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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren
für eine
Diagnose von Stoßdämpfern an
einem Fahrzeug, wobei wenigstens eine der Fahrzeugradachsen luftgefedert
ist.
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STAND DER
TECHNIK
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Die
meisten Fahrzeuge sind mit einem Radaufhängungssystem ausgerüstet, das
aus einer Federaufhängeinheit
und einer Stoßdämpfereinheit
besteht. Bei Kraftfahrzeugen besteht die Federaufhängeinheit
gewöhnlich
entweder aus einer Schraubenfeder, einer Blattfeder oder einer Luftfeder,
während die
Stoßdämpfereinheit
gewöhnlich
ein hydraulischer Stoßdämpfer ist.
Die Federaufhängeinheit
wird dazu verwendet, die Beanspruchungen am Fahrzeug zu verringern.
Die Stoßdämpfer dienen
dazu, die Schwingungen des Teils des Fahrzeugs zu dämpfen, der
gefedert aufgehängt
ist. Ein verbrauchter oder defekter Stoßdämpfer hat eine beeinträchtigte Dämpffähigkeit,
was bedeutet, dass das Dämpfen der
Schwingungen in dem Fahrzeug beeinträchtigt oder vollständig eingestellt
ist. Da die Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer die
Fahreigenschaften des Fahrzeugs beeinflusst, führt eine beeinträchtigte Dämpfungsfähigkeit
zu beeinträchtigten
Fahreigenschaften und im schlimmsten Fall dazu, dass das Fahren
des Fahrzeugs nicht mehr sicher ist.
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Wenn
ein Stoßdämpfer verschlissen
oder defekt ist, muss er durch einen neuen Stoßdämpfer ersetzt werden. An Autos
erfolgt dies gewöhnlich
abhängig
vom Alter des Stoßdämpfers und/oder
von der Kilometerleistung, während
der der Stoßdämpfer im
Einsatz war. Manchmal erfolgt kein Austausch der Stoßdämpfer, bis
der Fahrer feststellt, dass die Stoßdämpfer merklich schlechter sind,
beispielsweise wenn das Auto unnormal schaukelt. Für Autos,
insbesondere für
Autos, die mit geringen Lasten gefahren werden, können diese
Maßnahmen
akzeptierbar sein. Bei Fahrzeugen, die mit schweren Lasten fahren,
oder bei Schwerlastfahrzeugen, wie Lastkraftwagen, ist eine solche
Maßnahme
jedoch nicht akzeptierbar. Da das Alter der Stoßdämpfer eines Lastkraftwagens
in großem
Ausmaß von
der Last abhängt,
ist es nicht möglich,
Alter und/oder Kilometerstand als Austauschkriterium zu verwenden.
Zudem kann es vorkommen, dass die Stoßdämpfer an einer Achse schneller
verschleißen
als die Stoßdämpfer an
der anderen Achse, beispielsweise können die Stoßdämpfer an
einer Vorderachse schneller verschleißen als an einer Hinterachse.
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Um
die Wartungskosten zu optimieren, möchte man die Stoßdämpfer nicht
häufiger
als nötig austauschen.
Gleichzeitig möchte
man mit dem Austausch der Stoßdämpfer nicht
warten, bis das Fahren des Fahrzeugs nicht mehr sicher ist. Deshalb
wäre es wünschenswert,
wenn man den Zustand der Stoßdämpfer erfassen
könnte,
um eine geeignete Gelegenheit dafür bestimmen zu können, wann
die Stoßdämpfer ausgetauscht
werden müssen.
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Zur
Zeit gibt es kein gutes Verfahren zum Erfassen des Zustands von
Stoßdämpfern.
Eine übliche
Maßnahme
besteht darin, mit den Stoßdämpfern so
weit zu fahren, bis sich die Fahreigenschaften des Fahrzeugs aufgrund
der beeinträchtigten
Dämpfungseigenschaften
der Stoßdämpfer merklich
verschlechtern. Dies bedeutet, dass in bestimmten Fällen das
Fahren des Fahrzeugs unsicher werden kann.
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Eine
andere Maßnahme
besteht darin, auf der Basis des Kilometerstandes anzunehmen, wann die
Stoßdämpfern ausgetauscht
werden müssen.
Bei bestimmten Transportfahrzeugen ist es möglich, das Verhältnis zwischen
Last und Kilometerstand abzuschätzen.
Beispielsweise ist es eine vernünftige
Abschätzung
für einen
Holz transportierenden Lastkraftwagen, dass in etwa die eine Hälfte der
zurückgelegten
Kilometer mit voller Last und die andere Hälfte ohne Last gefahren werden.
In einem Spezialfall wie diesem kann dies vielleicht zufrieden stellend
funktionieren. Für
Fahrzeuge, die eine gemischte Ladung transportieren, ist dies ein
unzureichendes Verfahren.
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Eine
dritte Maßnahme
besteht darin, die Stoßdämpfer zu
demontieren und sie in einem Prüfgerät zu testen.
Es ist ein aufwändiges
und unpraktisches Verfahren.
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Die
EP 0455993 beschreibt ein
Verfahren zum Analysieren des Zustands von entweder einem Rad, einem
Reifen oder einem Stoßdämpfer an
einem Auto. Abhängig
davon, welches Bauteil zu analysieren ist, werden zwei oder mehr
Sensoren verwendet, die an zwei verschiedenen Radachsen angebracht
sind. Die beiden Radachsen müssen
von der gleichen Straßenunebenheit
angeregt werden. Nach einer Signalverarbeitung, bei der u.a. Signale von
der Vorder- und Hinterachse analysiert werden und die Differenz
zwischen den Signalen mit gespeicherten Werten verglichen wird,
kann der Zustand des Rads, des Reifens oder des Stoßdämpfers bestimmt
werden.
