WO2010149753A1 - Arrangement and method for monitoring moving parts in a motor vehicle - Google Patents

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WO2010149753A1
WO2010149753A1 PCT/EP2010/059026 EP2010059026W WO2010149753A1 WO 2010149753 A1 WO2010149753 A1 WO 2010149753A1 EP 2010059026 W EP2010059026 W EP 2010059026W WO 2010149753 A1 WO2010149753 A1 WO 2010149753A1
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WO
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energy
motor vehicle
monitoring system
arrangement
unit
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Application number
PCT/EP2010/059026
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Hendrik Ahlendorf
Heinz Ringle
Thilo Von Selchow
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Zentrum Mikroelektronik Dresden Ag
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0231—Circuits relating to the driving or the functioning of the vehicle
    • B60R16/0232—Circuits relating to the driving or the functioning of the vehicle for measuring vehicle parameters and indicating critical, abnormal or dangerous conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/042—Testing internal-combustion engines by monitoring a single specific parameter not covered by groups G01M15/06 - G01M15/12
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring moving parts in a motor vehicle.
  • the invention also relates to a method for monitoring moving parts in a motor vehicle.
  • the state of moving parts in a motor vehicle can be determined according to the prior art only at standstill of a vehicle, for example in a workshop by means of a visual inspection or using appropriate measurement technology.
  • moving parts inter alia, an engine in a motor vehicle, a control unit, control and regulating devices (on-board computer), a generator, a battery or assemblies understood an air conditioning.
  • Possible dangerous situations can not be determined directly so far, but only at certain times, for example, to a vehicle inspection. Since these inspections are carried out only after very long time intervals, defects can not be detected immediately on their formation but much later. These defects, which are not detected in good time, can then directly lead to a failure of assemblies or the entire vehicle during operation.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an arrangement and a method for monitoring moving parts in a motor vehicle, whereby the manufacturing cost, energy consumption and environmental impact are reduced.
  • the object is achieved in an arrangement for monitoring moving parts in a motor vehicle in that a monitoring system via a first
  • Connection is connected to a mobile part of a motor vehicle to be monitored, which are arranged in the monitoring system, a power generating unit, an energy harvesting unit, an energy storage, a signal processing unit and a communication unit.
  • the described arrangement improves the state of the art in that the moving parts, for example, while driving, can be monitored and so premature eventual failures detected or directly by countermeasures, the impact can be minimized.
  • Parts of the safety factor are reduced, thus optimizing the weight of the vehicle and the energy consumption.
  • the described early detection is made possible by a monitoring system, which is also referred to as a sensor. This is via a first connection directly in the monitored or directly to be monitored attached movable part of a motor vehicle.
  • the monitoring system is characterized by being autonomous, i. is supplied without electrical supply from the motor vehicle, by an energy generating unit coupled to the first connection and an energy harvesting unit connected downstream of this unit.
  • the energy harvesting unit is connected to an energy store for storing the generated energy. All components of the monitoring system are connected to the energy storage.
  • the energy harvesting unit is also with a
  • Signal processing unit connected. This evaluates the signal generated by the energy harvesting unit. By means of this signal, which is converted into measurement data in the signal processing unit, conclusions can be drawn about the functioning of the mobile part to be monitored.
  • the signal processing unit is equipped with a
  • the measured data can be transmitted to a central instance of the motor vehicle, for example wirelessly by radio.
  • the energy generating unit and the energy harvesting unit both the
  • the measurement data is processed in the signal processing unit or subjected to analysis. Such, for example, only
  • a measuring arrangement and a signal analysis arrangement are arranged in the signal processing unit.
  • the signal processing unit further modules can be arranged which digitize, for example, a measuring voltage or a measuring current and / or level-wise before a signal analysis of the digitized measuring voltage or of the digitized measuring current takes place in the signal processing unit. Also, one can
  • Signal analysis for example, by a comparison with predetermined values or with predetermined ranges of values, within which a signal is found to be "good” done.
  • a unit for automatic regulation of the gain, an analog-to-digital converter and a data processing unit are arranged.
  • the signal processing unit can be a unit for automatic regulation of the
  • Amplification factor of the signal by means of which the signal before an analog-to-digital conversion can be controlled accordingly. This ensures that the input signal conditions of the analog-to-digital conversion are complied with.
  • a digitally converted signal can be better processed by a usually digitally operating signal processing unit.
  • the object is achieved in a method for monitoring moving parts in a motor vehicle in that a monitoring system by means of a first
  • the supply of the monitoring system with electrical energy is ensured.
  • the energy-generating unit is made by induction, using the piezo effect or the Peltier effect.
