DE102012000603A1

DE102012000603A1 - Method for detecting damage caused to load bearing component of motor vehicle e.g. car, involves evaluating load spectrum according to predetermined criterion

Info

Publication number: DE102012000603A1
Application number: DE201210000603
Authority: DE
Inventors: Bernd Liedtke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-01-14
Filing date: 2012-01-14
Publication date: 2012-10-11

Abstract

The method involves measuring (S10) a load spectrum by acceleration, speed or angular velocity sensor based on the load applied to load bearing component made of fiber composite material. The load spectrum is evaluated according to predetermined criterion. The damage warning signal is produced based on the fulfillment of predetermined criterion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer möglichen Beschädigung eines Kraftwagenbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff.The invention relates to a method for detecting a possible damage of a motor vehicle component made of a fiber composite material.

Im Zuge moderner Leichtbaubestrebungen werden zunehmend Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, beispielsweise glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen, im Kraftwagenbau eingesetzt. Zunehmend finden derartige Werkstoffe auch Anwendung für strukturell bedeutsame, tragende Bauteile von Kraftwagen.In the course of modern lightweight construction efforts, components made of fiber composite materials, for example glass or carbon fiber reinforced plastics, are increasingly being used in motor vehicle construction. Increasingly, such materials are also used for structurally significant load-bearing components of motor vehicles.

Im Unterschied zu den üblicherweise verwendeten duktilen metallischen Werkstoffen ist die Schadensbefundung bei derartigen Bauteilen nachteiligerweise problematisch. Metallische Bauteile zeigen bei Beschädigung erkennbare Verformungen, während Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen aufgrund ihrer spröden Versagenscharakteristik nicht zwingend sichtbare Verformungen oder Beschädigungen aufweisen. Insbesondere für derartige Werkstoffe spezifische Beschädigungen, wie Delaminationen, Zwischenfaserbrüche innenliegender Lagen oder dergleichen, sind oftmals auch für den Fachmann nicht unmittelbar erkennbar. Dies gilt insbesondere bei Karosseriebauteilen, die evtl. noch durch Lackschichten maskiert sind. Aus diesem Grund sind technisch und zeitlich aufwändige Prüfverfahren, wie beispielsweise Ultraschall- oder Röntgendiagnostik sowie diverse Tomographieverfahren zur Diagnose derartiger Schäden notwendig, jedoch in der Regel in üblichen Kraftfahrzeugwerkstätten nicht verfügbar.In contrast to the commonly used ductile metallic materials, damage assessment of such components is disadvantageously problematic. Metallic components show noticeable deformations when damaged, while components made of fiber composites do not necessarily show any visible deformation or damage due to their brittle failure characteristics. In particular, for such materials specific damage, such as delamination, intermediate fiber fractures internal layers or the like, are often not readily apparent to those skilled in the art. This applies in particular to body components that may still be masked by layers of paint. For this reason, technically and time-consuming testing procedures, such as ultrasound or X-ray diagnostics, as well as various tomography methods for diagnosing such damage are necessary, but not generally available in conventional motor vehicle workshops.

