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Die
Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung einer mechanischen
Verformung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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In
der Kraftfahrzeugentwicklung werden Versuche, insbesondere Crashtests,
zur passiven Sicherheit, zur Steifigkeit und Festigkeit von Fahrzeugkomponenten,
mit Standardmethoden der Photogrammetrie ausgewertet. Die zu erfassenden
Fahrzeugkomponenten werden mit Marken versehen, welche mit optischen
Kameras verfolgt werden. Die Marken werden an Stellen positioniert,
deren relative oder absolute Position in Abhängigkeit von der Zeit von Interesse
ist. Eine Auswertung ist nur bei optischer Zugänglichkeit möglich. Bei
einer zeitweisen Verdeckungen von Fahrzeugkomponenten, beispielsweise
durch eine Airbagentfaltung, oder bei einer permanenten optischen
Nichtzugänglichkeit,
insbesondere ein durch geschlossene Türen optisch nicht erfassbarer
Innenraum eines Kraftfahrzeugs, kann keine Positionsbestimmung erfolgen.
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Aus
der
DE 199 09 516
A1 ist ein Versuchsdatenerfassungssystem zur Erfassung
vom Messdaten bekannt, welche für
die mechanischen Beanspruchung eines zu untersuchenden Fahrzeugbauteils relevant
sind. Das Fahrzeugbauteil ist mit einer spannungsoptisch wirksamen
Beschichtung versehen, deren Lichtei genschaften sich mit einer geometrischen
Veränderung
der Beschichtung, beispielsweise einer Spannungsbelastung des Fahrzeugbauteils und
einer damit einhergehenden Formänderung,
verändern.
Das von einer Kamera aufgenommene Bild des Fahrzeugbauteils mit
der spannungsoptisch wirksamen Beschichtung enthält Informationen über die
mechanische Beanspruchung des Fahrzeugbauteils.
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In
der
DE 199 40 403
A1 wird ein Verfahren zur Identifizierung von Objekten
beschrieben, bei welchem ein an dem jeweiligen Objekt vorgesehener Transponder
zur Abstrahlung von in dem Transponder gespeicherten, das jeweilige
Objekt kennzeichnende Transponder-Daten angeregt wird und die abgestrahlten
Transponder-Daten erfasst werden. Das Objekt wird zusätzlich durch
einen optischen Sensor abgetastet. Mit den Transponder-Daten und
den optischen Sensordaten kann die Identifizierung des Objekts und
gegebenenfalls eine Positionsbestimmung des Objekts durchgeführt werden.
Zur Identifizierung des Objekts wird die mit dem optischen Sensor
ermittelte Objektgeometrie mit den im Transponder hinterlegten Geometriedaten
des Objekts, den Transponder-Daten, auf eine ausreichende Übereinstimmung verglichen.
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Außerdem ist
aus der
DE 43 41 645
C2 ein Verfahren zur Echtzeit-Messung von dynamischen dreidimensionalen
Verformungen eines Messobjekts bekannt, bei welchem an definierten
Messorten des Messobjekts elektromagnetische drahtlose Messsignale
aussendende und empfangende aktive elektronische Messortmarken befestigt
sind. Während
eines Messvorgangs wird eine vorgegebene Anzahl der Messortmarken
als Sender von Messsignalen und die anderen Messortmarken als Empfänger dieser Messsignale
betrieben. Durch eine Auswertung der Messsignale kann auf eine verformungsbedingte Änderung
der Entfernung zwischen den Messortmarken geschlossen werden.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung zur
Bestimmung einer mechanischen Verformung eines in einem Fahrzeug
integrierten Fahrzeugbauteils während
eines Crashtests anzugeben, welche eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere
Erfassung der Verformung des Bauteils gewährleistet.
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Die
genannte Aufgabe wird gelöst
durch eine Messanordnung zur Bestimmung einer mechanischen Verformung
eines in einem Fahrzeug integrierten Fahrzeugbauteils während eines
Crashtests mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Erfindungsgemäß sind wenigstens
zwei RFID-Transponder (Radio Frequency Identification, d. h. Identifizierung
per Funk) mit einem vorgegebenen Abstand am Fahrzeugbauteil angeordnet,
welche ihre positionsrelevanten Messdaten an wenigstens drei räumlich voneinander
getrennt angeordnete Sende-Empfangseinheiten
zur Erfassung der für
das Fahrzeugbauteil positionsrelevanten Messdaten übertragen.
