(57)【要約】自動車のシャシシステムにおける構成部品の欠陥を診断するに当たり，シャシシステムの回転部品（１）のアンバランス（４）によって励起された振動をフィルタにかけ，車輪回転速度に依存する，回転部品のアンバランスによって励起された振動を含む周波数帯域幅から除去する。評価手段（７）において，診断対象部品（３）に関連してホイールキャリア側に配置されたセンサ（８）からの信号と，診断対象部品（３）に関連して車体側に配置されたセンサ（９）からの信号を所定の測定時間に亘って検出すると共に保存し，センサ信号の振幅を周波数の昇順に分類してトランスミッションチェーンの機械インピーダンスを算出する。算出された診断対象部品（３）の機械インピーダンスを非損傷状態における診断対象部品（３）の既知のインピーダンスと比較し，非損傷状態での既知のインピーダンスからの逸脱が検知されると診断対象部品（３）の欠陥と判定する
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の構成部品における欠陥を診断するための診断方法であって，回転部品（１）のアンバランス（４）によって励起された振動を１次又は高次のバンドパスフィルタにかけて，前記回転部品のアンバランスによって励起された振動を含む，前記回転部品の回転速度に依存する周波数帯域幅を除去し，該回転速度に依存する周波数帯域幅は前記回転速度の周波数又はその調和波を有し，評価手段（７）において，診断対象部品（３）に関連してホイールキャリア側に配置された少なくとも一つのセンサ（８）からのセンサ信号，及び診断対象部品（３）に関連して車体側に配置された少なくとも一つのセンサ（９）からのセンサ信号を，所定の測定時間に亘って検出すると共に保存し，前記センサ（８，９）は，少なくとも一つの測定可能な物理的運動量の値を提供するものとし，前記評価手段（７）において，センサ信号の振幅を周波数の昇順に分類し，トランスミッションチェーンの機械インピーダンス，即ち振動伝播に対する抵抗を算出し，算出された診断対象部品（３）のインピーダンスを，非損傷状態における診断対象部品（３）の既知のインピーダンスと比較し，算出された診断対象部品（３）のインピーダンスが診断対象部品（３）の非損傷状態における既知のインピーダンスから所定の閾値を超えて逸脱する場合に診断対象部品（３）の欠陥と判定し，欠陥コードを発行すると共に欠陥フラグを生成することを特徴とする診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の診断方法において，前記評価手段（７）により，算出された診断対象部品（３）のインピーダンスを，既知の欠陥又は損傷を有する診断対象部品（３）の更なる既知のインピーダンスと比較し，これらインピーダンスの最大一致を検知すると，診断対象部品（３）が，算出されたインピーダンスに最先に対応する既知のインピーダンスによって表される状態であるものと判定し，算出されたインピーダンスと損傷状態の診断対象部品（３）のインピーダンスとが一致すると別の欠陥コードを生成し，該欠陥コードは，自動車検査の際に診断装置（11）によって読み取り可能であり，欠陥に関する更なる情報を提供し，前記別の欠陥コードに対応する欠陥の種類に応じて車両内において安全対策を開始可能とすることを特徴とする診断方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の診断方法において，前記欠陥フラグは車両のディスプレイ（10）上で検査を促すと共に，好適には運転者への情報として視覚的又は聴覚的信号を生成することを特徴とする診断方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の診断方法において，ホイールキャリア側に配置された前記少なくとも一つのセンサ（８）と，車両側に配置された前記少なくとも一つのセンサ（９）により，変位，加速度，速度，角度，回転速度，回転率，歪み，推力及び／又は捩れの値を検知することを特徴とする診断方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の診断方法において，前記所定の測定時間を動的に決定し，所定の周波数間隔を経過した際に前記測定を終了することを特徴とする診断方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の診断方法において，前記回転部品（１）の前記アンバランスを偏心によって増大，又は調整することが可能であることを特徴とする診断方法。
