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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Detektieren einer potentiellen mechanischen Beschädigung eines Fahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs. Ein solches Fahrzeugbauteil kann beispielsweise ein Hochvoltbauteil sein, also ein Bauteil, welches eine elektrische Gleichspannung größer als 60 Volt führt.
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Sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteile, wie zum Beispiel Hochvolt-Bauteile, werden bevorzugt im crashsicheren Bereich eines Fahrzeugs und somit möglichst weit entfernt vom Außenblech des Fahrzeugs positioniert. Dem liegt zugrunde, dass quasistatische, mechanische Beschädigungen (beispielsweise eine Einbeulung und/oder Verdrehung) solcher sicherheitsrelevanter Bauteile, wie sie beispielsweise bei sogenannten Parkremplern auftreten können, nicht sicher detektiert werden können. Durch die notwendige Positionierung tief im Fahrzeuginneren entsteht der Nachteil, dass Bauraum im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs nicht für die sicherheitsrelevanten Fahrzeugbauteile genutzt werden kann. In der Folge muss Bauraum genutzt werden, der weiter innen und somit im crashsicheren Bereich eines Fahrzeugs liegt. In der Folge kommt es zu einer Reduzierung des nutzbaren Fahrzeuginnenraums, wie zum Beispiel des Kofferraumvolumens oder des Tankbehälterbauraums.
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Um sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteile im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs positionieren zu können, muss eine zuverlässige Detektion von Beschädigungen oder Schäden an diesen Fahrzeugbauteilen gewährleistet sein.
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In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 10 2008 049 468 A1 ein Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Bauteils. Dabei ist vorgesehen, dass jedem Bauteil mindestens ein Radio Frequency Identification Device (RFID) zugeordnet ist, das durch einen durch die Beschädigung des Bauteils verursachten elektrischen Strom verändert wird. Diese Veränderung wird von einem vorbeibewegten Registriergerät erkannt. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass das Erkennen einer Beschädigung eines Bauteils keine Schutzmaßnahmen, wie beispielsweise eine Deaktivierung des beschädigten Bauteils, auslöst. Zudem ist eine großflächige Überwachung technisch aufwändig.
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Aus der
DE 10 2015 207 222 A1 ist ein Verfahren für ein Hochvolt-Energiesystem eines Fahrzeugs bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Vor-Unfall-Fehlerzustand bestimmt, welcher aktuell bestehende Fehler des Hochvolt-Energiesystems vor dem Zeitpunkt eines Unfallereignisses angibt. Dann wird ein Unfallereignis bestimmt. Danach wird ein Nach-Unfall-Fehlerzustand bestimmt, welcher aktuell bestehende Fehler des Hochvolt-Energiesystems nach dem Zeitpunkt des Unfallereignisses angibt. Das Hochvolt-Energiesystem wird in Abhängigkeit von dem Unfallereignis, dem Vor-Unfall-Fehlerzustand und dem Nach-Unfall-Fehlerzustand deaktiviert. Nachteilig bei dem hier offenbarten Verfahren ist, dass der Nach-Unfall-Fehlerzustand nur dann bestimmt wird, wenn ein Unfallereignis detektiert wurde. Ein Unfallereignis wird dabei durch das Erfassen einer Beschleunigung des Fahrzeugs und ein Vergleichen der erfassten Beschleunigung mit einem vorgegebenen Beschleunigungsschwellenwert bestimmt. Dadurch soll verhindert werden, dass verhältnismäßig kleine Einwirkungen auf das Fahrzeug als Unfallereignis bestimmt werden. Das bedeutet, dass beispielsweise der besagte Parkrempler nicht als Unfallereignis detektiert werden würde. Dementsprechend würde nach einem solchen Parkrempler keine Bestimmung des Nach-Unfall-Fehlerzustand erfolgen. Das bedeutet, eine potentielle mechanische Beschädigung eines im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs verbauten sicherheitsrelevanten Fahrzeugbauteils würde nicht als Fehler erkannt werden.