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Dieses
Verfahren kann vielleicht in bestimmten Fällen funktionieren, hat jedoch
eine Anzahl von Nachteilen. Zunächst
ist es erforderlich, eine Vielzahl von Sensoren zu haben, was teuer
ist und auch bedeutet, dass die Signalverarbeitung kompliziert ist. Zweitens
braucht das Verfahren Eingabewerte aus dem Fahrzeug, beispielsweise
die Fahrzeuggeschwindigkeit, was die Komplexität steigert. Zusätzlich ist
das Verfahren für
Fahrzeuge, wie Lastkraftwagen, nicht geeignet, bei denen sich die
Fahrzeugbelastung zwischen einem leeren und einem voll beladenen
Fahrzeug stark ändert.
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Die
EP 0223653 beschreibt ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften eines
Federaufhängungssystems
an einem Fahrzeug. Das Federaufhängungssystem
hat Stoßdämpfer und
Schraubenfedern. Zum Erfassen der Dämpfungseigenschaften der Stoßdämpfer, d.h.
um zu sehen, ob sich die Stoßdämpfer in
einem guten Zustand befinden, wird ein Signal gemessen, das die
Schwingungen der Federaufhängung
wiedergibt. Dieses Signal wird durch ein Bandpassfilter um den 12-Hz-Bereich
herum gefiltert, bei dem es sich um die Resonanzfrequenz der Reifen
für Autos
handelt. Dann wird die Amplitude des Signals unter Verwendung einer
permanent eingestellten analogen Hardware analysiert.
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Dieses
Verfahren kann ebenfalls in bestimmten Fällen funktionieren, insbesondere
bei Fahrzeugen mit Schraubenfedern. Der Nachteil besteht darin, dass
es für
Schraubenfedersysteme angepasst ist, was das Verfahren unnötig kompliziert
macht. Zusätzlich
analysiert das Verfahren parasitische Oszillationen der Reifen,
wodurch es abhängig
vom Zustand der Reifen und der Stoßdämpfer mehr oder weniger zuverlässig wird.
Das Verfahren wird auch durch Änderungen
im Gewicht des Fahrzeugs und durch Änderungen in der Federkonstanten
der Schraubenfedern beeinflusst, beispielsweise wenn die Schraubenfedern
alter.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein System für die Diagnose
von Stoßdämpfern für ein Fahrzeug
mit wenigstens einer luftgefederten Radachse zu erhalten, das so
einfach, billig und zuverlässig
wie möglich
ist und auch so wenig wie möglich
Bauelemente enthält,
sowie ein Verfahren zur Diagnose von Stoßdämpfern für ein Fahrzeug mit wenigstens
einer luftgefederten Radachse bereitzustellen, das so einfach, billig
und zuverlässig
wie möglich ist.
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Die
Lösung
für dieses
Problem nach der Erfindung ist bezogen auf das System in dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 und bezogen auf das Verfahren durch die Maßnahmen
im Anspruch 10 beschrieben. Die anderen Ansprüche enthalten vorteilhafte
Varianten und weitere Entwicklungen des Systems und des Verfahrens
nach der Erfindung.
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Bei
einem System zur Diagnose von Stoßdämpfern für ein Fahrzeug, bei dem wenigstens
eine der Fahrzeugradachsen luftgefedert ist, wobei das System eine
Steuereinheit und wenigstens eine Messvorrichtung aufweist, die
mit der Steuereinheit verbunden ist, und die Messvorrichtung ein
Signal misst, das den Schwingungen der Fahrzeugradaufhängung entspricht,
wird die Lösung
des der Erfindung zugrunde liegenden Problems dadurch erreicht, dass
die Steuereinheit die Eigenresonanzfrequenz der Fahrzeugradaufhängung analysiert.
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Das
Verfahren nach der Erfindung löst
das Problem mit Hilfe der Schritte, ein Signal, das den Schwingungen
der Fahrzeugradaufhängung
entspricht, durch Verwendung eines Sensors zu messen, das von dem
Sensor gemessene Signal unter Verwendung einer Recheneinheit zu
verarbeiten und wenigstens eine Meldung zu erzeugen, wenn das verarbeitete
Signal größer oder
kleiner als wenigstens ein erster vorgegebener Wert ist.
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Mit
Hilfe dieser ersten Ausgestaltung des Systems nach der Erfindung
kann eine Diagnose des Zustands der Stoßdämpfer an einer luftgefederten Radachse
ausgeführt
werden. Der Vorteil dieses Systems besteht in der Möglichkeit,
zu erfassen, wann die Dämpfungskapazität eines
Stoßdämpfers sich
so weit verschlechtert hat, dass der Stoßdämpfer ausgetauscht werden muss,
wobei nur ein Signal verwendet wird, das den Schwingungen der Fahrzeugradaufhängung entspricht.
Dieses Signal kann beispielsweise die Höhe des Chassis des Fahrzeugs, also
ein Signal sein, das bei Fahrzeugen mit elektronisch gesteuerter
Luftfederung schon verfügbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften ersten Weiterentwicklung des Systems nach der
Erfindung wird das gemessene Signal durch einen Tiefpassfilter geführt, so dass
nur die Schwingungen beibehalten werden, die der Eigenresonanzfrequenz
der Fahrzeugradaufhängung
entsprechen. Der Vorteil davon besteht darin, dass eine Störung und
parasitische Schwingungen, beispielsweise in den Reifen, herausgefiltert
werden, so dass eine zuverlässigere
Analyse der Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer durchgeführt werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften zweiten Weiterentwicklung des Systems nach der
Erfindung ist das System mit einem vorhandenen elektronischen Luftfederungssystem
integriert. Der Vorteil davon besteht darin, dass keine gesonderten
Bauelemente erforderlich sind.