Die Messanordnung dient zur Bestimmung einer mechanischen Verformung
eines in einem Fahrzeug integrierten Fahrzeugbauteils während des
Crashtests. Die positionsrelevanten Messdaten werden in den Sende-Empfangseinheiten
erfasst. Die Raumkoordinaten der RFID-Transponder, welche begrifflich
auch so genannte RFID-Tags
(englisch für „Etiketten") umfassen, werden
in einem Rechner berechnet und gespeichert. Die Entfernung, über welche
ein RFID-Transponder ausgelesen werden kann, schwankt in Abhängigkeit
von der Ausführung
des RFID-Transponders, von dem benutzten Frequenzband, von der Sendestärke und
von Umwelteinflüssen
zwischen wenigen Zentimetern und ca. 30 Metern. Mit der Messanordnung
zur Bestimmung einer mechanischen Verformung eines in einem Fahrzeug
integrierten Fahrzeugbauteils ist eine zuverlässige Erfassung der Verformung
des Fahrzeugbauteils gegeben. Mittels der RFID-Technologie können im
Gegensatz zu photogrammetrischen Verfahren auch Positionen erfasst
werden, welche optisch nicht zugänglich
sind, d. h. auf irgendeine Weise abgedeckt sind. Mit den RFID-Transpondern kann
für das
zu erfassende Bauteil automatisch nahezu kontinuierlich eine relative
und/oder eine absolute Position in Raum und Zeit bestimmt werden.
Die herkömmlichen
photogrammetrischen Verfahren sind hingegen nicht für einen
Onlinebetrieb geeignet und nur teilautomatisiert. Aufgrund der geringen
Baugröße der RFID-Transponder
ist eine hohe Ortsauflösung gegeben,
wodurch der Informationsumfang über
das zu untersuchende Fahrzeugbauteil erhöht und die Genauigkeit der
Messergebnisse gesteigert werden kann. Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Messanordnung
führt zu
einer Aufwands- und zu einer Kostenreduzierung.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Sende-Empfangseinheiten innerhalb und/oder
außerhalb
des Kraftfahrzeuges angeordnet. Dadurch ist ein flexibler Einsatz
der Sende-Empfangseinheiten gewährleistet,
welche dergestalt angeordnet werden können, dass eine optimierte
Bestimmung bezüglich der
Genauigkeit der jeweiligen Positionen gewährleistet ist. Um eine dreidimensionale
Positionsbestimmung zu ermöglichen,
muss das Signal eines RFID-Transponders von mindestens vier Sende-Empfangseinheiten
ausgewertet werden. Genügt eine
zweidimensionale Auflösung,
so sind nur drei Sende-Empfangseinheiten
erforderlich. Dabei ist vorgesehen, dass die RFID-Transponder aktiv
und/oder passiv ausgestaltet sein können.
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Aktive
RFID-Transponder sind batteriebetrieben oder verfügen über eine
externe Spannungsversorgung und können typischerweise sowohl
gelesen als auch beschrieben werden. Sie befinden sich normalerweise
im Ruhezustand, d. h. sie senden keine Informationen aus. Nur wenn
ein spezielles Aktivierungssignal von den Sende-Empfangseinheiten empfangen
wird, aktiviert sich der aktive RFID-Transponder. Die aktiven RFID-Transponder besitzen
in der Regel eine höhere
Sendereichweite als die passiven RFID-Transponder.
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Die
passiven RFID-Transponder beziehen ihre Energie zur Übertragung
der Informationen aus den empfangenen Funkwellen. Die gespeicherten Daten
können
nur gelesen werden, wobei die Menge der gespeicherten Daten wesentlich
geringer als bei den aktiven RFID-Transpondern ist. Passive RFID-Transponder
sind im Vergleich sind im Vergleich zu den aktiven RFID-Transpondern kleiner
und leichter, haben eine geringere Reichweite, eine nahezu unbegrenzte
Lebensdauer und benötigen
eine stärkere
Leseeinheit. Die RFID-Transponder weisen jeweils ein eindeutiges
Identifikationsmerkmal auf, welches von den Sende-Empfangseinheiten
gelesen wird. Zudem kann auf diesem Wege ein Abgleich der erfindungsgemäßen Messanordnung
erfolgen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein RFID-Transponder
mit einer optischen Marke versehen, welche von wenigstens einem
optischen Sensor erfasst werden kann. Dadurch kann die Messgenauigkeit
zusätzlich
verbessert werden, da die Position zugleich mit dem RFID-Transponder
und über
die optische Marke bestimmt wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Figur näher
erläutert,
wobei die Figur eine Messanordnung zur Bestimmung einer mechanischen
Verformung eines in einem Fahrzeug integrierten Fahrzeugbauteils
während
eines Crashtests in einem Ausschnitt in einer schematischen Darstellung
zeigt.
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Eine
Messanordnung 1 zur Bestimmung einer mechanischen Verformung
eines in einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug integrierten
Fahrzeugbauteils 2 während
eines Crashtests umfasst gemäß der Figur
zwei RFID-Transponder 3, 4, welche mit einem vorgegebenen
Abstand am Fahrzeugbauteil 2 angeordnet sind. Der Abstand
zwischen den beiden RFID-Transpondern 3, 4 und
deren Anordnung an dem Fahrzeugbauteil 2 wird dabei so
gewählt,
dass eine zu erwartende Verformung oder Bewegung des Fahrzeugbauteils 2 mittels
der RFID-Transponder 3, 4 eindeutig sensiert werden
kann. Das Fahrzeugbauteil 2 kann sich auch aus mehreren
Komponenten zusammensetzen, wobei in einem Crashszenario deren Relativbewegung
zueinander erfasst wird. Die Anzahl der in der Messanordnung 1 eingesetzten RFID-Transponder 3, 4 hängt von
den gewünschten Testbedingungen,
von der Ausgestaltung des Fahrzeugbauteils 2 und insbesondere
von seinem Verformungsgrad ab. Mit der Messanordnung 1 kann
ebenso die Lageänderung
mehrerer Fahrzeugbauteile 2 bei einer Kollisionserfassung
verfolgt werden.