  • the energy-generating unit is constructed accordingly. For example, the inductive power generation and the piezo effect for
  • Detecting vibrations of a motor while the Peltier effect can be used to determine a temperature or a temperature difference in the area of the engine, the catalyst or the exhaust.
  • the energy generated in the monitoring system is stored.
  • the operation of the monitoring system can be ensured even if no energy is generated by the energy generating unit, so for example when the engine is stationary or if there is no temperature difference in the catalyst.
  • the generated measurement data is transmitted to a central instance of the motor vehicle.
  • the measured data generated are analyzed and the results of the analysis are transmitted to a central instance of the motor vehicle.
  • the measurement data generated from the measurement signal generated by the energy-generating unit can be transmitted directly or only after an analysis to a central instance of the motor vehicle.
  • This central instance can be, for example, an on-board computer of the vehicle.
  • the analysis or evaluation of the measurement data takes place in the central instance.
  • an analysis of the measured data can already take place in the monitoring system.
  • only data for a change of a measured value or only status information is transmitted to the central entity.
  • the data to be transmitted can be compressed before transmission.
  • Fig. 1 shows a first arrangement according to the invention for
  • Fig. 2 shows a second arrangement according to the invention for
  • the arrangement for monitoring is more mobile Represents parts in a vehicle.
  • the movable part for example the engine of the vehicle, is connected directly to the monitoring system 2 via a first connection 3.
  • the first connection is designed as a metrological and / or mechanical and / or heat-conducting connection.
  • the movable part 1 is also connected to a power generating unit 4.
  • This energy-generating unit 4 can generate energy by means of induction, for example. This takes place, for example, by the transmission of the vibrations of the movable part 1 to a permanent magnet movably mounted in a coil of the energy-generating unit 4.
  • the energy can also be generated by means of the Peltier effect.
  • the heat energy is dissipated from the movable part 1 via the first connection 3 to a Peltier element of the energy-generating unit 4.
  • the energy for the monitoring system 2 is collected after generation by the energy generating unit 4 by means of an energy harvesting unit 5 and accumulated in an energy store 6. All consumers of the monitoring system receive their energy from the energy storage 6. The corresponding line connections are not shown in the figure 1 and 2.
  • the energy harvesting unit 5 can also transfer the actual power of the power generating unit 4 as a proportional voltage or current ⁇ size to the signal processing unit. 7
  • the signal (current or voltage) is processed and a signal analysis arrangement 10, which is also arranged in the signal processing unit 7 is provided.
  • This signal analysis arrangement 10 analyzes the measured values and generates the data to be transmitted by the downstream communication unit 8. Before the signal analysis or before the measurement arrangement, the measurement signal can be converted from an analog variable to a digital variable.
  • the transmission of the data or analysis results of the signal analysis arrangement 10 takes place with the wireless communication unit 8.
  • the communication unit 8 transmits the data to the central instance in the motor vehicle, which is not shown.
  • An antenna connected to the communication unit 8 is not shown.
  • an expert system running on a central processing unit in the vehicle and with the help of additional information from the communication system of the vehicle (speed, selected gear, engine control ⁇ information, etc.) evaluate the transmitted spectrum and if necessary alarm the driver or the workshop.
  • FIG. 2 shows a further arrangement according to the invention.
  • Vibration sensors / monitoring systems 2 are evaluated.
  • the connection of these sensors via a cable increases the weight as well as the lifetime of the sensor system, since especially here the vibrations are very strong and thus also the mechanical stress of the sensor.
  • a transmission of data by radio eliminates these disadvantages and leads directly to the reduction of weight and also the mechanical stress, since no cable is needed to transfer the data.
  • Energy conversion device consisting of an energy generating unit 4 and an energy harvesting unit 5 used, which converts the vibration energy of the motor 1 into electrical energy.
  • the energy conversion supplies sufficient energy for the operation of the sensor 2.
  • the complete sensor 2 is connected to the motor 1 via the first connection 3, which is designed as a piezo material.
  • the here acting as inertia sensor 2 amplifies the energy yield of the piezator.
  • the energy harvesting unit 5 also introduces rectification Each movement generated by piezoelectric voltage, which is then accumulated in the energy storage 6.
  • the energy store 6 is designed as a capacitor in FIG.
  • the output of the rectifier is applied to an analog interface of the energy conversion device, which is then connected to an automatic gain control unit 11.
  • This unit 11 performs an adjustment of the voltage level to the dynamic range of the downstream analog-to-digital converter 12 and transmits the gain to the data processing unit 13.
  • the analog-to-digital converter 12 then finally the instantaneous analog voltage level of the piezoelectric element in a digital value changed.
  • the digital representation of the piezoelectric voltage is stored in a memory of the data processing unit 13, prefiltered and compressed by radio transmitted by the communication unit 8 to the central authority of the vehicle.
