator zusätzliche Baugruppen geschaltet sein, die insbesondere Formfaktoren oder Proportionalitätskonstanten berücksichtigen. Ist die Auswerteeinrichtung von einem Digitalrechner gebildet, können auch diese zusätzlichen Baugruppen mittels des Digitalrechners realisiert werden. Dazu ist lediglich eine Modifikation der Software erforderlich. Insbesondere können die Bewegungen (Winkel), Frequenzen und/oder Lasten des Gelenks im Betrieb des Kraftfahrzeugs aufgenommen und in einem z.B. in der Auswerteeinrichtung vorgesehenen Langzeitspeicher abgelegt werden. Ferner kann in diesem Langzeitspeicher oder in einem anderen Speicher der Auswerteeinrichtung das im Vorfeld ermittelte Lastprofil abgelegt sein und mit den während des Betriebs aufgenommenen und in dem Langzeitspeicher gespeicherten Daten verglichen werden, so dass bei Überschreiten des Grenzwerts die Ausgabe eines Warnsignals erfolgen kann. Die Berechnungseinheit oder die Funktionseinheit kann z.B. den Speicher mit dem darin abgelegten Lastprofil aufweisen und in Abhängigkeit von einem der Berechnungseinheit bzw. Funktionseinheit zugeführten Eingangswert einen Ausgangswert auf Basis des Lastprofils bzw. der Kennlinie generieren und abgeben. Die Auswertung der bevorzugt kontinuierlich oder quasikontinuierlich erfassten Winkeldaten muss nicht in Echtzeit erfolgen, sondern kann zeitlich verzögert durchgeführt werden. Diese zeitliche Verzögerung ist aber insbesondere klein genug, damit der verschlissene oder ermüdete Zustand des Gelenks noch rechtzeitig entdeckt werden kann.

Die Kraft in Fahrwerksbauteilen lässt sich indirekt über die Beschleunigung dieser Teile im Fahrbetrieb bestimmen. Zur Messung der Beschleunigung eignet sich der Winkelsensor, der insbesondere in dem Kugelgelenk integriert sein kann. In diesem Fall misst der Winkelsensor den Winkel, den der Gelenkzapfen zum Gehäuse einnimmt und bildet damit auch die Lage z.B. eines oberen und unteren Querlenkers sowie eines Radträgers ab. Durch zweimalige numerische Differentiation der Winkeldaten lässt sich die Beschleunigung in dem Fahrwerksbauteil berechnen, die proportional zur Kraft ist. Von diesen Kräften oder Beschleunigungen wird z.B. der Betrag und/oder das oben genannte Produkt gebildet, wonach die vorzeichenfreien Kräfte oder Beschleunigungen aufsummiert werden und somit Informationen über die Belastungen im Fahrwerk liefern. Die Winkelmessvorrichtung kann dabei mit der Auswerteeinrichtung integriert ausgebildet sein. Aus den ermittelten Belastungen lässt sich feststellen, ab wann ein Bauteil die Ermüdungsgrenze erreicht oder überschritten hat.

Ergänzend können aus vorhandenen Mehrkörpermodellen und/oder Messdaten aus Prototypenphasen Übertragungsfunktionen zwischen Winkel und versagensrelevanter Kraft berechnet werden, wobei die Übertragungsfunktionen mittels der Berechnungseinheit bzw. der Funktionseinheit realisiert oder umgesetzt werden können. Die Übertragungsfunktionen können z.B. im Zeit- oder im Frequenzbereich formuliert werden. Die Erfindung ist aber unabhängig vom verwendeten mathematischen Modell. Da die zweifache zeitliche Ableitung der Winkel bzw. Winkeldaten die Beschleunigung des Bauteils und somit auch die auf dieses wirkende Kraft kennzeichnet, erfolgt stets eine direkte oder indirekte zweifache Differentiation der Winkel oder Winkeldaten nach der Zeit, unabhängig davon, ob z.B. die Differentiation im Frequenzbereich durch eine Multiplikation oder im Zeitbereich numerisch durch Differenzen- und Quotientenbildungen beschrieben wird.