Dies ist insbesondere problematisch, da auch vom Fahrer als Bagatellen empfundene Schadensereignisse, wie beispielsweise kleinere Parkrempler bei Fahrzeugen mit Anhängerkupplung oder ein Aufsetzen des Fahrzeugbodens auf einem Hindernis, bereits Schäden in der Fahrzeugstruktur bedingen können, die bei einer optischen Inspektion unerkannt bleiben. Derartige Vorschädigungen können unter Umständen zu einem späteren, plötzlichen und katastrophalen Versagen der Gesamtstruktur führen oder die Dauerfestigkeit des Kraftwagens anderweitig gefährden.This is particularly problematic because even perceived by the driver as bagatelles damage events, such as smaller parking bumps on vehicles with a trailer hitch or placing the vehicle floor on an obstacle, can already cause damage to the vehicle structure, which remain undetected in an optical inspection. Such pre-damages may, under certain circumstances, lead to a subsequent, sudden and catastrophic failure of the overall structure or otherwise jeopardize the fatigue life of the motor vehicle.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches auf einfache, schnelle und kostengünstige Art eine Detektion möglicher Beschädigungen von Kraftwagenbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen erlaubt.The present invention is therefore based on the object to provide a method of the type mentioned above, which allows a simple, fast and inexpensive way to detect possible damage of motor vehicle components made of fiber composites.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Ein derartiges Verfahren zum Detektieren einer möglichen Beschädigung eines Kraftwagenbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff beruht auf der Nutzung von üblicherweise ohnehin im Kraftwagen vorhandenen Lage- und Beschleunigungssensoren. Solche Sensoren stellen üblicherweise Daten für verschiedene Bordsysteme, beispielsweise Fahrerassistenzsysteme, Abschleppschutz, Insassenschutzsysteme, vorausschauende Unfallprävention und dergleichen bereit. Dazu werden regelmäßig Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen, sowie lineare Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowohl von impulsartiger als auch von längerandauernder Natur erfasst. Auf Grundlage der Messwerte derartiger Sensoren kann für ein bestimmtes Kraftwagenbauteil ein Lastkollektiv aufgenommen werden, welchem dieses Kraftwagenbauteil unterworfen ist. Ein derartiges Lastkollektiv wird in der Folge gemäß wenigstens eines vorgegebenen Kriteriums ausgewertet. Ist dieses Kriterium erfüllt, so wird eine entsprechende Schadenswarnung betreffend das Kraftwagenbauteil erzeugt. Mit anderen Worten wird durch Aufnahme des Lastkollektivs eine vollständige Fahrzeughistorie bzgl. konstanter und impulsartiger Beanspruchungen der Kraftwagenbauteile bereitgestellt. Werden hierbei bestimmte Schwellenwerte überschritten, so kann als Reaktion auf die erzeugte Schadenswarnung eine umfangreichere Untersuchung der Fahrzeugstruktur auf evtl. vorhandene, optisch nicht erkennbare Fehlerstellen durchgeführt werden.Such a method for detecting a possible damage of a motor vehicle component made of a fiber composite material is based on the use of usually present in the car position and acceleration sensors. Such sensors typically provide data for various onboard systems, such as driver assistance systems, towing protection, occupant protection systems, predictive accident prevention, and the like. For this purpose, angular velocities and accelerations as well as linear velocities and accelerations of both pulsed and long-lasting nature are regularly recorded. Based on the measured values of such sensors, it is possible to record a load collective for a specific motor vehicle component, to which this motor vehicle component is subjected. Such a load spectrum is evaluated in the sequence according to at least one predetermined criterion. If this criterion is met, a corresponding damage warning concerning the motor vehicle component is generated. In other words, by recording the load collective, a complete vehicle history is provided with respect to constant and pulse-like stresses on the motor vehicle components. If certain threshold values are exceeded in this case, a more extensive investigation of the vehicle structure on possibly present, optically unrecognizable fault locations can be carried out in response to the generated damage warning.

Als Sensor kann hierbei ein Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Winkelgeschwindigkeitssensor des Kraftwagens verwendet werden.In this case, an acceleration and / or speed and / or angular speed sensor of the motor vehicle can be used as the sensor.

Vorzugsweise ist das wenigstens eine vorgegebene Kriterium ein Überschreiten eines Schwellenwerts einer Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit und/oder Winkelgeschwindigkeit in zumindest einem Punkt des Lastkollektivs. Hieraus kann abgeleitet werden, dass zumindest ein starkes Belastungsereignis stattgefunden hat, was eine eingehendere Untersuchung auf eventuelle Beschädigungen rechtfertigt.Preferably, the at least one predetermined criterion is an exceeding of a threshold value of an acceleration and / or speed and / or angular velocity in at least one point of the load collective. From this it can be deduced that at least one strong load event has taken place, which justifies a more detailed investigation for possible damage.