  • the evaluation program can also be executed directly on the sensor 2, so that only a simple short diagnostic message must be sent to the central instance of the vehicle.

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Abstract

The invention, which relates to an arrangement and a method for monitoring moving parts in a motor vehicle, is based on the object of providing an arrangement and a method with which the manufacturing costs, consumption of energy and environmental load are reduced. According to the invention, the object is achieved in terms of the arrangement in that a monitoring system is connected via a first connection to a moving part of a motor vehicle which is to be monitored, and in that an energy‑generating unit, an energy‑harvesting unit, an energy accumulator, a signal‑processing unit and a communication unit are arranged in the monitoring system. The object is achieved in terms of the method in that a monitoring system is connected by means of a first connection to a moving part of a motor vehicle which is to be monitored, and in that the generation of measurement data from a measurement signal and of energy which is required to operate the monitoring system is carried out by means of induction or a piezo‑effect or a Peltier effect.

Description

Anordnung und Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug Arrangement and method for monitoring moving parts in a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to an arrangement for monitoring moving parts in a motor vehicle.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug.The invention also relates to a method for monitoring moving parts in a motor vehicle.
Der Zustand beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug kann nach dem Stand der Technik nur beim Stillstand eines Fahrzeuges, beispielsweise in einer Werkstatt mittels einer Sichtkontrolle oder unter Verwendung entsprechender Messtechnik, ermittelt werden.The state of moving parts in a motor vehicle can be determined according to the prior art only at standstill of a vehicle, for example in a workshop by means of a visual inspection or using appropriate measurement technology.
Als bewegliche Teile werden unter anderem ein Motor in einem Kraftfahrzeug, ein Steuergerät, Steuer- und Regeleinrichtungen (Bordcomputer) , ein Generator, eine Batterie oder Baugruppen einer Klimaanlage verstanden.As moving parts, inter alia, an engine in a motor vehicle, a control unit, control and regulating devices (on-board computer), a generator, a battery or assemblies understood an air conditioning.
Mögliche Gefahrensituationen können bisher nicht unmittelbar, sondern nur zu bestimmten Zeitpunkten, beispielsweise zu einer Fahrzeuginspektion, ermittelt werden. Da diese Inspektionen erst nach sehr langen zeitlichen Abständen durchgeführt werden, können Defekte nicht unmittelbar bei ihrer Entstehung sondern erst viel später erkannt werden. Diese nicht rechtzeitig erkannten Defekte können dann direkt zu einem Ausfall von Baugruppen oder des gesamten Fahrzeuges während des Betriebes führen.Possible dangerous situations can not be determined directly so far, but only at certain times, for example, to a vehicle inspection. Since these inspections are carried out only after very long time intervals, defects can not be detected immediately on their formation but much later. These defects, which are not detected in good time, can then directly lead to a failure of assemblies or the entire vehicle during operation.
Um die Überprüfungsabstände beweglicher Teile für den Nutzer eines Kraftfahrzeuges auf einem zumutbaren Niveau zu halten, werden einige Teile aus Sicherheitsgründen größer und schwerer als nötig dimensioniert werden, was direkt die Herstellungskosten und den Energieverbrauch und somit auch die Umweltbelastung erhöht.In order to keep the inspection distances of moving parts for the user of a motor vehicle at a reasonable level, some parts will be sized larger and heavier than necessary for safety reasons, which directly Increased production costs and energy consumption and thus the environmental impact.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, womit die Herstellungskosten, der Energieverbrauch sowie die Umweltbelastung vermindert werden.The invention is therefore an object of the invention to provide an arrangement and a method for monitoring moving parts in a motor vehicle, whereby the manufacturing cost, energy consumption and environmental impact are reduced.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass ein Überwachungssystem über eine ersteAccording to the invention, the object is achieved in an arrangement for monitoring moving parts in a motor vehicle in that a monitoring system via a first
Verbindung mit einem zu überwachenden beweglichen Teil eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, das im Überwachungssystem eine Energie erzeugende Einheit, eine Energieernteeinheit, ein Energiespeicher, eine Signalverarbeitungseinheit sowie eine Kommunikationseinheit angeordnet sind.Connection is connected to a mobile part of a motor vehicle to be monitored, which are arranged in the monitoring system, a power generating unit, an energy harvesting unit, an energy storage, a signal processing unit and a communication unit.
Die beschriebene Anordnung verbessert den Stand der Technik insofern, dass die beweglichen Teile, beispielsweise während der Fahrt, überwacht werden können und so vorzeitig eventuelle Ausfälle erkannt bzw. direkt durch Gegenmaßnahmen die Auswirkung minimiert werden können.The described arrangement improves the state of the art in that the moving parts, for example, while driving, can be monitored and so premature eventual failures detected or directly by countermeasures, the impact can be minimized.