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Bei
einer vorteilhaften dritten Weiterentwicklung des Systems nach der
Erfindung wird eine Meldung erzeugt, wenn das gemessene Signal größer oder
kleiner ist als wenigstens ein erster vorgegebener Wert. Das Ziel
davon ist, dem Fahrer Informationen über die Tatsache zu geben,
dass die Stoßdämpfer ausgetauscht
werden müssen.
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Ein
Verfahren nach der Erfindung zur Durchführung einer Diagnose der Stoßdämpfer für ein Fahrzeug
mit wenigstens einer luftgefederten Radachse weist die Schritte
auf:
- – Messen
eines den Schwingungen der Fahrzeugradaufhängung entsprechenden Signals
unter Verwendung eines Sensors,
- – Verarbeiten
des von dem Sensor gemessenen Signals unter Einsatz einer Recheneinheit
und
- – Erzeugen
von wenigstens einer Meldung, wenn das verarbeitete Signal größer oder
kleiner als wenigstens ein erster vorgegebener Wert ist.
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Der
Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es möglich ist,
eine Diagnose der Dämpfungsfähigkeit
eines Stoßdämpfers an
einem Fahrzeug auf einfache und zuverlässige Weise auszuführen.
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Bei
einer vorteilhaften ersten Weiterentwicklung des Verfahrens nach
der Erfindung werden die Schwingungen des von dem Sensor gemessenen
Signals in dem Bereich über
3 Hz mit Hilfe eines Tiefpassfilters herausgefiltert.
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Bei
einer vorteilhaften zweiten Weiterentwicklung des Verfahrens nach
der Erfindung wird die erzeugte Meldung in einer Speichereinheit
aufbewahrt. Dies hat den Vorteil, dass die Meldung später durch
eine externe Einheit analysiert werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften dritten Weiterentwicklung des Verfahrens nach
der Erfindung wird die erzeugte Meldung als eine Fehlermeldung unter
Verwendung einer Anzeigeeinheit angezeigt. Dies hat den Vorteil,
dass der Fahrer Informationen erhalten kann, dass die Stoßdämpfer ausgetauscht
werden müssen.
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Bei
einer vorteilhaften vierten Weiterentwicklung des Verfahrens nach
der Erfindung wird eine Fehlermeldung erzeugt, wenn ein zweites
vorgegebenes Ereignis eintritt. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer
Informationen erhalten kann, dass die Stoßdämpfer ausgetauscht werden müssen.
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Zu
einer vorteilhaften fünften
Weiterentwicklung des Verfahrens nach der Erfindung gehört der Schritt,
die Restlebensdauer des Stoßdämpfers mit Hilfe
der Kilometerleistung und/oder Betriebszeit abzuschätzen. Dies
hat den Vorteil, dass die Restlebensdauer des Stoßdämpfers zum
Zeitpunkt einer Wartung geschätzt
werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Ausführungen
näher beschrieben,
die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, in denen
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1 eine
vorteilhafte Ausführungsform
eines Diagnosesystems nach der Erfindung zeigt,
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2 eine
vorteilhafte weitere Entwicklung eines Diagnosesystems nach der
Erfindung zeigt und
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3 ein
Ablaufdiagramm eines Diagnoseverfahrens nach der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRUNGSARTEN
DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung und Weiterentwicklungen, die im Folgenden beschrieben werden,
sind nur als Beispiele anzusehen und sollen in keiner Weise den
Schutzumfang beschränken,
wie er durch die Ansprüche
vorgesehen wird. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich
die gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf die
gleiche Art von Bauteil. Deshalb ist in all den Ausführungsformen
jedes Bauteil im Einzelnen nicht beschrieben.
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1 zeigt
schematisch eine erste Ausführungsform
eines Systems 1 nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist das System 1 mit dem elektronischen Luftfederungssystem
(ECS = Electronic Controlled Suspension – Elektronisch gesteuerte Federung)
an einem Lastkraftwagen 2 integriert. Das ECS-System besteht
aus einem Sensor 4, einer elektronischen Steuereinheit 4 (ECU
= Electronic Control Unit), einer Anzahl von Luftbalken 3 und
Ventilen (nicht gezeigt), die den Luftstrom zu den Luftbalgen und
aus ihnen heraus regulieren. Die ECU-Einheit 5 sendet Steuersignale
zu den Ventilen, um die Höhe des
Fahrzeugs zu regulieren. Zusätzlich
ist die ECU-Einheit 5 mit anderen Steuereinheiten des Fahrzeugs
(nicht gezeigt) über
einen Datenbus verbunden.
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Der
Sensor 4 wird zum Messen der Höhe des Fahrzeugchassis verwendet,
auf die hier als Chassishöhe
Bezug genommen wird. Die momentane Chassishöhe erhält man mit Hilfe des Sensors, der
eine Abweichung in Form einer Höhenänderung aus
einer vorgegebenen Ausgangsposition zu einer vorgegebenen Zeit misst,
und diese Abweichung wird zu einem vorgegebenen Höhenwert
addiert oder von ihm subtrahiert. Eine Höhenänderung ergibt sich durch Messen
der Änderung
der Entfernung zwischen dem Chassis des Fahrzeugs und einer der Fahrzeughinterradachsen.
Ein Sensor üblicher
Bauweise ist ein Potentiometer, das an dem Fahrzeugchassis befestigt
ist und die Änderung
der Entfernung zwischen dem Chassis und der Radachse mit Hilfe eines
angelenkten Arms 8 misst, der an der Radachse befestigt
ist. Das Ausgangssignal des Potentiometers wird in der ECU-Einheit
in einen Höhenwert
umgewandelt. Wenn das Verhältnis
zwischen Widerstand und Höhe
linear ist, kann die Umwandlung durch analoge Einrichtungen ausgeführt werden, wenn
es jedoch nichtlinear ist, kann beispielsweise eine Tabelle oder
eine Umwandlungsfunktion verwendet werden.