Alternativ oder zusätzlich kann das wenigstens eine vorgegebene Kriterium ein Überschreiten einer vorgegebenen Maximalanzahl von Lastfällen in einer vorgegebenen Lastklasse des Lastkollektivs sein. Mit anderen Worten wird dann eine Schadenswarnung erzeugt, wenn ein Bauteil eine bestimmte Anzahl von wiederkehrenden Belastungen, beispielsweise Schwingspielen, erfahren hat. Hierdurch können dauerbelastungsbedingte Materialschäden, also Materialermüdung, zuverlässig erkannt werden.Alternatively or additionally, the at least one predetermined criterion may be an exceeding of a predetermined maximum number of load cases in a predetermined load class of the load collective. In other words, a damage warning is then generated when a component has experienced a certain number of recurring loads, such as swinging games. As a result, permanent load-related material damage, ie fatigue, can be reliably detected.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Analyse während einer Wartung des Kraftwagens mittels einer insbesondere kraftwagenexternen Diagnoseeinheit durchgeführt. Bei der Wartung wird somit nicht nur der normale Fehlerspeicher des Kraftwagens, sondern auch das gespeicherte Lastkollektiv ausgelesen und analysiert.In a preferred embodiment of the invention, the analysis is performed during a maintenance of the motor vehicle by means of a particular external car diagnostic unit. During maintenance, not only the normal fault memory of the motor vehicle, but also the stored load collective is read out and analyzed.

Die Analyse kann zudem in vorgegebenen Zeitabständen mittels eines kraftwageninternen Steuergeräts durchgeführt werden, so dass bei Auftreten einer möglichen Beschädigung unmittelbar eine Warnung an den Fahrer erzeugt werden kann, die diesen auffordert, eine Werkstatt zur Wartung aufzusuchen.The analysis can also be carried out at predetermined intervals by means of an in-vehicle control unit, so that when a possible damage occurs immediately a warning to the driver can be generated, which asks them to visit a workshop for maintenance.

Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of a flow chart of an embodiment of a method according to the invention.

Um zuverlässig und frühzeitig optisch nicht erkennbare Beschädigungen an Kraftwagenbauteilen aus Faserverbundkunststoffen, wie beispielsweise Delaminationen, Zwischenfaserbrüche oder dergleichen, festzustellen, werden die entsprechenden Bauteile während ihres Betriebs überwacht. Hierzu wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt S10 eine Belastung gemessen, welcher das jeweilige Bauteil unterliegt. Dies kann durch ohnehin im Kraftwagen vorhandene Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- oder Winkelgeschwindigkeitssensoren erfolgen, die in der Regel für Fahrerassistenzsysteme, Unfallsicherheitssysteme und dergleichen in großer Zahl im Kraftwagen verbaut sind. Die so gemessenen Belastungswerte werden in einem folgenden Verfahrensschritt S12 in einer Speichereinrichtung des Kraftwagens gespeichert und zu einem Lastkollektiv zusammengefasst.To reliably and early detect visually unrecognizable damage to motor vehicle components made of fiber reinforced plastics, such as delaminations, intermediate fiber breaks or the like, the corresponding components are monitored during their operation. For this purpose, first a load is measured in a first method step S10, which is subject to the respective component. This can be done by existing anyway in the car sensors, such as acceleration, speed or angular velocity sensors, which are usually installed for driver assistance systems, crash safety systems and the like in large numbers in the car. The load values thus measured are stored in a subsequent method step S12 in a storage device of the motor vehicle and combined to form a load collective.

Um Beschädigungen des Kraftwagenbauteils vorhersagen zu können, wird dieses Lastkollektiv regelmäßigen Analysen unterzogen. Dies kann einerseits in einem kraftwageninternen System geschehen, andererseits auch durch Auslesen des Lastkollektivs auf ein externes Diagnosegerät während eines üblichen Wartungsvorgangs.In order to be able to predict damage to the motor vehicle component, this load collective is subjected to regular analyzes. This can be done on the one hand in an in-vehicle system, on the other hand, by reading the load spectrum on an external diagnostic device during a normal maintenance operation.