【請求項７】
自動車のシャシシステムにおける構成部品の欠陥を診断するために，請求項１〜６の何れか一項に記載の診断方法を実行する診断装置であって，該診断装置は，内部保存手段を有し，又は外部保存手段に接続される評価手段（７）と，少なくとも一つの診断対象部品（３）に関連してホイールキャリア側に配置された少なくとも一つのセンサ（８）と，前記少なくとも一つの診断対象部品（３）に関連して車体側に配置された少なくとも一つのセンサ（９）とを備え，前記評価手段（７）には，ホイールキャリア側に配置された前記少なくとも一つのセンサ（８）からの入力信号と，車体側に配置された前記少なくとも一つのセンサ（９）からの入力信号を供給すると共に，少なくとも一つの車輪回転速度センサ（６）からの入力信号も供給し，該評価手段（７）において，前記シャシシステムにおける構成部品（１）のアンバランス（４）によって励起された振動を，１次又は高次のバンドパスフィルタにかけることにより，車輪回転速度に依存する，前記回転部品のアンバランスによって励起された振動を含む周波数帯域幅を除去し，走行速度に依存する周波数帯域幅を前記車輪回転速度センサ（６）からの信号に基づいて算出し，前記除去された周波数帯域幅の中心を，測定された車輪回転速度の周波数によって決定し，前記評価手段（７）において，センサ信号の振幅が周波数の昇順に分類し，トランスミッションチェーンの機械インピーダンスを算出可能とし，前記評価手段（７）において，算出された診断対象部品（３）のインピーダンスを，非損傷状態の診断対象部品（３）の既知のインピーダンスと比較可能とし，算出された診断対象部品（３）のインピーダンスが非損傷状態における診断対象部品（３）の既知のインピーダンスから所定の閾値を超えて逸脱したことを検知した場合に診断対象部品（３）の欠陥と判定し，前記評価手段（７）から欠陥コードを発行すると共に欠陥フラグを生成することを特徴とする診断装置。
【請求項８】
請求項７に記載の診断装置において，前記評価手段（７）の前記保存手段には，既知の欠陥又は損傷を有する診断対象部品（３）の更なる既知のインピーダンスが保存可能であり，前記算出された診断対象部品（３）のインピーダンスを，前記評価手段（７）において，既知の欠陥又は損傷を有する診断対象部品（３）の前記更なる既知のインピーダンスと比較可能とし，インピーダンスの最大一致が検知された場合，診断対象部品（３）が，算出されたインピーダンスと最先に一致する既知のインピーダンスによって表される状態にあるものと判定することを特徴とする診断装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の診断装置において，該診断装置は，車載診断装置として車両に恒久的に設置可能とし，又は，所要のセンサ（８，９）と，調整可能なアンバランス（４）を生成するための任意的な偏心手段とを，対応する構成部品に一時的に取り付け可能とし，又は車両と動作可能に接続可能とし，その場合には前記評価手段（７）を外部評価手段（７）として構成すると共に車両と一時的に接続して保守診断を実行可能とすることを特徴とする診断装置。
【請求項１０】
車両などのシステムにおける回転部品の欠陥を診断するための診断方法であって，前記システムの作動中に，前記回転部品を駆動させる手段の少なくとも一つの第１の運動量を検出し，前記回転部品又は該回転部品に隣接する構成部品の少なくとも一つの第２の運動量を検出し，両運動量の比較を行うことを特徴とする診断方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の診断方法において，前記第１及び第２の運動量を比較することにより，前記回転部品のアンバランスを検出することを特徴とする診断方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の診断方法において，前記少なくとも一つの第２の運動量の経時変化を，その通過周波数が少なくとも一つの第１の運動量の周波数を含むバンドパスフィルタにかけることを特徴とする診断方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２の何れか一項に記載の診断方法において，前記少なくとも一つの第１の運動量は，前記車両の車輪の運動を表すことを特徴とする診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，請求項１の前提部に記載した自動車用シャシシステムにおける構成部品の欠陥診断方法に関するものである。