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Für die Zwecke
der Berechnung kann die Chassishöhe
entweder durch einen Wert, der einem Absolutwert für die Chassishöhe entspricht,
oder durch einen Wert dargestellt werden, der eine Abweichung von
einer vorgegebenen Anfangsposition ist. Bei dem gezeigten Beispiel
misst der Sensor eine Abweichung in Form einer Höhenänderung. Abhängig von
der Art des Sensors und wie die ECU-Einheit ausgelegt ist, kann
ein Absolutwert oder ein Relativwert vorteilhaft sein.
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Es
ist natürlich
möglich,
andere Arten von Sensoren zum Messen der Entfernung zwischen dem
Chassis und der Radachse zu verwenden, beispielsweise einen optischen
Sensor, einen magnetischen Sensor oder einen Ultraschallsensor.
Die Höhe
des Chassis kann auf andere Weisen gemessen werden. Beispielsweise
kann die Entfernung zwischen dem Chassis und dem Boden gemessen
und als Höhenwert
verwendet werden.
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Es
ist auch möglich,
ein Signal zu erhalten, das einer Änderung der Fahrzeughöhe in anderer Weise
entspricht. Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor verwendet
werden, um die Beschleunigung des Fahrzeugs in Vertikalrichtung
zu messen. Dieser Wert entspricht einer Änderung in der Höhe des Fahrzeugs.
Ein anderes verwendbares Signal besteht darin, die Druckänderung
in einem der Luftbalge zu messen. Eine solche Druckänderung
gibt ein Maß für die Bewegung
des Fahrzeugs in Vertikalrichtung.
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Da
der Sensor 4 bei diesem Beispiel ein Potentiometer ist,
stellt er ein kontinuierliches analoges Ausgangssignal bereit. Andere
Arten von Sensoren können
ebenfalls ein analoges Ausgangssignal geben. Zur Verwendung sind
auch Sensoren geeignet, die ein abgetastetes Signal geben, gewährleistet muss
nur sein, dass die Abtastfrequenz ausreichend hoch ist, so dass
der interessierende gemessene Wert ohne Verzerrungen erhalten werden
kann. Da die Änderungen
in der Höhe
des Fahrzeugs relativ langsam erfolgen, ist eine relativ langsame
Abtastfrequenz ausreichend.
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Die
ECU-Einheit 5 überwacht
und steuert die Luftfederung. In einem üblichen Luftfederungssystem
kann die Höhe
des Fahrzeugs, wenn es sich in Ruhe befindet, durch die ECU-Einheit
eingestellt werden, die Informationen von einem Höhensensor bezüglich der
Höhe des
Chassis empfängt.
Dieser Höhenwert
wird mit einem Nennwert verglichen, der gesetzt werden kann. Wenn
sich der Höhenwert
von dem Nennwert unterscheidet, steuert die ECU-Einheit die Ventile
so, dass sie entweder Luft in die Luftbalge lassen oder Luft aus
den Luftbalgen herauslassen, was von der Abweichung abhängt, so
dass die eingestellte Höhe
erhalten werden kann. Diese Funktion wird auch verwendet, wenn das
Fahrzeug beladen wird. Wenn das Fahrzeug schwerer wird, gleicht das
System die Fahrzeughöhe
automatisch aus, so dass die Höhe
des Fahrzeugs während
des gesamten Beladeprozesses beibehalten wird.
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Wenn
das Fahrzeug beispielsweise auf einer Straße fährt, wird die automatische
Kompensation der Höhe
des Fahrzeugs deaktiviert. Dies macht man, damit das System keine
nicht korrekten Höheneinstellungen
ausführt,
wenn das Fahrzeug, beispielsweise auf einer unebenen Straße gefedert
wird.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform
ist das gesamte Fahrzeug 2 luftgefedert, d.h. sowohl die Hinterachse
als auch die Vorderachse ist luftgefedert. Das bedeutet, dass die
Diagnose des Zustands der Stoßdämpfer 7 sowohl
an der Vorderachse als auch an der Hinterachse ausgeführt werden
kann. Die Diagnose kann für
die Stoßdämpfer an
jeder Achse gleichzeitig ausgeführt
werden, d.h. die Diagnose der kombinierten Dämpfungskapazität der Stoßdämpfer kann
von dem System vorgenommen werden. Das Fahrzeug hat an jeder Achse
einen Sensor, der auch eine Diagnose gesondert für jede Achse ermöglicht.
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Zu
den Parameter, die normalerweise die Resonanzfrequenz einer Fahrzeugradaufhängung bestimmen,
gehören
die Federkonstante der Federn und die Masse des Fahrzeugs. Für ein Fahrzeug,
das luftgefedert ist, ist die Federkonstante eine Funktion der Fahrzeugmasse.
Wenn die Änderung
der Luftfeder während
des Federns gering ist, d.h. wenn die Federbewegung der Luftfeder
bezogen auf die Gesamtlänge
der Feder klein ist, kann die Wirkung der Fahrzeugmasse auf die
Resonanzfrequenz des Federsystems vernachlässigt werden, so dass die Resonanzfrequenz
der Radaufhängung
insgesamt konstant und somit unabhängig von der Fahrzeugmasse ist.
Man erhält
eine gute Annäherung,
wenn die Federbewegung der Luftfeder kleiner als etwa 10% der Gesamtlänge der
Feder ist, was bei einem normalen Fahrzeug mit Luftfederung der
Fall ist. Dieses Verhältnis
gilt nicht nur für
Fahrzeuge, sondern für
alle Systeme, die eine Luftfederung haben.