So kann beispielsweise durch eine erfindungsgemäß erzeugte Meldung ein frühzeitiger Service stattfinden und dadurch größere Schäden vermieden werden.Thus, for example, by an inventively generated message take place early service and thus greater damage can be avoided.
Durch diese ereignisgesteuerte Alarmierung der Werkstatt und des Fahrers kann bei der Dimensionierung der beweglichenThrough this event-driven alarming of the workshop and the driver can be used when sizing the mobile
Teile der Sicherheitsfaktor reduziert und somit das Gewicht des Fahrzeuges und der Energieverbrauch optimiert werden.Parts of the safety factor are reduced, thus optimizing the weight of the vehicle and the energy consumption.
Die beschriebene frühzeitige Erkennung wird durch ein Überwachungssystem, welches auch als Sensor bezeichnet wird, ermöglicht. Dieses ist über eine erste Verbindung direkt in dem zu überwachenden bzw. direkt an dem zu überwachenden beweglichen Teil eines Kraftfahrzeuges befestigt.The described early detection is made possible by a monitoring system, which is also referred to as a sensor. This is via a first connection directly in the monitored or directly to be monitored attached movable part of a motor vehicle.
Das Überwachungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es autonom, d.h. ohne elektrische Versorgung vom Kraftfahrzeug, durch eine mit der ersten Verbindung gekoppelten Energie erzeugenden Einheit sowie eine dieser Einheit nachgeschalteten Energieernteeinheit versorgt wird. Um eine Funktionsweise des Überwachungssystems auch zu Zeitpunkten zu denen keine Energie erzeugt wird zu gewährleisten, ist die Energieernteeinheit mit einem Energiespeicher zur Speicherung der erzeugten Energie verbunden. Alle Baugruppen des Überwachungssystems sind mit dem Energiespeicher verbunden .The monitoring system is characterized by being autonomous, i. is supplied without electrical supply from the motor vehicle, by an energy generating unit coupled to the first connection and an energy harvesting unit connected downstream of this unit. In order to ensure functioning of the monitoring system even at times when no energy is generated, the energy harvesting unit is connected to an energy store for storing the generated energy. All components of the monitoring system are connected to the energy storage.
Die Energieernteeinheit ist auch mit einerThe energy harvesting unit is also with a
Signalverarbeitungseinheit verbunden. Diese wertet das durch die Energieernteeinheit erzeugte Signal aus. Mittels dieses Signals, welches in der Signalverarbeitungseinheit in Messdaten gewandelt wird, können Rückschlüsse auf die Funktionsweise des zu überwachenden beweglichen Teils getroffen werden.Signal processing unit connected. This evaluates the signal generated by the energy harvesting unit. By means of this signal, which is converted into measurement data in the signal processing unit, conclusions can be drawn about the functioning of the mobile part to be monitored.
Die Signalverarbeitungseinheit ist mit einerThe signal processing unit is equipped with a
Kommunikationseinheit verbunden. Derart können die Messdaten zu einer zentralen Instanz des Kraftfahrzeuges, beispielsweise drahtlos per Funk, übertragen werden.Communication unit connected. In this way, the measured data can be transmitted to a central instance of the motor vehicle, for example wirelessly by radio.
Somit wird erfindungsgemäß durch die Energie erzeugende Einheit und die Energieernteeinheit sowohl das zurThus, according to the invention by the energy generating unit and the energy harvesting unit both the
Überwachung erforderliche Signal als auch die zum Betrieb des Überwachungssystems notwendige Energie erzeugt.Monitoring required signal and the necessary to operate the monitoring system energy generated.
In einer anderen Ausgestaltung werden die Messdaten in der Signalverarbeitungseinheit verarbeitet oder einer Analyse unterzogen. Derart können beispielsweise nurIn another embodiment, the measurement data is processed in the signal processing unit or subjected to analysis. Such, for example, only
Statusinformationen wie „volle Funktionsweise", „eingeschränkte Funktionsweise" oder „Defekt/Ausfall" nach erfolgter Analyse an die zentrale Instanz übertragen werden.Status information such as "full functionality", "limited functionality" or "defect / failure" after completed analysis to the central authority.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Signalverarbeitungseinheit eine Messanordnung und eine Signalanalyseanordnung angeordnet sind.In one embodiment of the invention, it is provided that a measuring arrangement and a signal analysis arrangement are arranged in the signal processing unit.