更に本発明は，自動車用シャシシステムにおける構成部品の欠陥診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のシャシは，弾性的に支持された車体に対して車輪及び必要に応じて駆動軸を案内するために使用される。シャシの一端は車体の一端に接続され，シャシの他端は車輪を保持すると共に必要に応じて駆動軸用のブラケット及び更なる回転部品を保持するための保持手段を有している。
【０００３】
一般に車輪等の回転部品には，製造上の誤差に由来する静的及び動的なアンバランスが存在する。この種のアンバランスは，バランス調整によって低減されるが，完全に取り除くことはできない。そのため，回転部品のガイド部材や支持部材は，調和振動する力振幅によって，即ち静的な力に対して動的に変化する差力によって励振される。
【０００４】
自動車のシャシステムにおいて，回転部品のバランス調整により大幅に低レベル化された調和振動は，路面励起による非常に大きな確率的振動と重なるために殆ど気付かれることがなく，測定によってのみ検出可能である。
【０００５】
アンバランスに起因する振動は回転部品の回転速度に，従って原則的には自動車の走行速度に依存する。そして，アンバランスに起因する振動の影響はフィルタ（例えばバンドパスフィルタ）により取り除くことができる。作動中，自動車は停止状態からの加速や減速により種々の速度で走行するので，ピーク速度により制限される最大周波数までの全ての周波数が励起される。一定加速であれば，その信号は，規定時間内で周波数が開始値から最終値まで変化する周期信号であるスイープ信号を構成する。
【０００６】
振動する構成部品の機械インピーダンスを算出する際，又はシステム識別のため，多くの場合にはテスト信号，とりわけスイープ信号が使用され、異なる周波数におけるシステムの応答性を分析する。機械インピーダンスを算出するためのセンサ間におけるトランスミッションチェーンに含まれる構成部品の損傷により，システムの挙動が変化する，即ち，システムは同じ入力信号で異なる信号値に応答することとなる。従って，研究及びテスト条件下において，時々刻々と変化する構造体の振動伝達挙動を認識することができ，これは欠陥を示唆するものである。
【０００７】
しかしながら，一般に自動車においては，例えばスイープ信号のような試験信号が使用できず，例えば路面励起によって生じる確率信号を使用することとなるが，これは評価に際して相当な問題となる。
【０００８】
自動車の安全性を高めるため，特に危険で費用のかかる二次損傷を防ぐために，構成部品の損傷検出は益々重要になってきている。従来技術において，システム又は構成部品の診断のために振動信号を評価する装置及び方法が既知である。
【０００９】
例えば，特許文献１（ドイツ特許出願公開第102008016746号公報）は，評価ユニットに接続された少なくとも一つの振動センサを使用して，特に車両又は自動車における移動体又は駆動部を備えた車体又は構造体の振動を検出／評価する技術を開示している。この場合，少なくとも一つの振動センサは，車体又は構造体の振動挙動を検出するための計測レコーダを備える。
【００１０】
特許文献２（ドイツ特許出願公開第4440413号公報）は，作動中，車両，特に自動車のシャシに取り付けられた少なくとも一つのダンパの有効性を監視する装置を開示している。この監視装置は，ダンパ又はこれに接続された車両構成部品に固定され，その測定量が，ダンパの有効性低下により動作パラメータを変化させる質量を表す測定センサと，少なくとも一つの有効性限界を規定する制限値を保存するよう車両に設けられたデータメモリと，車両内に配置され，測定センサの測定値及びデータメモリに保存された制限値に応じて，有効性の制限値を下回っているか否かを検出するセンサ回路と，センサ回路の出力に応じて，有効性の制限値を下回っているか否かを表示するディスプレイ装置とを備えている。
【００１１】