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Aus
dieser Annäherung
folgt, dass die Resonanzfrequenz eines Fahrzeugs mit Luftfederung
unabhängig
von der Fahrzeugmasse ist. Das bedeutet wiederum, dass das Fahrzeug
nicht mit einem Beladesensor zum Messen der Fahrzeugbeladung ausgerüstet zu
werden braucht. Ge nauso wenig ist irgendeine andere Art von Eingangssignal
für das
System erforderlich, um die Fahrzeugbelastung oder Informationen über seine
Geschwindigkeit usw. abzuschätzen.
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Während des
Federns, d.h. von dem Zeitpunkt, an dem die Radaufhängung in
Schwingung versetzt wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug über eine
Unebenheit auf der Straße
fährt,
bis zum vollständigen
dämpfen
der Schwingung, ist deshalb die Resonanzfrequenz konstant, während die
Amplitude der Schwingung abnimmt. Die Größe der Abnahme der Schwingung,
d.h. die Geschwindigkeit, mit der die Schwingung gedämpft wird,
beispielsweise wie viele Schwingungen erforderlich sind, um die Schwingung
zu dämpfen,
gibt ein Maß für die Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer.
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Was
zwischen den unterschiedlichen Fahrzeugtypen den Unterschied macht,
ist die Resonanzfrequenz der Radaufhängung, d.h. die Eigenfrequenz,
mit der die Radaufhängung
schwingt, wenn sie erregt wird. Der Ausdruck "Radaufhängung" umfasst hier den umgefederten Teil
des Fahrzeugs, beispielsweise Reifen, Felgen, Achse, usw., d.h.
die Resonanzfrequenz der Radaufhängung
ist die Resonanzfrequenz der ungefederten Masse. Diese Resonanzfrequenz
ist für
jeden Fahrzeugtyp bekannt. Die Resonanzfrequenz kann entweder gemessen,
beispielsweise in einer Versuchsanordnung, oder berechnet werden,
beispielsweise in einem Simulationsprogramm. Die Resonanzfrequenz
der Radaufhängung
für ein
Fahrzeug wird in der ECU-Einheit des
Fahrzeugs gespeichert. Eine typische Resonanzfrequenz für ein Fahrzeug
mit Luftfederung kann im Bereich um 1,5 Hz liegen. Es kann deshalb
zweckmäßig sein,
das Signal aus dem Sensor durch einen Tiefpassfilter zu schicken,
um Rauschen und Interferenz zu vermeiden, wobei entweder ein Analogfilter, der
in dem Sensor oder am Eingang in die ECU-Einheit sitzt, oder ein Digitalfilter
in der ECU-Einheit verwendet wird. Der Filter sollte eine Ausschnittsfrequenz
im Bereich unter 5 Hz abhängig
von der Steilheit des Filters haben, so dass Störungen, beispielsweise aus
den parasitischen Schwingungen des Reifens, die im Bereich über 10 Hz
liegen, ausgefiltert werden können.
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Das
erfindungsgemäße System
kann deshalb bei allen Arten von Fahrzeugen mit Luftfederung unabhängig von
der Konstruktion oder Beladung des Fahrzeugs verwendet werden. Bei
einem Fahrzeug mit einem elektronischen Luftaufhängungssystem ist es sehr leicht,
das System auszuführen,
da das elektronische Luftfederungssystem einen Höhensensor hat. Es sind deshalb
keine zusätzlichen
externen Bauelemente erforderlich, sondern nur eine Extrafunktion
in der Software.
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Bei
dem System nach der Erfindung verarbeitet die ECU-Einheit das gemessene
Chassis-Höhensignal,
das den Änderungen
in der Höhe
des Fahrzeugs entspricht. Die Signalverarbeitung erfolgt fortlaufend
durch die ECU-Einheit. Das Signal wird vorteilhafterweise in der
Zeitebene verarbeitet. Das Signal wird so analysiert, dass ein zeitabhängiger Amplitudenwert
erhalten wird. Dieser Amplitudenwert wird mit einem Schwellenwert
verglichen, der aus einem vorgegebenen Zeit- und Amplitudenwert
besteht, der in einer Speichereinheit in der ECU-Einheit gespeichert
ist. Der Schwellenwert ist ein Wert, der die maximal zulässige Differenz
zwischen dem momentanen Amplitudenwert und einem vorgegebenen Amplitudenwert
zu einem speziellen Zeitpunkt anzeigt. Beispielsweise kann der momentane
Amplitudenwert mit einem vorgegebenen Amplitudenwert nach drei Schwingungen
verglichen werden. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, bedeutet
dies, dass der Stoßdämpfer ausgetauscht
werden muss. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, wird ein Fehlersignal
erzeugt. Das Fehlersignal kann in einer Speichereinheit in der ECU-Einheit
beispielsweise zusammen mit der Zeitinformation aufbewahrt werden,
wann das Ereignis eingetreten ist. Gleichzeitig erzeugt die ECU-Einheit
eine Fehlermeldung, die beispielsweise als Textmeldung in einer
Anzeige in dem Kombiinstrument an dem Fahrzeug oder durch eine Lampe
angezeigt werden kann.
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Bei
einem anderen Beispiel wird der maximale Amplitudenwert des Chassis-Höhensignals über einem
Zeitintervall analysiert. Der maximale Wert über einem Zeitraum, beispielsweise
alle 0,7 s für
ein Fahrzeug mit 1,5 Hz Resonanzfrequenz, wird mit dem maximalen
Amplitudenwert für
den folgenden Zeitraum verglichen. Wenn die Amplitude in bekannter
Weise für
einen korrekt funktionierenden Stoßdämpfer abnimmt, kann das Dämpfen dadurch geschätzt werden,
dass die maximalen Amplitudenwerte für jeden Zeitraum verglichen
werden. Dies ergibt einen Wert für
die Dämpfungsfähigkeit
des Stoßdämpfers.