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Die
EP 2 286 496 B1 offenbart ein Verfahren für die Steuerung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeuges, bei dem Teile des Bordnetzes auch in dem Ruhezustand des Fahrzeugs mit der Batterie verbunden sind, wobei das Bordnetz eine von einem Fehlerströme erfassenden Sensor steuerbare Schalteinrichtung umfasst, die den Anschluss des Bordnetzes an die Batterie steuert. Bei Erfassen eines Fehlerstroms werden Steuergeräte aktiviert, welche Hochstromverbraucher des Bordnetzes steuern, um durch Stromfluss durch die Hochstromverbraucher die Batterie des Fahrzeugs zu entladen. Nachteilig hierbei ist, dass unabhängig davon, welches Fahrzeugbauteil eine Beschädigung aufweist, in jedem Fall die Fahrzeugbatterie komplett entladen wird, wodurch das Fahrzeug vorübergehend startunfähig wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, potentielle mechanische Beschädigungen eines Fahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs zuverlässig zu detektieren, sodass diese sicherheitsrelevanten Bauteile auch gefahrlos im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs verbaut werden können.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung zum Detektieren einer potentiellen mechanischen Beschädigung eines Fahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Mit einer potentiellen mechanischen Beschädigung ist gemeint, dass lediglich ein mechanischer Einfluss auf das Fahrzeugbauteil detektiert wird, ohne hierbei explizit zu messen, wie groß ein an dem Fahrzeugbauteil tatsächlich entstandener Schaden ist. Ein Fahrzeugbauteil kann insbesondere ein Hochvolt-Bauteil sein, beispielsweise eine Leistungselektronik eines Stromrichters oder eine elektrische Speichereinheit (Hochvolt-Batterie) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist ein flächiges Verformungselement auf, welches ein Gehäuse des Fahrzeugbauteils zumindest teilweise umgibt. Das Verformungselement kann zum Beispiel ein dem Gehäuse vorgelagertes Blech sein. Das Gehäuse und das Verformungselement weisen elektrisch leitfähiges Material auf. Das bedeutet, dass beispielsweise elektrisch leitfähige Metallfäden und/oder Kohlefasern in anderweitig nicht elektrisch leitfähiges Material von Gehäuse und/oder Verformungselement eingearbeitet sein können oder Gehäuse und/oder Verformungselement aus Blech gefertigt sein können. Das Gehäuse und das Verformungselement sind gegeneinander mittels einer elektrischen Isolierung elektrisch isoliert. Die Isolierung kann dabei beispielsweise durch einen Luftspalt zwischen Gehäuse und Verformungselement bereitgestellt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch keine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Verformungselement entsteht. Die Isolierung kann allerdings auch durch ein anderes isolierendes Material bereitgestellt sein, welches in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Verformungselement zumindest bereichsweise eingebracht sein kann, beispielsweise ein Schaumstoff und/oder Abstandshalter. Das Verformungselement ist dazu eingerichtet, sich bei einer vorbestimmten äußeren Krafteinwirkung, welche größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, zu verformen. Die Anpassung an den Schwellenwert kann zum Bespiel durch eine Wahl einer Wanddicke und/oder eines Materials des Verformungselements erreicht werden. Eine vorbestimmte äußere Krafteinwirkung kann dabei beispielsweise durch einen Frontalaufprall, einen Heckaufprall und/oder einen Seitenaufprall entstehen. In jedem Fall ist eine äußere Krafteinwirkung eine Krafteinwirkung, welche von außen, das heißt von außerhalb des Verformungselements auf die Vorrichtung ausgeübt wird. Bei Verformung des Verformungselements infolge einer Krafteinwirkung von außen durchdringt das Verformungselement die Isolierung und berührt das Gehäuse. Das bedeutet, durch das Durchdringen der Isolierung durch das Verformungselement werden das Gehäuse und das Verformungselement elektrisch kurzgeschlossen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Messeinrichtung bereitgestellt, welche dazu eingerichtet ist, zwischen Gehäuse und Verformungselement eine elektrische Prüfspannung zu messen.