DE102009059136A1 - Einrichtung - Google Patents

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DE102009059136A1
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sensor
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motor vehicle
environment
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Withdrawn
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DE200910059136
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English (en)
Inventor
Jörg Dipl.-Ing. Huber (FH)
Xiaoming Li
Harald Dr.rer.nat. Zeizinger
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/12Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of longitudinal or not specified vibrations

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug, - mit zumindest einem an dem Bauteil angeordneten Sensor zur Erfassung von Körperschallwellen und/oder transversalen Schallwellen, - mit einer mit dem wenigstens einen Sensor kommunizierend verbundenen Auswerteeinrichtung zur Auswertung der vom Sensor empfangenen Signale, - wobei der zumindest eine Sensor energieautark betrieben ist, das heißt seinen eigenen Energiebedarf aus seinem Umfeld erzeugt. Hierdurch können insbesondere eine lückenlose Überwachung mechanisch stark belasteter Bauteile und damit eine Risikominimierung erreicht werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug.
  • In Kraftfahrzeugen ist es bisher üblich, mechanisch stark belastete Bauteile, wie beispielsweise ein Fahrwerk, größer zu dimensionieren, als dies unter normalen Betriebszuständen erforderlich wäre, um einen Ausfall desselben sicher vermeiden zu können. Die Überdimensionierung stellt somit eine gewisse Sicherheit gegen einen unvorhersehbaren, plötzlichen Ausfall des Bauteils dar. Generell könnten derartige mechanisch hochbelastete Bauteile auch kleiner dimensioniert werden, wobei dann der jeweilige Verschleißzustand kontinuierlich überwacht werden müsste. Eine derartige Überwachung ist bisher jedoch lediglich durch die Zuhilfenahme von komplexer und sehr aufwändiger Messtechnik an Prüfständen möglich, die jedoch von ihren Abmessungen und Auslegungen her nicht für den Einbau in Kraftfahrzeuge geeignet sind.
  • Eine derartige Einrichtung zur Überwachung eines mechanisch stark belasteten Bauteils ist beispielsweise aus der DE 297 17 736 U1 bekannt.
  • Aus der DE 10 2004 013 767 B4 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem in einem Kennfeld ein Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten Zündwinkel abgelegt ist, so dass bei einer Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt. Zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventil/Zündwinkel, wird eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ermittelt, die jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld in einer Regel/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine hinterlegt ist. Mit zumindest einem Klopfsensor wird dabei die tatsächlich vorhandene Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine ermittelt und der Soll-Frequenz gegenüberstellt. Bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird dabei eine Fehlermeldung ausgegeben, die eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung beinhaltet.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die es insbesondere ermöglicht, einen Verschleißzustand des mechanisch stark belasteten Bauteils kontinuierlich zu erfassen.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine bisher aufwändige und lediglich auf externe Prüfstände beschränkte Messtechnik so weiter zu bilden, dass diese problemlos im Kraftfahrzeug selbst eingesetzt bzw. verwendet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug zumindest einen Sensor und eine kommunizierend damit verbundene Auswerteeinrichtung umfasst. Der zumindest eine Sensor ist dabei an dem mechanisch stark belasteten Bauteil angeordnet und zur Erfassung von Körperschallwellen und/oder transversalen Schallwellen ausgebildet. Erfindungsgemäß ist dabei der zumindest eine Sensor energieautark betrieben, das heißt er bedarf keiner externen Energiequelle, wie beispielsweise einer Stromversorgung, sondern deckt seinen eigenen Energiebedarf aus seinem direkten Umfeld, beispielsweise durch Umwandlung von mechanischen Erschütterungen in elektrische Energie. Durch den energieautarken Betrieb des wenigstens einen Sensors kann insbesondere auf ein aufwändiges und kompliziertes Verlegen von Stromversorgungsleitungen innerhalb des Kraftfahrzeuges verzichtet werden, wodurch sowohl der Montageaufwand als auch ein späterer Wartungs-/Reparaturaufwand klein gehalten werden können. Zudem können dadurch die Sensoren an mechanisch stark belasteten Bauteilen eingesetzt werden, die für Sensoren mit einer elektrischen Energieversorgung über Stromversorgungsleitungen nicht erreichbar wären. Auch stellen derartige Energieversorgungsleitungen üblicherweise eine Schwachstelle dar, so dass bei deren Unterbrechung der zugehörige Sensor keine für die Überwachung erforderlichen Signale mehr erzeugen kann und dadurch die Überwachungsfunktion stark eingeschränkt ist. Durch den energieautarken Betrieb hingegen kann auf diese aufwändige und komplizierte und darüber hinaus auch fehleranfällige Art der Stromversorgung verzichtet werden. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass der zumindest eine am mechanisch stark belasteten Bauteil angeordnete Sensor einen thermoelektrischen Wandler, beispielsweise ein Peltierelement, zur Erzeugung des für den Betrieb des Sensors erforderlichen Strombedarfs aufweist. Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Überwachung des zumindest einen mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug ist es auch möglich, dieses Bauteil nunmehr bedarfsgerecht zu dimensionieren und auf eine bisher übliche Überdimensionierung zu verzichten. Hierdurch lassen sich Material und Gewicht einsparen, was sich beispielsweise über einen späteren Kraftstoffverbrauch ebenfalls monetär günstig bemerkbar macht. Durch die kontinuierliche Überwachung des belasteten Bauteils kann somit auf die durch die Überdimensionierung erreichte Sicherheit zumindest teilweise verzichtet werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, kommunizieren der wenigstens eine Sensor und die Auswerteeinrichtung drahtlos, beispielsweise über Funk, miteinander. In diesem Fall können nicht nur Stromversorgungsleitungen, sondern darüber hinaus auch Kommunikationsleitungen entfallen, wodurch der Einsatz des zumindest einen Sensors ebenfalls deutlich flexibler wird. Insbesondere kann der wenigstens eine Sensor auch an Orten eingesetzt werden, die bisher für eine Verkabelung unzugänglich waren.
  • Zweckmäßig ist die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, dass sie aus den vom Sensor empfangenen Signalen eine Belastung und/oder einen Verschleißzustand des Bauteils ermittelt. Hierbei können beispielsweise Grenzwerte definiert werden, ab welchen die Auswerteeinrichtung ein Warnsignal erzeugt, wodurch ein Fahrer des Kraftfahrzeuges auf einen bestimmten Verschleißgrad des überwachten Bauteils hingewiesen wird. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass unterschiedliche Warnstufen vorgesehen sind, so dass beispielsweise bei einer ersten Warnstufe lediglich auf eine hohe Belastung und einen stärker werdenden Verschleiß hingewiesen wird, während bei einer zweiten Stufe der Verschleißzustand bzw. die Belastung bereits so hoch sind, dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges aufgefordert wird, eine Werkstatt aufzusuchen. Bei einer möglichen dritten Stufe, bei welcher beispielsweise das Versagen des überwachten Bauteils unmittelbar bevorsteht, könnte die Auswerteeinrichtung den Betrieb des Kraftfahrzeuges einschränken oder aber dieses gänzlich stilllegen, so dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges gezwungen ist, eine entsprechende Werkstatt aufzusuchen.
  • Generell können dabei die Sensoren zur Erfassung von Körperschallwellen und/oder transversalen Schallwellen als Mikrosensoren ausgebildet sein, wobei ein in der Auswerteeinrichtung ablaufender Auswertealgorithmus den von den Sensoren ermittelten Körperschall unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen, zum Beispiel Bruch, Risse, Auftrennungen, etc., zuordnen kann. Darüber hinaus ist auch eine Anpassung der Sensoren an unterschiedlichste Materialien, wie beispielsweise Glas, Metall, Kunststoff oder Keramik, möglich.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung lässt sich insbesondere die Sicherheit von Kraftfahrzeugen durch die Überwachung von kritischen Bauteilen, beispielsweise im Bereich einer Fahrwerksaufhängung, eines Trägers oder einer Frontscheibe (Glasbrucherkennung) erhöhen. Durch die Überwachung der kritischen Bauteile können insbesondere nahende Ausfälle rechtzeitig erkannt werden. Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Einrichtung auch eine Überdimensionierung vermeidbar, wodurch Einsparungen bei der Auslegung der kritischen Bauteile auch die notwendige Sicherheit erreicht werden können. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Einrichtung beim Einsatz von neuen Materialien, da diese zuverlässig während des Betriebs überwacht werden können und dadurch ein Versagensrisiko besser in den Griff zu bekommen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 29717736 U1 [0003]
    • - DE 102004013767 B4 [0004]

Claims (3)

  1. Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug, – mit zumindest einem an dem Bauteil angeordneten Sensor zur Erfassung von Körperschallwellen und/oder transversalen Schallwellen, – mit einer mit dem wenigstens einen Sensor kommunizierend verbundenen Auswerteeinrichtung zur Auswertung der vom Sensor empfangenen Signale, – wobei der zumindest eine Sensor energieautark betrieben ist, das heißt seinen eigenen Energiebedarf aus seinem Umfeld erzeugt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor und die Auswerteeinrichtung drahtlos miteinander kommunizieren.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie aus den vom Sensor empfangenen Signalen eine Belastung und/oder einen Verschleißzustand des Bauteils ermittelt.
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