In der Signalverarbeitungseinheit können weitere Baugruppen angeordnet sein, welche beispielsweise eine Messspannung oder einen Messstrom digitalisieren und/oder pegelmäßig aufbereiten, bevor eine Signalanalyse der digitalisierten Messspannung oder des digitalisierten Messstromes in der Signalverarbeitungseinheit erfolgt. Auch kann eineIn the signal processing unit further modules can be arranged which digitize, for example, a measuring voltage or a measuring current and / or level-wise before a signal analysis of the digitized measuring voltage or of the digitized measuring current takes place in the signal processing unit. Also, one can
Signalanalyse beispielsweise durch einen Vergleich mit vorgegebenen Werten oder mit vorgegebenen Wertebereichen, innerhalb derer ein Signal für „gut" befunden wird erfolgen.Signal analysis, for example, by a comparison with predetermined values or with predetermined ranges of values, within which a signal is found to be "good" done.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Signalverarbeitungseinheit eineIn a further embodiment of the invention, it is provided that in the signal processing unit
Einheit zur automatischen Regelung des Verstärkungsfaktors, ein Analog-Digital-Umsetzer und eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet sind.A unit for automatic regulation of the gain, an analog-to-digital converter and a data processing unit are arranged.
Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungs- einheit eine Einheit zur automatischen Regelung desAlternatively or additionally, the signal processing unit can be a unit for automatic regulation of the
Verstärkungsfaktors des Signals beinhalten, mittels der das Signal vor einer Analog-Digital-Wandlung entsprechend geregelt werden kann. Somit wird gewährleistet, dass die Eingangssignalbedingungen der Analog-Digital-Wandlung eingehalten werden. Außerdem kann ein digital gewandeltes Signal durch eine üblicherweise digital arbeitende Signalverarbeitungseinheit besser verarbeitet werden.Amplification factor of the signal by means of which the signal before an analog-to-digital conversion can be controlled accordingly. This ensures that the input signal conditions of the analog-to-digital conversion are complied with. In addition, a digitally converted signal can be better processed by a usually digitally operating signal processing unit.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass ein Überwachungssystem mittels einer erstenAccording to the invention, the object is achieved in a method for monitoring moving parts in a motor vehicle in that a monitoring system by means of a first
Verbindung mit einem zu überwachenden beweglichen Teil eines Kraftfahrzeugs verbunden wird, dass eine Erzeugung von Messdaten aus einem Messsignal und einer zum Betrieb des Überwachungssystems notwendigen Energie mittels Induktion oder Piezo-Effekt oder Peltier-Effekt erfolgt.Connected to a connected to be monitored moving part of a motor vehicle that a generation of Measurement data from a measurement signal and an energy necessary for operation of the monitoring system by means of induction or piezoelectric effect or Peltier effect takes place.
Neben der durch die Verbindung des Überwachungssystems über die erste Verbindung mit dem zu überwachenden beweglichen Teil mittels der Energie erzeugenden Einheit möglichen Erzeugung eines Signals zur Erzeugung von Messdaten wird auch die Versorgung des Überwachungssystems mit elektrischer Energie gewährleistet.In addition to the possible generation of a signal for generating measured data by the connection of the monitoring system via the first connection with the movable part to be monitored by means of the energy-generating unit, the supply of the monitoring system with electrical energy is ensured.
Die Erzeugung von Energie durch die Energie erzeugendeThe generation of energy by the energy producing
Einheit erfolgt durch Induktion, Nutzung des Piezo-Effekts oder des Peltier-Effektes . Je nach Einsatzgebiet des Überwachungssystems wird die Energie erzeugende Einheit entsprechend aufgebaut. So eignen sich beispielsweise die induktive Energieerzeugung und der Piezo-Effekt zurUnit is made by induction, using the piezo effect or the Peltier effect. Depending on the application of the monitoring system, the energy-generating unit is constructed accordingly. For example, the inductive power generation and the piezo effect for
Erfassung von Vibrationen eines Motors, während der Peltier- Effekt zur Ermittlung einer Temperatur oder eines Temperaturunterschieden im Bereich des Motors, des Katalysators oder des Auspuffs eingesetzt werden kann.Detecting vibrations of a motor, while the Peltier effect can be used to determine a temperature or a temperature difference in the area of the engine, the catalyst or the exhaust.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die im Überwachungssystem erzeugte Energie gespeichert wird.In a particular embodiment of the invention, it is provided that the energy generated in the monitoring system is stored.
Mittels der Energiespeicherung in einem Energiespeicher des Überwachungssystems kann die Funktionsweise des Überwachungssystems auch dann sichergestellt werden, wenn keine Energie durch die Energie erzeugende Einheit erzeugt wird, also beispielsweise bei Motorstillstand oder wenn kein Temperaturunterschied im Katalysator vorliegt.By means of energy storage in an energy storage of the monitoring system, the operation of the monitoring system can be ensured even if no energy is generated by the energy generating unit, so for example when the engine is stationary or if there is no temperature difference in the catalyst.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erzeugten Messdaten an eine zentrale Instanz des Kraftfahrzeugs übertragen werden. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erzeugten Messdaten analysiert und die Ergebnisse der Analyse an eine zentrale Instanz des Kraftfahrzeugs übertragen werden.In one embodiment of the invention, it is provided that the generated measurement data is transmitted to a central instance of the motor vehicle. In another embodiment of the invention, it is provided that the measured data generated are analyzed and the results of the analysis are transmitted to a central instance of the motor vehicle.