Wenn die Dämpfungsfähigkeit
von einer vorgegebenen Dämpfungsfähigkeit
abweicht, kann das System ein Fehlersignal erzeugen.
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Alternativ
kann ein Verringerungsgradient in dem Amplitudenwert berechnet werden.
Dieser Gradient kann mit einem vorgegebenen zulässigen Gradienten verglichen
werden. Es können
auch Abschnitte des Gradienten zur Bewertung verwendet werden, ob
die Dämpfungsfähigkeit
eines Stoßdämpfers akzeptabel
ist oder nicht. Beispielsweise kann der Gradient nach einem speziellen
Zeitintervall benutzt werden, um die Dämpfungseigenschaften zu bewerten.
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Auf
diese Weise kann das Verhalten der Stoßdämpfer für kleine Bewegungen als Prüfkriterium
verwendet werden.
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Es
ist auch möglich,
den Verringerungsgradienten in der Amplitude abzuleiten, um eine
Bewertung der Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer vorzunehmen.
Beispielsweise kann als Prüfkriterium
die Zeit einer Vorzeichenänderung
des abgeleiteten Signals verwendet werden.
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Das
Chassis-Höhensignal
kann auch in eine Frequenzebene auf eine dem Fachmann bekannte Weise
für die
Analyse umgeformt werden. Auch in der Frequenzebene ist es dann
die Abweichung von einer vorgegebenen Amplitude, die den Zustand
des Stoßdämpfers bestimmt.
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Bei
einer Ausführung
kann das sich ändernde
Fahrzeughöhensignal
mit einem Signal verglichen werden, das die Beschleunigung des Fahrzeugs
in Vertikalrichtung anzeigt. Dies kann von Vorteil sein, wenn das
Fahrzeug auf einer Straße
fährt,
die vereinzelt uneben ist, wo die Schwingungen des Fahrzeugs ansonsten
im System ein nicht korrektes Bild der Dämpfungsfähigkeit der Stoßdämpfer geben
würden.
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Wenn
die Dämpfungsfähigkeit
eines Stoßdämpfers sehr
langsam zunimmt, was der Fall bei normaler Abnutzung ist, kann es
schwierig sein, einen genauen Punkt festzulegen, bei welchem der Stoßdämpfer ausgetauscht
werden sollte. Es kann deshalb von Vorteil sein, das Fehlersignal
ebenfalls in irgendeiner Weise zu verarbeiten.
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Bei
einer ersten Weiterentwicklung des Systems nach der Erfindung kann
das Fehlersignal beispielsweise durch andere Parameter des Fahrzeugs gut
abgeschätzt
werden. Geeignete Parameter, mit denen sich das Fehlersignal gut
abschätzen
lässt, sind
die Kilometerleistung, die Betriebszeit, das Verhältnis zwischen
Kilometerleistung und Last oder die Gesamtänderung in der Chassishöhe. Eine
solche Abschätzung
kann die Genauigkeit erhöhen,
wann ein Stoßdämpferaustausch
ausgeführt
werden sollte. Beispielsweise kann das Fehlersignal so gefiltert werden,
dass eine Fehlermeldung nicht erfolgt, bis der Schwellenwert eine
vorgegebene Anzahl von Malen oder eine vorgegebene Anzahl von Malen
pro Zeiteinheit überschritten
worden ist. Es kann vorteilhaft sein, den Zähler jedesmal neu einzustellen, wenn
das Fahrzeug gestartet wird. Der Vorteil dieser Rücksetzung
des Zählers
besteht darin, dass kleine Abweichungen nicht berücksichtigt
werden, jedoch eine Fehlermeldung nicht erzeugt wird, bis der Stoßdämpfer einen
Austausch erfordert. Für
bestimmte Fahrweisen, beispielsweise für ein Lieferfahrzeug, kann
es vorteilhaft sein, den Zähler
nach einer speziellen Zeiteinheit zurückzustellen. Dies ist auch
vorteilhaft, wenn das Fahrzeug auf sehr unebenen Straßen fahrt,
wo ansonsten die Unebenheit der Straße ein falsches Bild der Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer geben
könnte.
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Bei
einer zweiten Weiterentwicklung des Systems nach der Erfindung wird
fortlaufend die Abweichung von dem Schwellenwert oder dem Unterdrückungswert
analysiert. Auf diese Weisen kann das System auch kleine Änderungen
in den Eigenschaften des Stoßdämpfers erfassen.
Zusätzlich können falsche
Fehlermeldungen vermieden werden, die beispielsweise durch Änderungen
der Temperatur in dem Stoßdämpfer verursacht
werden, da die Funktion des Stoßdämpfers u.a.
durch die Außentemperatur
und innere Erwärmung
beeinflusst wird. Eine fortlaufende Analyse des Signals ist ebenfalls
im Hinblick auf die Wartung vorteilhaft, da die Restlebensdauer
der Stoßdämpfer zum
Zeitpunkt der Wartung abgeschätzt
werden kann. In diesem Fall kann das System beispielsweise abschätzen, wie
viele Fahrkilometer verbleiben, ehe die Stoßdämpfer ausgetauscht werden müssen. Wenn
diese berechnete Kilometerleistung beträchtlich kürzer als die Kilometerleistung
bis zur nächsten
Wartung ist, können
die Stoßdämpfer sofort
ausgetauscht werden.