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine mechanische Beschädigung eines Fahrzeugbauteils zuverlässig detektiert werden kann. Diese zuverlässige Fehlerdetektion erlaubt es, auch ein sicherheitsrelevantes Fahrzeugbauteil im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs zu verbauen.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Verformungselement ein Blech oder ein Gitter aufweist, welches auf einer Seite des Gehäuses angeordnet ist, die bezüglich der äußeren Krafteinwirkung exponiert im Fahrzeug angeordnet ist. Mit anderen Worten befindet sich das Verformungselement auf der Seite des Gehäuses, die im Falle eines Unfallereignisses des Fahrzeugs der stärksten äußeren Krafteinwirkung ausgesetzt sein wird, weil es sich um die Außenseite handelt. Dies bietet den Vorteil, dass derjenige Bereich des Gehäuses durch das Verformungselement überdeckt wird, der aufgrund der Positionierung des Gehäuses im Fahrzeug im Falle einer äußeren Krafteinwirkung am stärksten in Mitleidenschaft gezogen wird. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass bei der Verwendung eines Gitters als Verformungselement Gewicht eingespart werden kann. Das Verformungselement kann gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform auch ein Teil der Außenhülle des Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise ein Außenblech, wie beispielsweise ein Kotflügelblech.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verformungselement als ein weiteres Gehäuse ausgestaltet, dessen Form mit der Form des Gehäuses des Fahrzeugbauteils korrespondiert und dieses zu einem überwiegenden Teil oder komplett umschließt. Mit anderen Worten ist das Fahrzeugbauteil durch das Verformungselement zu einem überwiegenden Teil oder komplett umhüllt. Der Vorteil einer kompletten oder überwiegenden Umhüllung des Fahrzeugbauteils durch das Verformungselement liegt darin, dass Verformungen oder Eindellungen des Verformungselements von allen Seiten des Gehäuses bei Durchdringen der Isolierung durch das Verformungselement zum Kurzschluss führen. Zur Wahrung der Isolierung im unverformten Zustand können in dieser Ausführungsform Festkörper als elektrische Isolatoren verwendet, um das Fahrzeugbauteil beabstandet von und elektrisch isoliert gegenüber dem Verformungselement zu lagern oder zu halten.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass durch eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs eine Bordnetzspannung bereitgestellt ist und bei undurchdrungener Isolierung die Bordnetzspannung an dem Gehäuse anliegt. Mit anderen Worten wird an dem Gehäuse die Bordnetzspannung angeschlossen. Die Bordnetzspannung ist insbesondere als Dauerspannungsversorgung auch ohne Zündung des Fahrzeugs immer verfügbar. Das bietet den Vorteil, dass auch bei abgestelltem Fahrzeug, das bedeutet bei einem beispielsweise geparkten Fahrzeug, eine mechanische Beschädigung des Fahrzeugbauteils detektiert werden kann. Zudem ist diese Ausführungsform besonders vorteilhaft, da keine zusätzliche Spannungsquelle benötigt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verformungselement elektrisch mit dem Fahrzeugmassepotential verbunden. Das bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung nach außen hin elektrisch neutral ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Überstromschutzsicherung auf, die dazu ausgelegt ist, auszulösen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen wird, dessen Stärke einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Überstromschutzsicherung kann dabei eine Schmelzsicherung sein. Sobald das Verformungselement die Isolierung durchdringt, kommt es zum elektrischen Kurzschluss zwischen Gehäuse und Verformungselement. Infolge des Kurzschlusses beginnt ein Fehlerstrom zu fließen. Erreicht der Fehlerstrom die Größe des Auslösestroms, löst die Sicherung aus und es fließt kein Strom mehr. Nach Auslösen der Sicherung beziehungsweise nach Schmelzen der Schmelzsicherung erreicht die Prüfspannung damit dauerhaft einen Wert von 0 Volt. Dies ist besonders vorteilhaft, da dann Gehäuse und Verformungselement spannungsfrei und auf Massepotential sind, und somit keine Gefahr für Personen oder das Kraftfahrzeug ab diesem Moment besteht.