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Die
RFID-Transponder 3, 4 senden ihre positionsrelevanten
Messdaten drahtlos an die räumlich voneinander
getrennt angeordneten Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d zur
Erfassung der für
das Fahrzeugbauteil 2 positionsrelevanten Messdaten. Für eine geeignete
Positionsauflösung
(ein-, zwei-, oder dreidimensional), insbesondere bei einer Vielzahl
von eingesetzten RFID-Transpondern 3, 4, können auch
mehr als drei Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d in
der Messanordnung 1 eingesetzt werden. Die Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d können in
Abhängigkeit
vom Aufbau der Messanordnung 1 innerhalb und/oder außerhalb
des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Die Entscheidung über die
Anordnung der Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d ist
von der Ausgestaltung des Fahrzeugbauteils 2 und seiner
Anordnung im Kraftfahrzeug abhängig.
Auch eine räumlich
funktionale Trennung von Sender und Empfänger der Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d ist
denkbar. Die Messanordnung 1 ist besonders für eine parallele Untersuchung
mehrerer Fahrzeugbauteile 2 geeignet, welche im Kraftfahrzeug
und/oder im Außenbereich
am Kraftfahrzeug angeordnet sind.
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Der
einzelne RFID-Transponder 3, 4 ist einsatzbedingt
aktiv oder passiv ausgestaltet. Die Messanordnung 1 kann
sowohl aktive und passive RFID-Transponder 3, 4 umfassen.
Die RFID-Transponder 3, 4 weisen
jeweils ein eindeutiges Identifikationsmerkmal auf, welches an die
Sende-Empfangseinheiten 5a, 5b, 5c und 5d übertragen
wird. Dadurch kann ein bestimmtes Fahrzeugbauteils 2 oder
ein spezieller Bereich des Fahrzeugbauteils 2 eindeutig identifiziert
werden.
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In
dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der RFID-Transponder 4 mit
einer optischen Marke 6 versehen, welche von einem optischen
Sensor 7, insbesondere einer Kamera, erfasst wird. Die
Position kann in diesem Ausführungsbeispiel
mittels des RFID-Transponders 4 und über die optische Marke 6 zuverlässig bestimmt
und zeitlich verfolgt werden. Es erweist sich als vorteilhaft, alle diejenigen
RFID-Transponder 3, 4 mit einer optischen Marke 6 zu
versehen, welche vom optischen Sensor 7 sensortechnisch
erfasst werden können.
Es kann auch ein zweiter optischer Sensor 7 oder mehr als
zwei optische Sensoren 7 zur Erfassung der optischen Marken 6 vorgesehen
sein. Die optischen Sensoren 7 können je nach Ausgestaltung
der Messanordnung 1 innerhalb und/oder außerhalb
des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die optische Marke 6 weist
in einer weiteren Ausgestaltung der Messanordnung 1 eine
Kodierung, insbesondere einen Strichcode, auf.
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Für die RFID-Transponder 3, 4 wird
zu vorgegebenen Zeitpunkten des Crashtests jeweils eine relative
und/oder eine abso lute Position in Raum und Zeit bestimmt. Dazu
wird eine Verarbeitungseinheit 8 von den RFID-Transpondern 3, 4 angesteuert.
Ebenfalls steuert der optische Sensor 7 für eine gemeinsame
Be- und Verarbeitung seiner Signale mit den positionsrelevanten
Messdaten der RFID-Transponder 3, 4 die Verarbeitungseinheit 8 an.
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Die
erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur
Bestimmung einer mechanischen Verformung des in dem Fahrzeug integrierten
Fahrzeugbauteils 2 gewährleistet
eine zuverlässige
Erfassung der Verformung des Fahrzeugbauteils 2 oder die
Lageänderung
mehrerer Fahrzeugbauteile 2 relativ zueinander während des
gesamten zeitlichen Ablaufs des Crashtests, wobei das oder die Fahrzeugbauteile 2 eine
beliebige Position im Kraftfahrzeug einnehmen können. Beispielsweise kann die
relative Lage zwischen einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs und einem
beim Crashtest im Kraftfahrzeug eingesetzten Versuchsdummy erfasst
werden. Eine verdeckte Einbauposition für das Fahrzeugbauteil 2 ist
mit der Messanordnung 1 ebenfalls zuverlässig und
eindeutig zu erfassen. Aufgrund einer einfachen Handhabung der RFID-Transponder 3, 4 ist
die Messanordnung 1 mit einem nur geringem Aufwand einsatzvariabel
realisierbar.