Im Fahrwerk treten Temperaturen von –40°C bis +125°C auf, wobei die erfindungsgemäße Messvorrichtung gegenüber der Verwendung von Dehnungsmessstreifen zu einer deutlichen Verbesserung der Genauigkeit führt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Ansicht einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
2: eine schematische Ansicht eines Kugelgelenks nach 1 mit integrierter Winkelmessvorrichtung,
3: ein schematisches Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung nach 1 und
4: eine Variante der Auswerteeinrichtung nach 3.
Aus 1 ist eine schematische Ansicht einer Radaufhängung 5 ersichtlich, wobei ein Radträger 1 über einen oberen Querlenker 2, einen unteren Querlenker 3 und einen Führungslenker 4 mit einem Fahrzeugaufbau 6 eines teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 7 verbunden ist. Der obere Querlenker 2 ist über ein Kugelgelenk 8 mit dem Radträger 1 und über ein sphärisches Gelenk 9 mit dem Fahrzeugaufbau 6 verbunden. Der untere Querlenker 3 ist über ein Kugelgelenk 10 mit dem Radträger 1 und über ein Elastomerlager 11 mit dem Fahrzeugaufbau 6 verbunden. Ferner ist der Führungslenker 4 über ein Kugelgelenk 12 mit dem Radträger 1 und über ein Elastomerlager 13 mit dem Fahrzeugaufbau 6 verbunden. An dem Radträger 1 ist ein Reifen bzw. Rad 14 drehbar gelagert, welches in einem Radaufstandspunkt 15 in Kontakt mit einer schematisch dargestellten Fahrbahn 16 steht.
Aus 2 ist eine schematische Ansicht des Kugelgelenks 8 ersichtlich, in welches eine ein Magnet 17 und einen magnetfeldempfindlichen Sensor 18 aufweisende Winkelmessvorrichtung integriert ist. Dabei ist der magnetfeldempfindliche Sensor 18 im Gehäuse 20 des Kugelgelenks 8 angeordnet, wohingegen der Magnet 17 im Kugelzapfen 19 des Kugelgelenks 8 sitzt, welcher drehbar und schwenkbar in dem Kugelgelenkgehäuse 20 gelagert ist. Das Kugelgelenkgehäuse 20 ist fest mit dem oberen Querlenker 2 verbunden, wohingegen der Kugelzapfen 19 an dem Radträger 1 festgelegt ist.
Mit der in den 1 und 2 gezeigten Radaufhängung ist eine Verschleißmessung für den oberen Querlenker 2 möglich. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, eine derartige Messung auch für einen oder mehrere der anderen Lenker der Radaufhängung durchzuführen.
Der in 2 dargestellte Winkel φ kennzeichnet die Verschwenkung zwischen der Längsachse 21 des Kugelzapfens 19 und der Längsachse 22 des Kugelgelenkgehäuses 20. Dieser Winkel φ beschreibt auch die Verschwenkung des oberen Querlenkers 2 relativ zum Radträger 1 bzw. zum Fahrzeugaufbau 6 und wird mittels der Winkelmessvorrichtung bestimmt. Die Winkelmessvorrichtung bzw. der magnetfeldempfindliche Sensor 18 ist dabei mit einer aus 1 ersichtlichen und im Fahrzeugaufbau 6 angeordneten Auswerteeinrichtung 23 verbunden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der gemessene Winkel die Verdrehung des Kugelzapfens 19 gegenüber dem Gelenkgehäuse 20 um seine Längsachse 21 repräsentiert, da bei einer anderen Einbaulage des Gelenks 8 dieser Winkel die Verschwenkung des oberen Querlenkers 2 kennzeichnen kann.