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die gemessene Prüfspannung mit einem Schwellenwert zu vergleichen und für den Fall, dass die gemessene Prüfspannung den Schwellenwert unterschreitet, eine vorbestimmte Schutzmaßnahme auszulösen. Mit anderen Worten weist die Vorrichtung ein Steuergerät auf, ein sogenanntes ECU (Electronic Control Unit). Eine Schutzmaßnahme kann zum Beispiel ein Deaktivieren des Fahrzeugbauteils oder eine Fehlermeldung sein. Durch Deaktivieren des Fahrzeugbauteils kann ein eventuell zu befürchtender Folgefehler durch das beschädigte Bauteil verhindert werden. Auch wenn das Fahrzeugbauteil als solches nicht beschädigt ist, kann zum Beispiel infolge der Verformung des Verformungselements ein Wassereintritt in das Bauteil erfolgen, welcher Probleme verursachen kann, wenn das Fahrzeugbauteil nicht deaktiviert wird. Dies kann insbesondere in der Folge von Parkunfällen der Fall sein. Eine Fehlermeldung kann beispielsweise beim nächsten Startvorgang an den Fahrer erfolgen. Der Fehler kann alternativ oder zusätzlich in einem Fehlerspeicher gespeichert werden, sodass bei einer Reparatur in der Werkstatt der Fehler schnell lokalisiert werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird auch ein Fahrzeugbauteil mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beansprucht. Mit anderen Worten kann bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugbauteil vorgesehen sein, dass es mit einem Gehäuse und einem Verformungselement sowie einer Messeinrichtung gefertigt ist und als solches in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Das Fahrzeugbauteil kann beispielsweise als eine Fahrzeugbatterie ausgestaltet sein.
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Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugbauteil und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung kann in der beschriebenen Weise in das Fahrzeugbauteil integriert sein oder zusätzlich zu dem Fahrzeugbauteil (unter Verwendung von dessen Gehäuse) bereitgestellt sein.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zur Erfindung auch ein Verfahren zum Detektieren einer potentiellen mechanischen Beschädigung eines Fahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Gehäuse des Fahrzeugbauteils zumindest teilweise durch ein flächiges Verformungselement umgeben, wobei das Gehäuse und das Verformungselement elektrisch leitfähiges Material aufweisen. Das Gehäuse und das Verformungselement können beispielsweise aus elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein oder aus einem an sich elektrisch nichtleitfähigen Material gefertigt sein, welches Metallfäden und/oder Kohlefasern aufweisen kann, welche die elektrische Leitfähigkeit herstellen. In einem nächsten Schritt werden das Gehäuse und das Verformungselement gegeneinander mittels einer elektrischen Isolierung elektrisch isoliert. Dies kann beispielsweise geschehen durch die Herstellung eines Luftspalts zwischen Gehäuse und Verformungselement. Wirkt im nächsten Schritt eine äußere Krafteinwirkung auf das Verformungselement und ist diese größer als ein vorbestimmter Schwellenwert, so verformt sich das Verformungselement und durchdringt hierbei die Isolierung. Dadurch kommt es in einem nächsten Schritt zu einer Berührung von Gehäuse und Verformungselement. Mit Hilfe einer Messeinrichtung wird eine elektrische Prüfspannung zwischen Gehäuse und Verformungselement gemessen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug im unbeschädigten Zustand mit eingebauter beschriebener Vorrichtung sowie eine vergrößerte Darstellung der beschriebenen Vorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das Kraftfahrzeug im beschädigten Zustand mit eingebauter beschriebener Vorrichtung sowie eine vergrößerte Darstellung der beschriebenen Vorrichtung;
- 3 die beschriebene Vorrichtung im schematischen Detailaufbau;
- 4 drei Zustände der beschriebenen Vorrichtung (A, B, C).