Wird im Verfahrensschritt S14 festgestellt, dass eine derartige Analyse notwendig ist, wird im folgenden Schritt S16 überprüft, ob ein bestimmtes Kriterium bzgl. des Lastkollektivs erfüllt ist. insbesondere kann hierbei geprüft werden, ob Schwellenwerte für impulsartige Belastungen des Bauteils überschritten wurden oder ob das Bauteil eine bestimmte Maximalanzahl von Schwingspielen in einem gegebenen Frequenzbereich erreicht oder überschritten hat. Ist dies der Fall, so besteht das Risiko, dass das Kraftwagenbauteil optisch nicht erkennbare Schäden aufweist. In diesem Fall wird im Verfahrensschritt S16 eine entsprechende Warnung erzeugt. Erfolgt die Analyse auf einem kraftwageninternen System, so kann nun dem Fahrer angezeigt werden, dass eine Wartung notwendig ist. Bei einer Analyse auf einem externen Diagnosegerät in einer Werkstatt kann in Reaktion auf eine derartige Warnung nun eine eingehendere Prüfung des jeweiligen Faserverbundbauteils erfolgen. Dieses kann nun beispielsweise einer Ultraschallprüfung, einer Röntgenprüfung oder dergleichen unterzogen werden oder präventiv gleich ausgetauscht werden.If it is determined in method step S14 that such an analysis is necessary, it is checked in the following step S16 whether a specific criterion regarding the load spectrum is fulfilled. In particular, it can be checked here whether threshold values for impulsive loads of the component have been exceeded or whether the component has reached or exceeded a certain maximum number of oscillatory cycles in a given frequency range. If this is the case, then there is the risk that the motor vehicle component has optically unrecognizable damage. In this case, a corresponding warning is generated in method step S16. If the analysis is carried out on an in-vehicle system, the driver can now be informed that maintenance is necessary. In an analysis on an external diagnostic device in a workshop, a closer examination of the respective fiber composite component can now take place in response to such a warning. This can now be subjected to, for example, an ultrasound examination, an X-ray examination or the like, or replaced as a preventative measure.

Insgesamt können so strukturell bedenkliche Beschädigungen von Kraftwagenbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen erkannt werden, bevor sie optisch sichtbar werden, so dass ein besonders sicherer Betrieb eines Kraftwagens mit derartigen Bauteilen möglich wird.Overall, so structurally serious damage to motor vehicle components made of fiber composite materials can be detected before they are visually visible, so that a particularly safe operation of a motor vehicle with such components is possible.

Claims

A method of detecting possible damage to a motor vehicle component from a fiber composite, comprising the steps of: a) measuring a load collective, which is subjected to the motor vehicle component, by means of at least one sensor of the motor vehicle, b) evaluating the load spectrum according to at least one predetermined criterion, c) upon fulfillment of the at least one predetermined criterion: generating a damage warning concerning the motor vehicle component.

A method according to claim 1, characterized in that an acceleration and / or speed and / or angular velocity sensor of the motor vehicle is used as the sensor.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one predetermined criterion is an exceeding of a threshold value of an acceleration and / or speed and / or angular velocity in at least one point of the load collective.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one predetermined criterion is an exceeding of a predetermined maximum number of load cases in a predetermined load class of the load collective.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the analysis is carried out during maintenance of the motor vehicle by means of a particular external car diagnostic device.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the analysis is carried out at predetermined time intervals by means of an in-vehicle control unit.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measurement and / or the analysis is performed by means of a sensor and / or a diagnostic device, which uses in vehicle operation for performing vehicle safety, vehicle assistance and / or vehicle maintenance functions becomes.