Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der

Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Stand der Technik Die Radaufhängung ist das Verbindungsglied zwischen einem Rad und dem

Fahrgestell eines Fahrzeugs. Die Verbindung erfolgt durch Achsen oder vergleichbare Konstruktionen, die Führung durch so genannte Lenker. In der Regel sind dies Streben, die am Fahrgestell befestigt sind und die Radaufhängung fixieren. Man unterscheidet Quer-, Schräg- und Längslenker. Bei modernen Personenkraftwagen werden heute meist Querlenker, die näherungsweise in

Fahrtrichtung liegen, verwendet, um das Rad horizontal zu fixieren und eine vertikale Bewegung zuzulassen. Bei Fahrt in Fahrzeugrichtung (geradeaus) soll sich das Rad um eine feste Rotationsachse drehen, die im Wesentlichen durch den Querlenker und das Radlager festgelegt wird.

Radlager und Querlenker sind Verschleißteile, die sich abnutzen oder auch beschädigt sein können. Von außen ist eine Beschädigung oder Abnutzung eines Radlagers oder Querlenkers in der Regel visuell zu erkennen, da sie an der Innenseite der Felge befestigt sind. Insbesondere in Kurven, die zügig durch- fahren werden, ertönt bei defekten oder abgenutzten Radlagern ein von der

Geschwindigkeit abhängiges Störgeräusch. Ausgeschlagene Querlenker führen zu einem unruhigen Geradeauslauf, was auch als„Schwimmen des Fahrzeugs" bezeichnet wird. Durch den unrunden Lauf der Räder wird aufgrund der verminderten Standfestigkeit der Räder zudem der Rollwiderstand erhöht, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch erhöht.

Neben dem turnusmäßigen Austausch des Verschleißteils„Radlager" werden defekte Radaufhängungen, seien es fehlerhafte Radlager oder Querlenker, bisher visuell detektiert. Ein erfahrener Mechaniker kann zudem durch Rütteln am ausgehobenen Rad auf einen Defekt schließen. Außerhalb der Inspektionsintervalle geschieht dies meist wenn aufgrund des Fahrverhaltens bei höheren Geschwindigkeiten eine entsprechende Indikation vorliegt. Unerfahrene Fahrer können aber eine solche Indikation, die bei einer Inspektion zur Feststellung eines Defekts der Radaufhängungführen würde, übersehen. Technische Aufgabe

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen und zuverlässigen Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere der Radlager und Querlenker, bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Ein Grundgedanke der Erfindung ist das Erkennen defekter oder instabiler Radaufhängungen durch Bestimmen und Beobachten der Rotationsachse bei langsamer Geradeausfahrt. Ist die Radaufhängung defekt, etwa aufgrund eines defekten Querlenkers oder eines defekten Radlagers, lässt sich keine eindeutige Raddrehachse bestimmen oder die Raddrehachse führt Undefinierte

Bewegungen aus.

Erfindungsgemäß werden daher Abweichungen bei der Bestimmung der Raddrehachse als Indikator für eine defekte Radaufhängung genutzt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfasst die Schritte:

(A) Bestimmen der Radnormalen und/oder des Rotationszentrums wenigstens eines Rades des Fahrzeugs;

(B) Bewegen des Fahrzeugs und, insbesondere optisches, Erfassen von Punkten der Bewegungstrajektorie der Radnormalen und/oder des Rotationszentrums bei der Bewegung des Fahrzeugs;

(C) Bestimmen der Abweichung der im Schritt (B) bestimmten Bewegungstrajektorie der Radnormalen und/oder des Rotationszentrums von einer vorgegebenen Bewegungstrajektorie; und

(D) Ausgeben einer Fehlermeldung, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs umfasst:

(a) eine Vorrichtung zum Bestimmen der Radnormalen und/oder des

Rotationszentrums eines Rades des Fahrzeugs;