Aus 3 ist ein schematisches Blockschaltbild der von einem Digitalrechner gebildeten Auswerteeinrichtung 23 ersichtlich, wobei der einen den Winkel φ repräsentierenden Wert liefernde magnetfeldempfindliche Sensor 18 mit einem zweifachen Differenzierer 24 verbunden ist. Dieser tastet den Ausgang des magnetfeldempfindlichen Sensors 18 mit einer ersten Abtastfrequenz ab und liefert einen zweifach nach der Zeit differenzierten Wert φ .., der einer als Betragsbildner ausgebildeten Berechnungseinheit 25 zugeführt wird, welche den Betrag von φ .. bildet. Der Ausgangswert |φ ..| der Berechnungseinheit 25 wird von einem Summierer 26 mit einer zweiten Abtastfrequenz abgetastet, die kleiner als die erste Abtastfrequenz ist. Der Betrag |φ ..| bildet dabei ein vorzeichenfreies Kraftsignal bzw. vorzeichenfreie Kraftdaten. Der Summierer 26 addiert die abgetasteten Werte und gibt als Ausgangssignal die berechnete Summe w ab, die den Verschleiß des Querlenkers 2 kennzeichnet. Der Summierer 26 weist einen Speicher 27 auf, der die Summe bzw. den Verschleißwert w auch bei einem Ausfall der Energieversorgung gespeichert hält. Der Wert w wird einem Schwellenwertgeber 28 zugeführt, der bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes einen Signalgeber 29 ansteuert, der bevorzugt als im Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs angeordnete Leuchte ausgebildet ist, die den Fahrer optisch auf eine Überschreitung des Schwellenwerts hinweist.
Aus 4 ist eine Variante der Auswerteeinrichtung 23 ersichtlich, wobei die Berechnungseinheit 25 eine eine Kennlinie bzw. ein Lastprofil beschreibende Funktionseinheit 30 und einen Multiplikator 31 aufweist. Abgesehen von der Berechnungseinheit 25 ist die Auswerteeinrichtung nach 4 aber identisch zu der Auswerteeinrichtung nach 3 aufgebaut. Allerdings kann der Schwellewertgeber 28 einen abweichenden bzw. angepassten Schwellenwert aufweisen.
Der Funktionseinheit 30 wird der Wert φ .. zugeführt, wobei die Funktionseinheit 30 als Ausgangswert den Funktionswert f(φ ..) in Abhängigkeit von der Kennlinie bzw. dem Lastprofil liefert. Der Ausgangswert f(φ ..) und der Wert φ .. werden dem Multiplizierer 31 zugeführt, der das Produkt f(φ ..)·φ .. bildet und an den Summierer 26 abgibt. Das Produkt f(φ ..)·φ .. bildet dabei insbesondere ein vorzeichenfreies Kraftsignal bzw. vorzeichenfreie Kraftdaten. Ergänzend kann die Berechnungseinheit 25 einen Betragsbildner aufweisen, der z.B. dem Multiplizierer 31 nachgeschaltet oder der Funktionseinheit 30 und/oder dem Multiplizierer 31 vorgeschaltet ist.
Die Kennlinie bzw. das Lastprofil ist bevorzugt im Vorfeld bestimmt worden und insbesondere in einem Speicher 32 der Berechnungseinheit 25 bzw. der Funktionseinheit 30 abgelegt.

