DE10326675A1 - Steuerungsvorrichtung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es wird eine Steuerungsvorrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein elektronisches Steuergerät (8) und mindestens einen Sensor (1) und/oder einen Aktuator, vorgeschlagen, wobei Sensorsignale und/oder Aktuatorsignale drahtlos an das elektronische Steuergerät (8) übertragen und von dem elektronischen Steuergerät (8) ausgewertet werden, wobei die Energieversorgung des Sensors (1) und/oder des Aktuators mit einem Spannungsgenerierungssystem batterielos erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Üblicherweise werden bei Fahrwerksanwendungen Sensorsignale per Draht übertragen. Zum einen ist damit die Energieversorgung der Sensoren gewährleistet und zum anderen eine zuverlässige Signalübertragung. Allerdings lassen sich bei Fahrwerksanwendungen nicht immer alle Sensoren räumlich so anordnen, dass eine Drahtverbindung bzw. Kabelführung an dem Fahrwerk möglich ist. Auch die Anfälligkeit für Störungen unter hohen Belastungen von Kabel-Stecker-Verbindungen durch häufige und extreme Temperaturschwankungen sowie durch Vibrationen sowie chemische Reaktionen aufgrund von Umweltbedingungen, verhindern eine direkte Anbindung von Sensoren zu anderen elektronischen Komponenten.
  • Nach dem Stand der Technik wird eine drahtlose Signalübertragung mittels Oberflächenwellen-Transpondern bei der Reifendrucküberwachung in Pkws, bei Identifizierungsaufgaben und Temperaturmessungen eingesetzt. Beispielsweise ist im Rahmen der DE 41 06 848 C2 eine Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung von Luftdruck- und Temperaturmesswerten an Fahrzeugrädern beschrieben.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungsvorrichtung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine optimale räumli che Anordnung der Sensoren am Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Zudem sollen die zu übertragenden Datenmengen zuverlässig übertragbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird eine Steuerungsvorrichtung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche Sensoren und/oder Aktuatoren und eine Steuereinheit zur Verarbeitung der Signale der Sensoren und/oder Aktuatoren umfasst, bei der die Signale drahtlos übertragen werden. Gemäß der Erfindung können auch Signale von der Steuereinheit zu den Aktuatoren und/oder Sensoren übertragen werden, beispielsweise Initialisierungs- oder Betätigungssignale.
  • Beispielsweise können die Signale von an den Stoßdämpfern oder an den entsprechenden Aktuatoren angeordneten Sensoren zu einer weiterverarbeitenden Elektronik, wie z.B. einer elektronischen Steuereinheit mit Sende/Empfangsmodul drahtlos übertragen werden.
  • Gemäß der Erfindung wird die Energieversorgung mit einem Spannungsgenerierungssystem batterielos sichergestellt; beispielsweise kann ein Vibrationsgenerator verwendet werden, wobei die vom Vibrationsgenerator erzeugte Wechselspannung gleichgerichtet und mit einer Elektronik stabilisiert wird. Diese Gleichspannung kann somit als Energieversorgung weiterer elektronischer Komponenten oder anderer Sensoren/Messsystemen und Aktuatoren genutzt werden. Ein Vibrationsgenerator nutzt die Schwingung des Fahrwerks, um damit einen in einer Spule aufgehängten Magneten dynamisch zu bewegen und somit in der Spule eine Induktionsspannung zu erzeugen.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit einer Akku- oder Batterieversorgung oder einer aktiven Energieversorgung durch Umwandlung thermischer oder kinetischer Energie.
  • Beispielsweise können Piezosensoren oder Thermosensoren verwendet werden, welche kinetische oder thermische Energie in elektrische Energie umwandeln. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform können als Sensoren Induktivgeber, z.B. Drehzahlsensoren verwendet werden. Diese Sensoren weisen den Vorteil einer autarken Energieversorgung auf, wobei sie auch weitere elektrische Bauteile wie Sensoren oder Aktuatoren ganz oder teilweise mit Energie versorgen können.