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Für Fahrzeuge
mit mehreren Hinterachsen kann das System auf verschiedene Weisen
ausgelegt werden. Beispielsweise kann das System bei einem Lastkraftwagen
mit zwei an einem Drehgestell montierten Hinterachsen, von denen
eine angehoben ist, dann, wenn das Fahrzeug mit einem Höhensensor
für das
Drehgestell ausgerüstet
ist, eine Diagnose für
alle Stoßdämpfer ausführen, wenn
beide Achsen in Kontakt mit der Straße stehen. Wenn eine Achse
angehoben ist, kann die Diagnose für die Stoßdämpfer an der Achse ausgeführt werden,
die in Kontakt mit der Straße
steht. Wenn die Dämpfungsfähigkeit
für alle
Stoßdämpfer und
die Dämpfungsfähigkeit für die Stoßdämpfer an
einer Achse bekannt sind, kann die Dämpfungsfähigkeit der Stoßdämpfer an der
anderen Achse berechnet werden. Auf ähnliche Weise kann das System
für Fahrzeuge
mit drei Hinterachsen ausgelegt werden.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
des Systems nach der Erfindung, wie in 2 gezeigt
ist, ist das erfindungsgemäße System
als ein gesondertes Erfassungssystem ausgelegt, das an einem Fahrzeug
mit Luftfederung nachrüstbar
ist. Das System hat wenigstens einen Sensor 4, beispielsweise
in Form eines Höhensensors,
und eine elektronische Signalverarbeitungseinheit 5 (ECU).
Mit der ECU-Einheit 5 kann eine Warnvorrichtung 9 für Fehlermeldungen,
bei spielsweise eine Lampe oder eine Sirene, angeschlossen werden,
die warnt, wenn die Stoßdämpfer ausgetauscht
werden müssen.
Es ist auch möglich,
die Schnittstelle der ECU-Einheit so zu modifizieren, dass diese
Fehlermeldungen zu den vorhandenen Fahrzeuginstrumenten über einen
vorhandenen Datenbus 10 senden kann. In den Fällen, in
denen das System nachgerüstet
wird und das Fahrzeug bereits einen Höhensensor hat, ist es natürlich auch
möglich,
das System so zu modifizieren, dass der vorhandene Sensor als Sensor
für das
System verwendet werden kann. Die ECU-Einheit verarbeitet das gemessene
Höhensignal
genauso wie vorstehend beschrieben. Die Funktion des Systems ist ebenfalls
die gleiche wie vorstehend beschrieben und braucht deshalb nicht
näher erörtert zu
werden. Die ECU-Einheit hat vorteilhafterweise einen Prozessor,
es ist jedoch auch eine vollständig
analoge ECU-Einheit möglich.
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Bei
einer ersten Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung wird die Diagnose der Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer an
einem Fahrzeug mit wenigstens einer luftgefederten Radachse ausgeführt. Dies
wird gemacht, um in der Lage zu sein, zu erfassen, wann die Dämpfungsfähigkeit
der Stoßdämpfer so
weit verringert ist, dass sie ausgetauscht werden müssen. 3 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens nach der Erfindung.
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Bei
dieser Ausführung
ist das System mit dem elektronischen Luftfederungssystem (ECS)
eines Lastkraftwagens integriert. Das ECS-System hat u.a. einen
Höhensensor
und eine elektrische Steuereinheit (ECU).
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Bei
A erfolgt die Aktivierung des Messsystems, beispielsweise in Verbindung
mit dem Anlassen des Fahrzeugs. Der Höhensensor misst die Höhe des Chassis
im Schritt 10. Wenn die Resonanzfrequenz der Radfederung
des Fahrzeugs gewöhnlich
im Bereich von 1 bis 2 Hz liegt, ist es vorteilhaft, das Signal
von dem Höhensensor
durch einen Tiefpassfilter, entweder mit einem in dem Sensor angeordneten
Analogfilter oder am Eingang in die ECU-Einheit oder mit einem Digitalfilter
in der ECU-Einheit, zu senden. Die Tiefpassfilterung erfolgt im
Schritt 11.
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Die
ECU-Einheit verarbeitet das gemessene Chassis-Höhensignal im Schritt 12.
Das Signal wird in bekannter Weise, beispielsweise in der Zeitebene, verarbeitet.
Das Signal wird analysiert, so dass ein geeigneter gemessener Wert
zur Bewertung der Dämpfungseigenschaften
der Stoßdämpfer erhalten wird,
beispielsweise mittels eines zeitabhängigen Amplitudenwertes.
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Die
Schritte 10, 11 und 12 sind hier nur
schematisch beschrieben. Ein typisches Messsignal kann beispielsweise
das Resonanzsignal von dem Moment sein, an dem die Radfederung erregt
wird, bis die Schwingung aufgehört
hat. Deshalb entsprechen die Schritte 10 bis 12 einem
Messen und einer Signalverarbeitung einer vollständigen Folge von Schwingungen.
Die Radfederung wird gewöhnlich durch
eine gut definierte Unebenheit auf der Straße erregt und danach gedämpft. Bei
dem hier beschriebenen Verfahren entspricht eine solche Sequenz
den Schritten 10 bis 12.
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Der
erhaltene Amplitudenwert wird mit einem Schwellenwert, der beispielsweise
aus einem vorgegebenen zeitabhängigen
Amplitudenwert besteht, im Schritt 13 verglichen. Der Schwellenwert
ist ein Wert, der die maximal zulässige Abweichung von einem vorgegebenen
zeitabhängigen
Amplitudenwert angibt. Der Schwellenwert wird in einer Speichereinheit in
der ECU-Einheit gespeichert.
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Wenn
der Amplitudenwert den Schwellenwert im Schritt 13 nicht überschreitet,
fahrt das System mit dem Messen der Chassishöhe im Schritt 10 fort.
Wenn der Amplitudenwert den Schwellenwert im Schritt 13 überschreitet,
werden ein oder mehrere Werte in einer Speichereinheit im Schritt 14,
beispielsweise der Amplitudenwert, die Zeit des Ereignisses und/oder
die Kilometerleistung gespeichert.