特許文献３（ドイツ特許出願公開第4431794号公報）は，自動車に設けられたダンパの特性を決定する方法を開示しており，この方法では，自動車を支持体上に載置し，支持体を急速に取り除くことにより自動車を基台上に落下させ，基台の支持体からの距離を，自動車の構造に応じたリバウンド間隙に対応させ，基台上に落下する際に作用する，いわゆる車輪接地力の経時変化を測定する。既知の方法においては，車体及び車輪の振動挙動を自動車のシャシの特性データ，即ち車体及び車輪の質量，バネ剛性及び減衰定数の測定結果を組み合わせて算出可能とする技術が提供されている。好適には，自動車の試験される軸の車体及び車輪の振動挙動を，試験される軸の各々の側面において，車体及び車輪に生じるハブ振動の変位を測定することによって決定する。
【００１２】
特許文献４（ドイツ特許第4340746号明細書）は，動的システムを診断する診断装置，例えば，動的システムの欠陥検出によって，例えばタイヤ空気圧の診断や，車体における重量変化を検出する診断装置を開示している。この診断装置は，動的システムの内部状態ベクトルに基づき，動的システムの外部及び内部欠陥ベクトルの和に相当する統合欠陥ベクトルを推測するための欠陥検出装置と，推定欠陥ベクトルと内部状態ベクトルとの相関関係を計算して，統合欠陥ベクトルから内部欠陥ベクトルに関連する成分を分離する相関計算装置と，分離された内部欠陥に関連する成分から動的システムの対応する欠陥部分を特定し，かつ診断する診断装置とを備えている。この場合，相関計算装置は，統合欠陥ベクトルの成分と，内部状態ベクトルの外部欠陥関連成分との相関性が算出され，統合欠陥ベクトルの成分から内部欠陥に関連する成分を分離するように構成されている。外部欠陥とは，例えば路面欠陥である。
【００１３】
特許文献５（ドイツ特許出願公開第19917541号公報）は，例えば回転機械において，発生する振動の測定によって被検体を診断する方法を開示している。この場合，被検体によって生成される測定信号を検出し，受け取った測定信号の波形の振幅確率密度関数をグラム−シャリエ級数で直交展開させ，グラム−シャリエ級数を算出して被検体における欠陥の診断を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第102008016746号公報
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第4440413号公報
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第4431794号公報
【特許文献４】ドイツ特許第4340746号明細書
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第19917541号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は，自動車のシャシシステムにおける構成部品の欠陥を診断するに当たり，振動信号の分析に基づき，実験室でのテスト条件下における既知の診断方法によるアプリケーションを自動車でも使用可能とした診断方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した課題は，請求項１に記載されている特徴を有する診断方法によって解決される。また，本発明の方法を実施するための，自動車のシャシステムにおける構成部品の欠陥を診断する装置は，請求項７に記載されている。本発明の他の実施形態及び利点は，対応する従属請求項から明らかである。
【００１７】
本発明は，自動車のシャシシステムにおける構成部品の欠陥を診断するための方法を提供するものである。好適には，シャシシステムのホイールキャリア側に配置された回転部品，例えば車輪において，アンバランスによって励起される振動を１次又は高次のバンドパスフィルタにかけ，これにより，走行速度即ち車輪回転速度に依存する，回転部品のアンバランスによって励起される振動を含む周波数帯域幅を除去する。この場合，走行速度に依存する周波数帯域幅を車輪回転速度センサの信号によって算出し，除去された周波数帯域幅の中心を，測定した車輪回転速度の周波数によって決定する。
【００１８】
また，中心周波数が車輪回転速度の高調波に対応する周波数帯域幅を追加的に，又は単独で使用することもできる。 
【００１９】
本発明によれば，評価手段においてシャシシステムの構成部品における欠陥を診断するために，所定の測定時間に亘り，少なくとも一つの診断対象部品に関連してホイールキャリア側に配置されたセンサからの信号と，少なくとも一つの診断対象部品に関連して車体側に配置されたセンサからの信号とを検出すると共に保存し，センサは，例えば，変位，加速度，速度，角度，回転速度，回転率，歪み，推力及び／又は捩れなどの，少なくとも一つの測定可能な物理的運動量の値を提供する。データを保存するために，評価手段は内部保存手段を有し，又は外部保存手段に接続させることもできる。