In Abhängigkeit des Einsatzes des Überwachungssystems und der Vorgaben, welche das Überwachungssystem erfüllen soll, können die aus dem Messsignal, erzeugt durch die Energie erzeugende Einheit, erzeugten Messdaten direkt oder erst nach einer Analyse zu einer zentralen Instanz des Kraftfahrzeuges übertragen werden. Diese zentrale Instanz kann beispielsweise ein Bordcomputer des Fahrzeuges sein.Depending on the use of the monitoring system and the specifications which the monitoring system is to fulfill, the measurement data generated from the measurement signal generated by the energy-generating unit can be transmitted directly or only after an analysis to a central instance of the motor vehicle. This central instance can be, for example, an on-board computer of the vehicle.
Werden die Messdaten direkt übertragen, so erfolgt die Analyse oder Auswertung der Messdaten in der zentralen Instanz .If the measurement data are transmitted directly, the analysis or evaluation of the measurement data takes place in the central instance.
Zur Reduzierung des zu übermittelnden Datenvolumens kann bereits in dem Überwachungssystem eine Analyse der Messdaten erfolgen. In diesem Fall werden beispielsweise nur Daten bei einer Änderung eines Messwertes oder nur Statusinformationen an die zentrale Instanz übermittelt. Außerdem können die zu übertragenden Daten vor der Übertragung auch noch komprimiert werden.To reduce the volume of data to be transmitted, an analysis of the measured data can already take place in the monitoring system. In this case, for example, only data for a change of a measured value or only status information is transmitted to the central entity. In addition, the data to be transmitted can be compressed before transmission.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs¬ beispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment ¬ example. In the accompanying drawings shows
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung zurFig. 1 shows a first arrangement according to the invention for
Überwachung beweglicher Teile eines Kraftfahrzeuges undMonitoring moving parts of a motor vehicle and
Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung zurFig. 2 shows a second arrangement according to the invention for
Überwachung beweglicher Teile eines Kraftfahrzeuges.Monitoring moving parts of a motor vehicle.
In der Figur 1 ist die Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Fahrzeug darstellt. Das bewegliche Teil 1, beispielsweise der Motor des Fahrzeuges, ist über eine erste Verbindung 3 direkt mit dem Überwachungssystem 2 verbunden. Die erste Verbindung ist als eine messtechnische und/oder mechanische und/oder Wärme leitende Verbindung ausgeführt.In FIG. 1, the arrangement for monitoring is more mobile Represents parts in a vehicle. The movable part 1, for example the engine of the vehicle, is connected directly to the monitoring system 2 via a first connection 3. The first connection is designed as a metrological and / or mechanical and / or heat-conducting connection.
Über diese erste Verbindung 3 ist das bewegliche Teil 1 auch mit einer Energie erzeugenden Einheit 4 verbunden. Diese Energie erzeugende Einheit 4 kann beispielsweise mittels Induktion Energie erzeugen. Die erfolgt beispielsweise durch die Übertragung der Schwingungen des beweglichen Teils 1 auf einen in einer Spule beweglich gelagerten Dauermagneten der Energie erzeugenden Einheit 4.About this first connection 3, the movable part 1 is also connected to a power generating unit 4. This energy-generating unit 4 can generate energy by means of induction, for example. This takes place, for example, by the transmission of the vibrations of the movable part 1 to a permanent magnet movably mounted in a coil of the energy-generating unit 4.
Eine andere Variante besteht in der Nutzung des Piezo- Effekts zur Energieerzeugung. Hierbei werden die Schwingungen des beweglichen Teils 1 auf einen Piezo-Another variant is the use of the piezoelectric effect for energy generation. In this case, the vibrations of the movable part 1 to a piezoelectric
Generator der Energie erzeugenden Einheit 4 übertragen, wobei ein Piezo-Material mit ähnlicher Grundresonanz wie der des beweglichen Teils 1 verwendet wird.Generator of the power generating unit 4 transmitted using a piezoelectric material with a similar fundamental resonance as that of the movable part 1 is used.
Auch mittels des Peltier-Effekts kann die Energie erzeugt werden. Hierbei erfolgt die Ableitung der Wärmeenergie vom beweglichen Teil 1 über die erste Verbindung 3 an ein Peltier-Element der Energie erzeugenden Einheit 4.The energy can also be generated by means of the Peltier effect. In this case, the heat energy is dissipated from the movable part 1 via the first connection 3 to a Peltier element of the energy-generating unit 4.