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 12 und eine Vorrichtung 10 zum Detektieren einer potentiellen mechanischen Beschädigung eines Fahrzeugbauteils 14 des Kraftfahrzeugs 12. Eine Ausschnittsvergrößerung V zeigt die Vorrichtung 10 zusätzlich in einem anderen Maßstab. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise im hinteren seitlichen Fahrzeugbereich im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs 12 eingebaut sein. Die Vorrichtung 10 umfasst dabei ein Fahrzeugbauteil 14 mit einem Gehäuse 18 sowie ein Verformungselement 16. Das Verformungselement 16 ist in der hier gezeigten Ausführungsform als ein weiteres Gehäuse gezeigt, welches das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 komplett umschließt. Zwischen dem Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und dem Verformungselement 16 befindet sich eine Isolierung 20, die durch einen Luftspalt bereitgestellt sein kann.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 12 mit eingebauter erfindungsgemäßer Vorrichtung 10. Das Kraftfahrzeug 12 und die Vorrichtung 10 sind in 2 im beschädigten Zustand gezeigt. Das heißt, dass in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Beschädigung des Fahrzeugbauteils 14 durch eine äußere Krafteinwirkung 22 stattgefunden hat.
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Es ist gezeigt, dass infolge der äußeren Krafteinwirkung 22 ein Durchdringen der Isolierung 20 durch das Verformungselement 16 stattgefunden hat. Infolge der Verformung des Verformungselements 16 wurde also ein Kontakt hergestellt zwischen dem Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und dem Verformungselement 16.
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In dem hier gezeigten Fall kann das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 eventuell durch die Beschädigung undicht geworden sein, das Fahrzeugbauteil 14 selber jedoch gegebenenfalls noch funktionsfähig sein. Daher würde die Undichtigkeit zunächst nicht auffallen. Allgemein ist als das Fahrzeugbauteil 14 potentiell beschädigt, was durch die Vorrichtung 10 detektiert werden kann.
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3 zeigt hierzu den Detailaufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Verformungselement 16 als ein weiteres Gehäuse ausgebildet, welches das Fahrzeugbauteil 14 und das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 komplett umschließt.
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Zwischen Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und Verformungselement 16 befindet sich eine Isolierung 20, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Luftspalts realisiert ist. Das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 ist in der hier gezeigten Ausführungsform über elektrische Isolatoren 48 beabstandet zu und elektrisch isoliert gegenüber dem Verformungselement 16 angeordnet.
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Die elektrische Verbindung zwischen Verformungselement 16 und Fahrzeugmassepotential 34 ist in 3 ebenfalls dargestellt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 an die Bordnetzspannung 32 des Kraftfahrzeugs 12 angeschlossen. Das Verformungselement 16 ist an die Fahrzeugmasse angeschlossen.
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Zwischen dem innenliegenden Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und dem außenliegenden Verformungselement 16 wird mit Hilfe einer Messeinrichtung 26 eine Prüfspannung gemessen. Die Messeinrichtung 26 ist mit einer Steuereinheit 40 verbunden. Die Steuereinheit 40 überprüft die gemessene Prüfspannung und vergleicht diese mit einem Schwellenwert. Für den Fall, dass die gemessene Prüfspannung den Schwellenwert unterschreitet, löst die Steuereinheit 40 eine vorbestimmte Schutzmaßnahme aus.
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Die Schutzmaßnahme kann beispielsweise in einer Deaktivierung des Fahrzeugbauteils 14 bestehen. Die Steuereinheit 40 ist mit einem Anschlusskabel 46 des Fahrzeugbauteils 14 verbunden, sodass die Schutzmaßnahme, beispielsweise die Deaktivierung des Fahrzeugbauteils 14, durch die Steuereinheit 40 über das Anschlusskabel 46 an das Fahrzeugbauteil 14 übermittelt werden kann.
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In dem Schaltkreis 50 zur Messung der Prüfspannung ist außerdem eine Überstromschutzsicherung 36 eingebaut, welche beispielsweise eine Schmelzsicherung sein kann.
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4 zeigt drei Zustände der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Zustand A zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bei Fehlerfreiheit, Zustand B zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Zeitpunkt des Fehlerfalls und Zustand C zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 nach Erkennen des Fehlerfalls. Alle drei Zustände zeigen jeweils die in 3 detailliert beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
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In Zustand A (Fehlerfreiheit) besteht kein Kontakt zwischen dem Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und dem Verformungselement 16. An dem Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 liegt die Bordnetzspannung 32 des Fahrzeugs 12 an (12 Volt). Das Verformungselement 16 ist an das Fahrzeugmassepotential 34 angeschlossen. Die durch die Messeinrichtung 26 ermittelte Prüfspannung entspricht somit der Bordnetzspannung 32 (12 Volt). In Zustand A fließt in dem Schaltkreis 50 kein elektrischer Strom 37.