(b) eine Vorrichtung zum, insbesondere optischen, Erfassen der Bewegungstrajektorie der Radnormalen und/oder des Rotationszentrums des Rades bei einer Bewegung des Fahrzeugs; und (c) eine Vergleichs- und Auswertevorrichtung, die ausgebildet ist, die erfasste Bewegungstrajektorie der Radnormalen und/oder des Rotationszentrums des Rades mit einer vorgegebenen Bewegungstrajektorie zu vergleichen und eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Abweichung der erfassten

Bewegungstrajektorie von der vorgegebenen Bewegungstrajektorie einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Die Rotationsachse bzw. das Rotationszentrum eines Rades lässt sich aus der Beobachtung des rollenden Rades ableiten. Dabei nimmt man an, dass das Abrollverhalten des Rades hinreichend genau durch die Rollkurven eines Kreises (Zykloide) modelliert werden kann.

Während des Abrollprozesses werden ein oder mehrere Punkt des Rades und/oder eines mit dem Rad verbundenen Messtargets beobachtet. Ist p(T) die Position eines Punktes zum Zeitpunkt T, so ist p(t) die Kurve einer Zykloiden, aus der das Rotationszentrum des abrollenden Rades bestimmt werden kann.

Daraus lässt sich dann die Raddrehachse ermitteln.

Alternativ oder zusätzlich kann die Raddrehachse durch ein bekanntes statisches Achsmessverfahren, in dem die Spur und der Sturz des Rades ermittelt werden, bestimmt werden.

Wird jeder Beobachtung des Rades eine Normale senkrecht zur jeweiligen Ebene des Rades („Radnormale") zuordnet, bilden diese Radnormale im Idealfall einen Kegel bzw. nach der Projektion auf eine Ebene, die parallel zur Ebene des Rades ausgerichtet ist, einen Kreis.

Nachdem dieser Kreis bestimmt worden ist, lässt sich auf eine defekte Radaufhängung schließen, wenn das Ausmaß der Abweichung der Punkte der Zykloide p(t) von diesem Kreis einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei dem Verfahren der Ermittlung der Rotationsachse über die Radnormale kann aus einer Abweichung der Bewegung der Radnormalen von der idealen Kegelform, die signifikant größer als das Rauschen der Einzelmessung ist, auf eine defekte Radaufhängung geschlossen werden.

Um das Ausmaß der Abweichung zu bestimmen, kann das Verfahren einschließen, die Summe der Abstände der Punkte p(t) der Zykloide von dem Kreis zu bestimmen und eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Summe und/oder die Anzahl der Punkte einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl der Punkte ρ(Τ,), die mehr als einen vorgegebenen Abstand von dem Kreis haben, bestimmt und eine Fehlermeldung ausgegeben werden, wenn die Summe und/oder die Anzahl der Punkte ρ(Τ,) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Das Verfahren kann auch einschließen, mit bekannten mathematischen

Methoden eine Passkurve, die durch alle Punkte der Zykloide p(t) verläuft, zu bestimmen, die Krümmung der Passkurve zu ermitteln und mit der Krümmung des Kreises zu vergleichen, um eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die

Differenz zwischen der Krümmung der Passkurve und der Krümmung des Kreises einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Durch einzelne oder eine Kombination dieser Verfahren kann das Ausmaß der Abweichung zuverlässig bestimmt werden.

Zusätzlich kann aus der Art und/oder dem Ausmaß der Abweichung auf die Art des Fehlers der Radaufhängung geschlossen werden und es können Vorschläge für weitere Diagnose- und/oder Reparaturschritte gemacht werden.

Da im Rahmen einer Achsvermessung in der Regel die Rotationsachse der Rädern bestimmt wird, kann die erfindungsgemäße zusätzliche Funktionalität der Detektion defekter oder instabiler Radaufhängungen ohne zusätzlichen Aufwand durchgeführt werden. In den meisten Fällen ist lediglich die Software bestehen- der Systeme zur Achsvermessung anzupassen. Insbesondere kann ein Schnellannahmekonzept, bei dem Kunden durch eine Schnelluntersuchung auf mögliche Reparaturaufgaben ihres Fahrzeugs aufmerksam gemacht werden, auf der Basis eines berührungslosen Achsmesssystems leicht um die Detektion möglicher Radaufhängungsschäden erweitert werden.