【００２０】
センサ信号の振幅を評価手段において周波数の昇順に分類し，トランスミッションチェーンの機械インピーダンス，即ち振動伝播に対する抵抗を算出することができる。本発明によれば，ホイールキャリア側及び／又は車体側のセンサを，複数の診断対象構成部品に付設することができる。
【００２１】
測定時間は，ほぼ全ての周波数が発生する時間，即ち，車両の速度，従って，回転部品の回転速度が，車両の通常の作動において発生し得る全ての値を受け入れた時間に対応するように決定する。好適には，所定の周波数間隔が経過した際に測定が終了するように，測定時間を動的に決定する。
【００２２】
続いて評価手段において，このようにして算出された，センサの付設された構成部品のインピーダンスと，以前測定された，又は既知の，評価手段の保存手段に保存された非損傷状態の構成部品のインピーダンス，及び任意選択で，他の既知の，評価手段の保存手段に保存された，既知の欠陥を持つ，又は損傷状態の構成部品のインピーダンスとを比較する，ここで，インピーダンスの最大一致を検知すると，構成部品は，算出されたインピーダンスに最先に対応する既知のインピーダンスによって表される状態であると判定される。
【００２３】
既知の欠陥を持つ，診断対象部品の既知のインピーダンスが使用されていない場合，センサの付設された，診断対象部品の算出されたインピーダンスを，非損傷状態の診断対象部品のインピーダンスのみと比較する。
【００２４】
算出されたインピーダンスと，既知の欠陥又は損傷に対応する，診断対象部品の更なる既知のインピーダンスとの比較を任意選択で行うことにより，欠陥の場合には，欠陥の程度，種類又は箇所の証明を有利な方法で追加的に行うことができる。
【００２５】
本発明によれば，診断対象部品の算出されたインピーダンスが非損傷状態の構成部品のインピーダンスと一致しない限り，欠陥コードは発行されず，算出されたインピーダンスと非損傷状態の構成部品のインピーダンスとの差の，閾値の超過に基づく一致が検知されない場合，及び，算出されたインピーダンスを既知の欠陥を持つ，又は損傷状態の構成部品の更なる既知のインピーダンスと比較して，算出されたインピーダンスと損傷状態の構成部品のインピーダンスとの一致が検知された場合，診断対象部品が欠陥であると判定し，欠陥フラグを生成する，この欠陥フラグは，例えば，車両のディスプレイ上で検査を促すと共に，任意選択で視覚的又は聴覚的信号を生成して運転者に通知を行うものである。
【００２６】
本発明の実施形態において，診断対象部品の欠陥を判定することによって更なる欠陥コードを生成する。このコードは自動車を検査する際，診断装置を使って読み取り可能である。詳述すると，例えば算出されたインピーダンスと損傷状態の構成部品のインピーダンスとの一致を認識すると，欠陥の程度，種類又は箇所に関する更なる情報を提供する。この場合，欠陥の種類に応じて，別の欠陥コードにより，走行速度制限などの安全対策を車両内で開始させることができる。
【００２７】
本発明によれば，例えば車輪などの回転部品のアンバランスを，好適には，偏心によって増大又は調整することができる。バランス調整後の回転部品における残留アンバランスが非常に低い場合には特にあてはまる。
【００２８】
自動車のシャシシステムにおける構成部品の欠陥を診断する本発明による装置は，評価手段を備えており，評価手段は内部保存手段を有し，又は外部保存手段に接続されており，少なくとも一つの診断対象部品に関連してホイールキャリア側に配置された少なくとも一つのセンサと，少なくとも一つの診断対象部品に関連して車体側に配置された少なくとも一つのセンサとを有しており，少なくとも一つのホイールキャリア側に配置されたセンサ及び少なくとも一つの車体側に配置されたセンサは，評価手段に入力信号を提供し，評価手段は少なくとも一つの車輪回転速度センサに出力信号を供給する。この場合，少なくとも一つの車輪回転速度センサは，何れにしても車両に配置される車輪回転速度センサであり，この場合，評価手段は車両のコンピュータ又はデータバスシステムに接続される。あるいは，シャシシステムの回転部品における欠陥を診断する装置は，少なくとも一つのそれ自身の車輪回転速度センサを備えることもできる。
【００２９】