Hierbei kommt es zur Stromerzeugung durch Nutzung von Temperaturunterschieden beispielsweise zwischen der Umgebung und dem beweglichen Teil 1 selbst. Dies kann beispielsweise am Motor, am Katalysator oder dem Auspuff geschehen.This results in power generation through the use of temperature differences, for example, between the environment and the moving part 1 itself. This can be done for example on the engine, the catalyst or the exhaust.
Die Energie für das Überwachungssystem 2 wird nach der Erzeugung durch die Energie erzeugende Einheit 4 mittels einer Energieernteeinheit 5 gesammelt und in einem Energiespeicher 6 akkumuliert. Alle Verbraucher des Überwachungssystems erhalten ihre Energie aus dem Energiespeicher 6. Die entsprechenden Leitungsverbindungen sind in der Figur 1 und 2 nicht dargestellt.The energy for the monitoring system 2 is collected after generation by the energy generating unit 4 by means of an energy harvesting unit 5 and accumulated in an energy store 6. All consumers of the monitoring system receive their energy from the energy storage 6. The corresponding line connections are not shown in the figure 1 and 2.
Die Energieernteeinheit 5 kann außerdem die Ist-Leistung der Energie erzeugenden Einheit 4 als proportionale Spannungs¬ oder Stromgröße an die Signalverarbeitungseinheit 7 übertragen.The energy harvesting unit 5 can also transfer the actual power of the power generating unit 4 as a proportional voltage or current ¬ size to the signal processing unit. 7
Beispielsweise durch eine Messanordnung 9 in der Signalverarbeitungseinheit 7 wird das Signal (Strom oder Spannung) verarbeitet und einer Signalanalyseanordnung 10, welche ebenfalls in der Signalverarbeitungseinheit 7 angeordnet ist, zur Verfügung gestellt.For example, by a measuring arrangement 9 in the signal processing unit 7, the signal (current or voltage) is processed and a signal analysis arrangement 10, which is also arranged in the signal processing unit 7 is provided.
Diese Signalanalyseanordnung 10 analysiert die Messwerte und erzeugt die von der nachgeschalteten Kommunikationseinheit 8 zu übertragenden Daten. Vor der Signalanalyse oder auch vor der Messanordnung kann das Messsignal von einer analogen Größe in eine digitale Größe gewandelt werden.This signal analysis arrangement 10 analyzes the measured values and generates the data to be transmitted by the downstream communication unit 8. Before the signal analysis or before the measurement arrangement, the measurement signal can be converted from an analog variable to a digital variable.
Die Übertragung der Daten oder Analyseergebnisse der Signalanalyseanordnung 10 erfolgt mit der drahtlosen Kommunikationseinheit 8. Die Kommunikationseinheit 8 übermittelt die Daten zur zentralen Instanz im Kraftfahrzeug, welche nicht dargestellt ist. Eine an der Kommunikationseinheit 8 angeschlossene Antenne ist nicht dargestellt .The transmission of the data or analysis results of the signal analysis arrangement 10 takes place with the wireless communication unit 8. The communication unit 8 transmits the data to the central instance in the motor vehicle, which is not shown. An antenna connected to the communication unit 8 is not shown.
Schlussendlich kann ein Expertensystem auf einer zentralen Recheneinheit im Fahrzeug laufen und mit Hilfe zusätzlicher Informationen aus dem Kommunikationssystem des Fahrzeuges (Geschwindigkeit, ausgewählter Gang, Motorsteuerungs¬ informationen etc.) das übermittelte Spektrum auswerten und wenn nötig den Fahrer bzw. die Werkstatt alarmieren.Finally, an expert system running on a central processing unit in the vehicle and with the help of additional information from the communication system of the vehicle (speed, selected gear, engine control ¬ information, etc.) evaluate the transmitted spectrum and if necessary alarm the driver or the workshop.
In der Figur 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Anordnung dargestellt.FIG. 2 shows a further arrangement according to the invention.
Beispielsweise zur Überwachung der Struktur eines Verbrennungsmotors 1 in einem KFZ sollen die Sensordaten mehrerer am Motor befestigterFor example, to monitor the structure of a Internal combustion engine 1 in a motor vehicle to the sensor data of several attached to the engine
Erschütterungssensoren/Überwachungssysteme 2 ausgewertet werden. Die Anbindung dieser Sensoren über ein Kabel erhöht sowohl Gewicht als auch Lebenszeit des Sensorsystems, da speziell hier die Vibrationen sehr stark sind und somit auch die mechanische Beanspruchung des Sensors.Vibration sensors / monitoring systems 2 are evaluated. The connection of these sensors via a cable increases the weight as well as the lifetime of the sensor system, since especially here the vibrations are very strong and thus also the mechanical stress of the sensor.