1: Radträger
2: Oberer Querlenker
3: Unterer Querlenker
4: Führungslenker
5: Radaufhängung
6: Fahrzeugaufbau
7: Kraftfahrzeug
8: Kugelgelenk
9: Sphärisches Gelenk
10: Kugelgelenk
11: Elastomerlager
12: Kugelgelenk
13: Elastomerlager
14: Rad
15: Radaufstandspunkt
16: Fahrbahn
17: Magnet
18: Magnetfeldempfindlicher Sensor
19: Kugelzapfen
20: Kugelgelenkgehäuse
21: Längsachse des Kugelzapfens
22: Längsachse des Gelenkgehäuses
23: Auswerteeinrichtung
24: Zweifacher Differenzierer
25: Berechnungseinheit
26: Summierer oder Integrator
27: Speicher des Summierers oder Integrators
28: Schwellenwertgeber
29: Signalgeber
30: Funktionseinheit der Berechnungseinheit
31: Multiplikator der Berechnungseinheit
32: Speicher der Berechnungseinheit
φ: Winkel zwischen Kugelzapfen und Gelenkgehäuse, Winkeldaten
φ ..: Beschleunigungsdaten
|φ ..|: vorzeichenfreie Kraftdaten
f(φ ..)·φ ..: vorzeichenfreie Kraftdaten
w: Ermüdungswert, Ermüdungsdaten

Claims

Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Halterung (1), einem mit der Halterung (1) verbundenen Gelenk (8), welches ein Gelenkgehäuse (20) und einen in diesem bewegbar gelagerten Gelenkzapfen (19) aufweist, einem mit dem Gelenk (8) verbundenen Bauteil (2), welches über das Gelenk (8) schwenkbar an der Halterung (1) gelagert ist, einer Winkelmessvorrichtung (17, 18), mittels welcher der Winkel (φ) des Bauteils (2) gegenüber der Halterung (1) erfassbar ist, und einer mit der Winkelmessvorrichtung (17, 18) verbundenen Auswerteeinrichtung (23), dadurch gekennzeichnet, dass – die Auswerteeinrichtung (23) einen mit der Winkelmessvorrichtung (17, 18) verbundenen zweifachen Differenzierer (24) aufweist, dem unter Zwischenschaltung einer Berechnungseinheit (25) ein Summierer oder Integrator (26) nachgeschaltet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Summierer oder Integrator (26) ein Schwellenwertgeber (28) nachgeschaltet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Schwellenwertgeber (28) ein diesem nachgeschalteter Signalgeber (29) betätigbar ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Summierer oder Integrator (26) einen Speicher (27) aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweifache Differenzierer (24), die Berechnungseinheit (25) und der Summierer oder Integrator (26) als digitale Baugruppen ausgebildet oder von wenigstens einem Digitalrechner (23) gebildet sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz des zweifachen Differenzierers (24) größer als die Abtastfrequenz des Summierers oder Integrators (26) ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil von einem Lenker (2) in der Radaufhängung (5) des Kraftfahrzeugs (6) gebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung von einem Fahrzeugaufbau (6) oder von einem Radträger (1) des Kraftfahrzeugs gebildet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessvorrichtung in dem Gelenk (8) integriert ist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (25) einen Betragsbildner aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (25) eine Funktionseinheit (30) und einen Multiplikator (31) aufweist.
Verfahren zum Bestimmen eines die Ermüdung eines schwenkbar an einer Halterung gelagerten Kraftfahrzeugbauteils kennzeichnenden Ermüdungswertes durch – Bestimmen von Winkeldaten durch aufeinanderfolgendes Messen des Winkels (φ) zwischen dem Bauteil (2) und der Halterung (1), – Bestimmen von Beschleunigungsdaten (φ ..) durch zweimaliges Differenzieren der Winkeldaten (φ) nach der Zeit, – Bestimmen von vorzeichenfreien Kraftdaten (|φ ..|) auf Basis der Beschleunigungsdaten (φ ..), und – Bestimmen des Ermüdungswerts (w) durch Aufsummieren oder Integrieren der vorzeichenfreien Kraftdaten (|φ ..|) über die Zeit.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzeichenfreien Kraftdaten (|φ ..|) durch Betragsbildung der Beschleunigungsdaten (φ ..) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lastprofil bestimmt wird und die vorzeichenfreien Kraftdaten auf Basis dieses Lastprofils ermittelt werden.