本発明による装置は，車載診断装置として車両に恒久的に設置可能とすることができる。あるいは，所要のセンサと、調整可能なアンバランスを生成するための任意的な偏心手段とを，対応する構成部品に一時的に取り付け可能とし，又は車両と動作可能に接続可能とすることができる。この場合，評価手段を外部評価手段として設計し，これを車両と一時的に接続させて，保守診断を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自動車の車輪，車体及びシャシシステムにおける，構成部品の欠陥を診断する装置の構成部品を例示的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１では，自動車の車輪を１，車体を２で示している。更に，繊維複合材料で作られた，例えばリーフスプリングとして，診断対象のシャシ構成部品を参照番号３として設けることができる。全ての回転部品は，バランシング後もシャシ自身に低いアンバランスがあるため，車輪１にはアンバランス４が示されている。既に上述の様に，診断対象の回転部品のアンバランスは，任意選択で，例えば偏心によって増大，又は調整することができる。更に図１において，ホイールキャリアは５で示されている。
【００３２】
シャシ構成部品３における欠陥を診断するには，本発明によれば，評価手段７内のアンバランス４によって回転車輪１から生じた振動を，１次又は高次のバンドパスフィルタにかけ，車輪１のアンバランスによって励起された振動を含む車輪回転速度に依存する周波数帯域幅を除去する。この場合，車輪回転速度に依存する周波数帯域幅を車輪回転速度センサ６によって算出し，除去された周波数帯域幅の中心を，車輪回転速度センサ６で測定した車輪回転速度の周波数で決定する。
【００３３】
評価手段７は，ホイールキャリア側に配置されたセンサ８及び車体側に配置されたセンサ９と接続させ，これらのセンサは診断されるシャシ構成部品３に付設されており，入力信号として少なくとも一つの測定可能な物理的運動量，例えば，変位，加速度，速度，角度，回転速度，回転率，歪み，推力及び／又は捩れを供給する。
【００３４】
特定の測定時間に亘って，自動車の作動中に発生する可能性のあるほとんど全ての周波数が発生した後，評価手段７において，センサ信号の振幅を周波数の昇順に分類し，トランスミッションチェーンの機械インピーダンス，即ち振動伝播に対する抵抗を算出する。
【００３５】
次のステップでは，これらの方法によって決定した，センサ８，９の付設されたシャシ構成部品３の機械インピーダンスを，評価手段７において，非損傷状態のシャシ構成部品３の既知のインピーダンスと比較し，さらに任意選択で，既知の欠陥又は損傷を有するシャシ構成部品３の既知のインピーダンスとも比較し，インピーダンスの最大一致が検知された場合，シャシ構成部品３が，算出されたインピーダンスに最先に対応する既知のインピーダンスによって表される状態にあるものと判定する。
【００３６】
シャシ構成部品３の算出されたインピーダンスの，非損傷状態でのシャシ構成部品３の既知のインピーダンスからの，所定の閾値を超える逸脱が検知された場合，シャシ構成部品３の欠陥と判定し，欠陥コードを発行すると共に欠陥フラグを生成する。この欠陥フラグは，車両のディスプレイ10上で検査を促すものであり，任意的には運転者に対する情報として視覚的又は聴覚的な信号を生成する。
【００３７】
算出されたインピーダンスが損傷状態での構成部品のインピーダンスと一致するものと検知された場合，更なる欠陥コードを生成する。この欠陥コードは，自動車を検査する際に診断装置11によって読み取ることができ，欠陥の更なる情報，例えば欠陥の程度，種類又は箇所に関する情報を使用できるようにする。欠陥の種類に応じて，更なる欠陥コードによって，車両内において安全対策を開始することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  車輪
２  車体
３  シャシ構成部品
４  アンバランス
５  ホイールキャリア
６  車輪回転速度センサ
７  評価手段
８  車輪側センサ
９  車体側センサ
10  車両ディスプレイ
11  診断装置
【図１】
2014530347.tif 000003
【国際調査報告】
2014530347.tif 000004
2014530347.tif 000005
2014530347.tif 000006
2014530347.tif 000007