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In Zustand B (Zeitpunkt des Fehlerfalls) ist das Verformungselement 16 in Richtung des Gehäuses 18 des Fahrzeugbauteils 14 eingedrückt, sodass das Verformungselement 16 die Isolierung 20 durchdrungen hat und ein Kurzschluss zwischen Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 und Verformungselement 16 hergestellt ist. In der Folge beginnt ein Fehlerstrom im Schaltkreis 50 zu fließen, und die durch die Messeinrichtung 26 ermittelte Prüfspannung sinkt für wenige Millisekunden unter den Wert von 12 Volt. Sobald der Fehlerstrom die Stärke eines vorbestimmten Grenzwerts überschreitet, löst die Überstromschutzsicherung 36 aus beziehungsweise schmilzt die hier dargestellte Schmelzsicherung. In der Folge erreicht die Prüfspannung dauerhaft einen Wert von 0 Volt. Somit liegt die gemessene Prüfspannung unter einem Schwellenwert, was dazu führt, dass die Steuereinheit 40 eine vorbestimmte Schutzmaßnahme auslöst. Diese Schutzmaßnahme kann zum Beispiel in einer Deaktivierung des Fahrzeugbauteils 14 bestehen.
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Zustand C (nach Erkennen des Fehlerfalls) zeigt analog zu Zustand B, das eingedrückte Verformungselement 16 und den dadurch hergestellten Kontakt zwischen Verformungselement 16 und Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14. Des Weiteren ist in der Abbildung zu Zustand C ersichtlich, dass die Überstromschutzsicherung 36 ausgelöst hat. Demzufolge sind sowohl das Gehäuse 18 des Fahrzeugbauteils 14 als auch das Verformungselement 16 spannungsfrei und auf Fahrzeugmassepotential 36. Das Fahrzeugbauteil 14 wurde gemäß der vorbestimmten Schutzmaßnahme beispielsweise deaktiviert. Es kann nun eine Fehlermeldung an den Fahrer ausgegeben werden. Ein eventuell eintretender Folgefehler, der durch das zu schützende Fahrzeugbauteil 14 eintreten könnte, ist durch die Deaktivierung des Fahrzeugbauteils 14 vermieden.
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Dem in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrundeliegen. Das Kraftfahrzeug 12 parkt am Straßenrand. Es befindet sich also in ausgeschaltetem Zustand. In dem Kraftfahrzeug 12 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eingebaut. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 im hinteren seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs 12 nahe an der Außenhülle des Kraftfahrzeugs 12 eingebaut.
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Durch ein anderes Kraftfahrzeug wird an dem geparkten und ausgeschalteten Kraftfahrzeug 12 ein sogenannter Parkschaden zum Bespiel durch einen Parkrempler (Rammen des Kraftfahrzeugs 12 bei einem Rangiermanöver des anderen Kraftfahrzeugs, während das Kraftfahrzeug 12 parkt und abgeschaltet ist) verursacht. Dabei kommt es zu einer äußeren Krafteinwirkung 22 auf den hinteren seitlichen Fahrzeugteil, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 verbaut ist. Durch die äußere Krafteinwirkung 22 wird das erfindungsgemäße Verformungselement 16 derart verformt, dass es die erfindungsgemäße Isolierung 20 durchdringt und in elektrischen Kontakt mit dem Gehäuse 18 des zu überwachenden Fahrzeugbauteils 14 tritt.
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In beschriebener Weise ist das Gehäuse 18 des zu überwachenden Fahrzeugbauteils 14 an die Bordnetzspannung 32 des Kraftfahrzeugs 12 angeschlossen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch bei ausgeschalteter Zündung voll funktionsfähig.
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Es wird wie in beschriebener Weise eine Prüfspannung ermittelt. Infolge des Parkunfalls kommt es zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen Gehäuse 18 des zu überwachenden Fahrzeugbauteils 14 und Verformungselement 16. Daraufhin sinkt die Prüfspannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert und eine vorbestimmte Schutzmaßnahme wird durch die Steuereinheit 40 ausgelöst.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Schutzmaßnahme darin bestehen, dass das zu schützende Fahrzeugbauteil 14 deaktiviert wird. Somit können eventuell eintretende Folgeschäden vermieden werden.