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Im
Schritt 15 wird ein Zähler
inkrementiert. Dieser Zähler
zeigt an, wie viele Male der zeitabhängige Amplitudenwert nicht
zugelassen wurde. Dies macht man, um unnötige Fehlermeldungen zu vermeiden.
Im Schritt 16 wird der Zähler mit einem vorgegebenen
Grenzwert verglichen. Dieser Grenzwert zeigt an, wann eine Fehlermeldung
erzeugt werden muss. Wenn der Zählerwert
nicht größer als
der Grenzwert ist, fährt
das System mit dem Messen der Chassishöhe im Schritt 10 fort.
Wenn der Zählerwert größer als
der Grenzwert ist, wird im Schritt 17 eine Fehlermeldung
erzeugt. Die Fehlermeldung kann beispielsweise als Textmeldung auf
einem Bildschirm der Fahrzeuginstrumente angezeigt werden. Die Fehlermeldung
wird auch in einer Speichereinheit im Schritt 18 gespeichert.
Danach fährt
das System mit dem Messen der Chassishöhe im Schritt 10 fort.
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Das
Signal kann natürlich
auch, falls erwünscht,
in der Frequenzebene analysiert werden.
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Wenn
die Dämpfungsfähigkeit
eines Stoßdämpfers langsam
abnimmt, kann es schwierig sein, einen maximalen Grenzwert für die zeitabhängige Amplitude
genau zu bestimmen. Deshalb kann es vorteilhaft sein, mehr Parameter
einzubeziehen, wenn die Zeit bis zum Austausch der Stoßdämpfer bestimmt
werden soll.
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Zu
einer ersten Weiterentwicklung des Verfahrens nach der Erfindung
gehört
der Schritt, zu zählen,
wie viele Male ein vorgegebener Schwellenwert überschritten worden ist. Beispielsweise
kann die Zeit für
den Austausch der Stoßdämpfer als
erreicht angesehen werden, wenn der vorgegebene Schwellenwert hundertmal überschritten
worden ist.
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Zu
einer zweiten Weiterentwicklung des Verfahrens nach der Erfindung
gehört
der Schritt, zu zählen,
wie viele Male der Schwellenwert pro Zeiteinheit überschritten
worden ist. Beispielsweise kann die Zeit bis zum Austausch der Stoßdämpfer als
erreicht angesehen werden, wenn der Schwellenwert zehnmal pro Stunde überschritten
worden ist.
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Um
zu gewährleisten,
dass ein Fahrzeug für ein
Fahren nicht unsicher wird, ist es vorteilhaft, den gespeicherten
Schwellenwert so zu definieren, dass es eine Sicherheitsgrenze gibt.
Beispielsweise kann der gespeicherte Schwellenwert so gewählt werden, dass
das Fahrzeug über
wenigstens 5000 km gefahren werden kann, wenn eine Fehlermeldung
erzeugt ist.
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Andere
Parameter, die zum Bewerten des charakteristischen Werts verwendet
werden können, sind
beispielsweise die Kilometerleistung, die Betriebszeit, das Verhältnis zwischen
Kilometerleistung und Last oder die gesamte Änderung der Chassishöhe. Welche
Parameter verwendet und wie sie eingesetzt werden, wird u.a. dadurch
bestimmt, dass die Art des Fahrzeugs und die Erfahrung berücksichtigt werden.
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Bei
einer dritten Weiterentwicklung des Verfahrens nach der Erfindung
wird die Abweichung von dem Schwellenwert oder dem Unterdrückungswert fortlaufend
analysiert. Auf diese Weise können
kleine Änderungen
der Eigenschaften des Stoßdämpfers auch
erfasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich der
Wartung, da die Lebensdauer der Stoßdämpfer zum Zeitpunkt einer Wartung
geschätzt werden
kann. In diesem Fall kann das System beispielsweise schätzen, wie
viel Fahrkilometer verbleiben, bis die Stoßdämpfer ausgetauscht werden müssen. Wenn
diese berechnete Kilometerzahl beträchtlich kleiner als die Kilometerzahl
bis zur nächsten
geplanten Wartung ist, können
die Stoßdämpfer direkt ausgetauscht
werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Rechnerprogramm hat
einen Programmcode, der eine Stoßdämpferdiagnose für ein Fahrzeug
mit wenigstens einer luftgefederten Achse ausführt, wenn das Programm durch
einen Prozessor ausgeführt
wird, der mit einer Steuereinheit integriert ist.
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Das
Rechnerprogramm nach der Erfindung kann in einem Medium gespeichert
werden, das von einem Rechnersystem gelesen werden kann, das mit der
Steuereinheit integriert ist. Dieses Medium kann beispielsweise
eine Datenplatte, ein Speichermodul, eine CD oder dergleichen sein.
Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn das Programm
in das Fahrzeug während
der Herstellung heruntergeladen werden muss und/oder wenn das Programm
in dem Fahrzeug aktualisiert werden muss. Die Aktualisierung der
Software kann beispielsweise während einer
festen Wartung oder gewünschtenfalls
direkt vom Kunden ausgeführt
werden. Die Aktualisierung der Software kann auch über eine
Koppelung, beispielsweise über
das Internet, für
einen Server ausgeführt
werden, in dem das Programm gespeichert ist.
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Die
Erfindung soll nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
sein, vielmehr soll innerhalb des Umfangs der nachstehenden Patentansprüche eine
Anzahl von zusätzlichen Varianten
und Modifizierungen möglich
sein. Das System und das Verfahren können beispielsweise auch für Fahrzeuge,
die auf Schienen laufen, sowie auch in festen Installierungen verwendet
werden, bei denen eine mechanische Komponente eine Luftfederung
hat und durch einen hydraulischen Stoßdämpfer gedämpft wird.