  • Es ist auch die Kombination mehrerer Sensoren/Aktuatoren denkbar, wobei ein Vibrationsgenerator oder ein autarker Sensor zur Energieerzeugung dienen kann und ein oder mehrere passive Sensoren (z.B. Hallsensoren) zur Erfassung verschiedener Messwerte genutzt werden.
  • Um in Zeitabschnitten, in denen nur wenig Energie erzeugt werden kann beispielsweise aufgrund geringer Schwingungen), die weitere Elektronik oder weitere Komponenten zu versorgen, kann in vorteilhafter Weise ein Energiepuffer vorgesehen sein. Als Puffer kann beispielsweise ein Akku oder ein Kondensator verwendet werden, aber auch andere Bauelemente sind möglich. Diese werden in Zeiten, in welchen Energieüberschuss vorliegt, geladen, wobei die Verwendung einer Elektronik von Vorteil ist, welche die Energieabnahme und -aufnahme steuert.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Datenübertragung schnurlos, vorzugsweise über eine Funkstrecke. Hierbei arbeiten die eingesetzten Funkmodule bevorzugterweise im ISM Band bei 433,92 MHz, wobei auch jedes andere Frequenzband im Bereich von einigen hundert kHz bis zu mehreren GHz oder sogar Terahertz nutzbar ist. Die Signale werden Frequenz- (FM) oder Amplitudenmoduliert (AM) über eine Antenne vom Sender zum Empfänger übertragen. Des weiteren ist auch der Einsatz von moderneren Modulationsverfahren möglich; die Datenkommunikation kann im Simplexbetrieb, im Halbduplexbetrieb oder im Vollduplexbetrieb erfolgen.
  • Zur fehlerfreien und geregelten Datenübertragung sind im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Sensoren mit einem Mikrocontroller ausgerüstet, welcher aus den vom Sensor oder Messsystem erzeugten Werten die Daten-/Messinformationen ermittelt. Diese Information wird dann mit Hilfe eines Protokolls über die Funkstrecke vom Sender zum Empfänger übermittelt. Das Protokoll enthält bevorzugterweise zusätzliche Informationen wie Sensornummer- bzw. Kennung und Daten zur Fehlererkennung bzw. Diagnose.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Messsystem oder der Sensor, welcher zur Erfassung einer physikalischen Größe dient, direkt von einem Vibrationsgenerator gespeist wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Transponder-Technologie (aktiv/passiv) mit OFW-Funksensorsystem denkbar. Hierbei kann entweder der Sensor per Funksignal abgefragt werden oder aber aktiv ein HF-Signal senden. Der OFW-Resonator empfängt einen HF-Impuls, dessen Energie zum Teil zwischengespeichert wird, z.B. in einem Kondensator. Der andere Teil wird für die Elektronik benötigt, um einen/mehrere Messwerte zu erfassen, und diese Signale mittels der zwischengespeicherten Energie an das Abfragemodul zurückzusenden. Hierbei kann die Abfrageeinheit zur bidirektionalen Kommunikation genutzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann analog zu den Sensoren schnurlos betätigbare Aktuatoren umfassen. Bevorzugterweise umfasst eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung Wegsensoren, Positionssensoren, Drehwinkelsensoren, Temperatursensoren, Drucksensoren, Drehmomentsensoren und/oder Drehzahlsensoren.
  • Als besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung sind zu nennen:
    • – geringere Herstellungskosten und kleinerer Bauraum durch Einsparung von Kabeln und Steckern;
    • – Reduzierung der Anfälligkeit der Steuerungsvorrichtung bei Störeinflüssen, wie Vibration oder Korrosion durch das Fehlen von Kabelanbindungen am Sensor oder am Aktuator;
    • – mögliche Modularisierung der Sensoren und/oder Aktuatoren mit integrierter Elektronik;
    • – Flexibilität beim Einbauort und der Anzahl der Sensoren im oder am Fahrwerk;
    • – Möglichkeit von „plug and measure" beziehungsweise automatischer Adressierung der Komponenten durch die Integration des Mikrocontrollers im Sensor.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung schematisch dargestellt ist, beispielhaft näher erläutert.
  • In der Figur wird ein Signalflussdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung gezeigt.