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Beim nächsten Starten des Fahrzeugs 14 kann dem Fahrzeugführer eine entsprechende Fehlermeldung angezeigt werden.
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Sicherheitsrelevante (Hochvolt)-Bauteile (zum Beispiel eine Leistungselektronik), deren quasistatische, mechanische Beschädigung (zum Beispiel bei Parkremplern) nicht sicher detektiert werden kann, müssen heute im crashsicheren Bereich des Fahrzeugs möglichst weit entfernt vom Außenblech positioniert werden.
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Dabei ist es nachteilig, dass Bauraum für die sicherheitsrelevanten Bauteile im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs nicht genutzt werden kann. Bauräume im kundenrelevanten Bereich weiter innen im crashsicheren Bauraum müssen genutzt werden. Hierdurch kommt es zu einer Reduzierung des vom Kunden nutzbaren Raums (zum Beispiel Verringerung des Kofferraumvolumens, Verkleinerung des Tankvolumens).
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Die Ausführungsbeispiele zeigen, wie durch die Erfindung Positionierungsmöglichkeiten der Leistungselektronik (also des sicherheitsrelevanten Fahrzeugbauteils) im Bereich der Außenhülle des Fahrzeugs geschaffen werden und eventuelle mechanische Beschädigungen der Leistungselektronik (also des sicherheitsrelevanten Fahrzeugbauteils) erkannt werden können.
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Die Leistungselektronik (also das sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteil) kann nach Erkennen der eventuellen Beschädigung ihres Gehäuses in einen sicheren Betriebszustand geführt/ abgeschaltet werden, sodass bei einer eventuellen Beschädigung des Gehäuses keine (Sekundär)-Gefahr entsteht.
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Hierbei entsteht der Vorteil, dass Bauräume im Fahrzeug besser genutzt werden können. Nutzbares Kundenvolumen (Tankgröße, Kofferraumgröße) kann maximiert werden. Zudem entsteht eine Reduzierung von nicht erkannten Gehäuseschäden der Leistungselektronik (also des sicherheitsrelevanten Fahrzeugbauteils) und Wassereindringen und ungewollte Stromflüsse können vermieden werden.
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Die gesamte Leistungselektronik (also das sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteil) wird in ein elektrisch leitfähiges inneres Gehäuse verbaut, wobei das Gehäuse das Gehäuse des Bauteils selbst sein kann. An diesem inneren Gehäuse wird die Bordnetzspannung angeschlossen, um auch bei abgestelltem Fahrzeug einen Fehler feststellen zu können. Um das innere Gehäuse herum wird ein äußeres geerdetes elektrisch leitfähiges Gehäuse verbaut. Das innere und das äußere Gehäuse sind gegeneinander elektrisch isoliert.
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Zwischen innerem und äußerem Gehäuse wird eine Prüfspannung U_p gemessen. Ist diese Spannung U_p gleich groß der Bordnetzspannung, liegt kein Fehler vor.
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Wird das innere auf das äußere Gehäuse gedrückt (zum Beispiel durch einen Parkrempler), wird ein elektrischer Kontakt hergestellt, wodurch ein Strom über eine Sicherung (also eine Überstromschutzeinrichtung) fließt, die sofort auslöst und die Prüfspannung U_p auf 0 Volt sinken lässt.
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Die Leistungselektronik (also das sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteil) kann durch diese Information über das Signalkabel (also das Anschlusskabel) abgeschaltet werden. Folgeschäden und nicht gewünschte Stromflüsse bei einer eventuellen Beschädigung des Gehäuses des Bauteils können vermieden werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung die elektronische Detektion von mechanischen Schäden sicherheitsrelevanter Fahrzeugbauteile, beispielsweise sicherheitsrelevanter Hochvolt-Bauteile, bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008049468 A1 [0004]
- DE 102015207222 A1 [0005]
- EP 2286496 B1 [0006]