Zur Durchführung des Verfahren kann das Fahrzeug manuell oder mit Hilfe einer entsprechenden Schiebevorrichtung geschoben oder mit seiner eigener Kraft, d.h. motorgetrieben, an der Vorrichtung vorbei gefahren werden. Wichtig ist dabei, dass die Bestimmung der Drehachse des Rades bei belasteten Rädern des Fahrzeugs erfolgt. Eine Bestimmung Raddrehachse bei entlasteten Rädern, d.h. im angehobenen Zustand des Fahrzeugs, kann aufgrund des mangelnden Drucks auf die Radaufhängung zu fehlerhaften Resultaten führen. In einer Ausführungsform schließt das Verfahren ein, wenigstens ein Messtarget an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs zu montieren und das Messtarget optisch zu erfassen, um das Rotationszentrum und die Bewegungstrajektorie p(t) des Rotationszentrums zu bestimmen. Definierte Messtargets, die insbesondere reflektierende Messmarken aufweisen können, sind besonders gut optisch zu erfassen und ermöglichen es daher, das Verfahren besonders effektiv und mit hoher Zuverlässigkeit durchzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beige- fügten Figuren erläutert, dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs; Fig. 2 eine schematische Ansicht eines mit einem Messtarget ausgestatteten

Rades;

Fig. 3 eine Projektion der Bewegungsortskurve der Radnormalen in Bezug auf einen idealen Kreis bei intakter Radaufhängung; und

Fig. 4 eine Projektion der Bewegungsortskurve der Radnormalen in Bezug auf einen idealen Kreis bei defekter Radaufhängung.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Überprüfen der Radaufhängung eines Fahrzeugs 2. Das Fahrzeug 2 umfasst vier Räder 4a, 4b, 4c, 4d, jeweils zwei an einer Vorderachse 6a und an einer Hinterachse 6b des Fahrzeugs 2, wobei die Räder 4a, 4b, 4c, 4d jeweils über ein Gelenk 7 und einen Querlenker 8 an der jeweiligen Achse 6a, 6b befestigt sind. An den Rädern 4a, 4b auf der in Fahrtrichtung F linken Seite des Fahrzeugs 2 ist auf der Außenseite des Fahrzeugs 2 jeweils ein Messtarget 5 derart angebracht, das es sich gemeinsam mit dem jeweiligen Rad 4a, 4b bewegt und insbesondere gemeinsam mit dem Rad 4a, 4b rotiert. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst eine Bildaufnahmevorrichtung 10, die ausgebildet ist, Bilder eines Fahrzeugs 2, das an der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorbeibewegt wird, insbesondere der Räder 4a, 4b des Fahrzeugs 2 bzw. Bilder von an den Rädern 4a, 4b angebrachten Messtargets 5, aufzunehmen und einer Bildauswertevorrichtung 12 zuzuführen. Die Bildauswertevorrichtung 12 ist ausgebildet, aus den von der Bildaufnahmevorrichtung 10 aufgenommenen Bildern das Rotationszentrum Z des an der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorbeirollenden Rades 4a, 4b des Fahrzeugs 2 und die Bewegungstrajektorie p(t) des Rotationszentrums Z zu bestimmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst auch eine Vergleichs- und Auswertevorrichtung 14, die ausgebildet ist, die von der Bildaufnahmevorrichtung 12 erfasste Bewegungstrajektorie p(t) des Rotationszentrums Z eines Rades 4a, 4b mit einer vorgegebenen Bewegungstrajektorie K, die insbesondere vom Typ des Fahrzeugs 2 bzw. des Rades 4a, 4b abhängig sein kann, zu vergleichen und dabei insbesondere eine Abweichung zwischen der am Fahrzeug 2 real erfassten Bewegungstrajektorie p(t) und der vorgegebenen Bewegungstrajektorie K quantitativ zu bestimmen, um eine Ausgabevorrichtung 16, die ebenfalls

Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist, derart anzusteuern, dass sie eine Fehlermeldung, die beispielsweise eine optische und/oder eine akustische Fehlermeldung sein kann, ausgibt, wenn die auf diese Weise bestimmte Abweichung der erfassten Bewegungstrakektorie p(t) von der vorgegebenen Bewegungstrakektorie K einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Das Fahrzeug 2 kann von wenigstens einer Person manuell an der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorbeigeschoben oder mit eigener (Motor-)Kraft an der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorbeigefahren werden. Es kann auch eine in der Fig. 1 nicht gezeigte Schiebevorrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, das Fahrzeug 2 an der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorbeizubewegen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Räder 4a, 4b, 4c, 4d des Fahrzeugs 2 belastet sind und auf dem Boden bzw. auf dem Boden angebrachten Führungsschienen, die in der Figur 1 nicht gezeigt sind, abrollen. Fig. 2 zeigt schematisch die Ansicht eines Rades 4a des Kraftfahrzeugs 2, wie es von der Bildaufnahmevorrichtung 10 erfasst wird.

An der Felge des Rades 4a ist ein Messtarget 5 in Form einer Messtafel derart befestigt, dass es gemeinsam mit dem Rad 4a um ein Rotationszentrum Z rotiert. Auf dem Messtarget 5 sind mehrere Messmarken 15, die insbesondere als reflektierende Messmarken 15 („Retroreflexmarken") ausgebildet sind, vorgesehen, die es der Bildaufnahmevorrichtung 10 ermöglichen, die Abrollbewegung des Rades 4a optimal zu erfassen.

Fig. 3 zeigt die Projektion von Punkten der Bewegungstrajektone p(t) der Radnormalen und die im Idealfall erwartete optimale Kreisbahn K für den Fall einer intakten Radaufhängung 7, 8.

Fig. 4 zeigt die Projektion von Punkten der Bewegungstrajektone p(t) der Radnormalen in Bezug auf die im Idealfall zu erwartende Kreisbahn K für den Fall eines defekten Querlenkers 7. In den Figuren 3 und 4 ist gut zu erkennen, dass die Punkte der Bewegungstrajektone p(t) der Radnormalen im Falle eines defekten Querlenkers 7 (Fig. 4) im Mittel eine deutlich größere Abweichung von der idealen Kreisbahn K aufweist, als im Falle eines intakten Querlenkers (Fig. 3). Durch quantitatives Bestimmen der mittleren Abweichung der Punkte der

Bewegungstrajektone p(t) von der vorgegebenen idealen Kreisbahn K kann ein Maß der Abweichung bestimmt werden, das mit einem für den jeweiligen

Fahrzeugtyp vorgegebenen Grenzwert verglichen werden kann, um eine

Beschädigung der Radaufhängung zu erkennen .

Um die Abweichung quantitativ bestimmen zu können, kann das Verfahren einschließen, die Summe der Abstände der Punkte der Bewegungstrajektone p(t) von der (idealen) Kreisbahn K zu bestimmen und eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Summe der Abweichungen aller Punkte einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl der Punkte p(t), die mehr als einen vorgegebenen Abstand von dem Kreis K haben, bestimmt werden, um eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Anzahl dieser Punkte einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Das Verfahren kann auch einschließen, eine Passkurve, die durch alle Punkte der Zykloide p(t) verläuft, zu bestimmen, die Krümmung der Passkurve zu ermitteln und mit der Krümmung des Kreises K zu vergleichen, um eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Differenz zwischen der Krümmung der Passkurve und der Krümmung des Kreises K einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. In einer erweiterten Ausführungsform kann aus der Quantität und/oder der

Qualität der Abweichung auf die Art des Fehlers des Radaufhängung 7, 8 geschlossen werden, und dem Nutzer können entsprechende Informationen und Vorschläge für weitere Diagnose- bzw. Reparaturschritte unterbreitet werden.