  • Demnach umfasst die Steuerungsvorrichtung mindestens einen Sensor 1. Des weiteren ist am Fahrwerk 2 des Kraftfahrzeugs ein Vibrationsgenerator 3 vorgesehen, wobei die vom Vibrationsgenerator 3 erzeugte Wechselspannung in einem elektronischen Modul 4 gleichgerichtet und stabilisiert wird, so dass die Gleichspannung als Energieversorgung weiterer elektronischer Komponenten oder anderer Sensoren/Messsystemen 1 und Aktuatoren genutzt werden kann.
  • Wie der Figur zu entnehmen ist, ist der Sensor 1 mit einem Mikrocontroller 5 verbunden, welcher aus den vom Sensor oder Messsystem erzeugten Werten die Daten-/Messinformationen ermittelt. Diese Information wird dann mit Hilfe eines Protokolls über die Funkstrecke vom Sendemodul 6 des Sensors zum Empfänger, in diesem Fall zu einem Empfangsmodul 7 eines elektronischen Steuergerätes 8, übermittelt.
    • 1
    Sensor
    2
    Fahrwerk
    3
    Vibrationsgenerator
    4
    Elektronikmodul
    5
    Mikrocontroller
    6
    Sendemodul des Sensors
    7
    Empfangsmodul des elektronischen Steuergerätes
    8
    elektronisches Steuergerät

Claims (14)

  1. Steuerungsvorrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs umfassend ein elektronisches Steuergerät (8) und mindestens einen Sensor (1) und/oder einen Aktuator, wobei Sensorsignale drahtlos an das elektronische Steuergerät (8) übertragen und von dem elektronischen Steuergerät (8) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung des Sensors (1) und/oder des Aktuators mit einem Spannungsgenerierungssystem batterielos erfolgt.
  2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen am oder im Fahrwerk des Fahrzeugs angeordneten Vibrationsgenerator (3) umfasst, wobei die vom Vibrationsgenerator (3) erzeugte Wechselspannung gleichgerichtet und mit einer Elektronik (4) stabilisiert wird und wobei diese Gleichspannung als Energieversorgung weiterer elektronischer Komponenten oder anderer Sensoren/Messsystemen und Aktuatoren nutzbar ist.
  3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor elektrische Energie generiert, welche den Sensor (1) und/oder weitere elektronische Komponenten oder andere Sensoren/Messsysteme und Aktuatoren mit Energie ganz oder teilweise versorgt.
  4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Induktivgeber, beispielsweise ein Drehzahlsensor ist, wel cher durch ein magnetisches Wechselfeld elektrische Energie erzeugt.
  5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Piezo-Element oder ein Thermo-Element ist, welches kinetische oder thermische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  6. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mit einem Elektronikmodul (4) verbunden ist, welches die im Sensor (1) generierte elektrische Spannung verarbeitet, indem die Spannung gleichgerichtet und stabilisiert wird.
  7. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher für die elektrische Energie vorgesehen ist, der mit dem Sensor (1) verbunden ist und die vom Sensor und/oder weiteren elektronischen Bauteile nicht benötigte elektrische Energie speichert.
  8. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher den Sensor (1) und/oder weitere elektronische Bauteile mit der gespeicherten elektrischen Energie ganz oder teilweise versorgt, sobald der Sensor nicht ausreichend elektrische Energie erzeugt.
  9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein Akku oder ein Kondensator ist.
  10. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) und/oder der Aktuator und/oder weitere elektronische Bauteile mit einem Sendemodul (6) verbunden sind, welche die vom Sensor (1) oder den Bauteilen erzeugten Daten drahtlos an einen Empfänger (8) übertragen.
  11. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger ein elektronisches Steuergerät (8) ist, welches mit einem Empfangsmodul (7) verbunden ist.
  12. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mit einem Mikrocontroller (3) verbunden ist, welcher die vom Sensor gemessenen Daten zu Informationen verarbeitet und/oder mit sensorspezifischen Daten an den Sender übermittelt.
  13. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Information Daten zur Fehlererkennung und die sensorspezifische Daten eine Sensorkennung sind.
  14. Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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