Eine Übertragung der Daten per Funk beseitigt diese Nachteile und führt direkt zur Reduktion des Gewichts und auch der mechanischen Beanspruchung, da kein Kabel mehr zur Übertragung der Daten benötigt wird.A transmission of data by radio eliminates these disadvantages and leads directly to the reduction of weight and also the mechanical stress, since no cable is needed to transfer the data.
Was fehlt ist jetzt die Energie zum Betrieb des Sensors. Bei der Nutzung von Batterien zur Stromversorgung erhöht sich automatisch das Gewicht des Systems sowohl direkt als auch indirekt durch die größere Auslegung der Sensorbefestigung.What is missing now is the energy to operate the sensor. When using batteries for power supply automatically increases the weight of the system both directly and indirectly by the larger design of the sensor attachment.
Wie in der Figur 2 dargestellt wird eineAs shown in Figure 2 is a
Energieumsetzungsvorrichtung bestehend aus einer Energie erzeugenden Einheit 4 und einer Energieernteeinheit 5 genutzt, welche die Vibrationsenergie des Motors 1 in elektrische Energie wandelt. Die Energiewandlung liefert ausreichend Energie zum Betrieb des Sensors 2.Energy conversion device consisting of an energy generating unit 4 and an energy harvesting unit 5 used, which converts the vibration energy of the motor 1 into electrical energy. The energy conversion supplies sufficient energy for the operation of the sensor 2.
Außerdem korreliert die Momentanleistung derIn addition, the instantaneous performance of the
Energieumsetzungsvorrichtung mit der Vibration des Motors 1, so dass durch die Überwachung der Spannung bzw. des Stromes der Energieumsetzungsvorrichtung direkt die notwendigen Daten zur Strukturanalyse des Motors 1 gewonnen werden können .Energy conversion device with the vibration of the engine 1, so that by monitoring the voltage or the current of the energy conversion device directly the necessary data for structural analysis of the engine 1 can be obtained.
In der Figur 2 wird der komplette Sensor 2 über die als Piezomaterial ausgeführte erste Verbindung 3 mit dem Motor 1 verbunden. Der hier als Schwungmasse wirkende Sensor 2 verstärkt dabei die Energieausbeute des Piezogenerators . Die Energieernteeinheit 5 führt auch eine Gleichrichtung der bei jeder Bewegung erzeugten Piezospannung durch, welche dann im Energiespeicher 6 akkumuliert wird. Der Energiespeicher 6 ist in der Figur 2 als Kondensator ausgeführt.In FIG. 2, the complete sensor 2 is connected to the motor 1 via the first connection 3, which is designed as a piezo material. The here acting as inertia sensor 2 amplifies the energy yield of the piezator. The energy harvesting unit 5 also introduces rectification Each movement generated by piezoelectric voltage, which is then accumulated in the energy storage 6. The energy store 6 is designed as a capacitor in FIG.
Gleichzeitig wird der Ausgang des Gleichrichters auf eine analoge Schnittstelle der Energieumsetzungsvorrichtung gegeben, welche dann mit einer Einheit zur automatischen Reglung des Verstärkungsfaktors 11 verbunden ist. Diese Einheit 11 führt eine Anpassung des Spannungspegels auf den dynamischen Bereich des nachgeschalteten Analog-Digital- Umsetzers 12 durch und übermittelt den Verstärkungsfaktor an die Datenverarbeitungseinheit 13. Im Analog-Digital-Umsetzer 12 wird dann schlussendlich der momentane analoge Spannungspegel des Piezoelements in einen digitalen Wert gewandelt .At the same time, the output of the rectifier is applied to an analog interface of the energy conversion device, which is then connected to an automatic gain control unit 11. This unit 11 performs an adjustment of the voltage level to the dynamic range of the downstream analog-to-digital converter 12 and transmits the gain to the data processing unit 13. In the analog-to-digital converter 12 then finally the instantaneous analog voltage level of the piezoelectric element in a digital value changed.
Die digitale Repräsentation der Piezospannung wird in einem Speicher der Datenverarbeitungseinheit 13 gespeichert, vorgefiltert und komprimiert per Funk durch die Kommunikationseinheit 8 an die zentrale Instanz des KFZ gesendet .The digital representation of the piezoelectric voltage is stored in a memory of the data processing unit 13, prefiltered and compressed by radio transmitted by the communication unit 8 to the central authority of the vehicle.
In einer alternativen Version kann das Auswertungsprogramm auch direkt auf dem Sensor 2 ausgeführt werden, so dass nur eine einfache kurze Diagnosemeldung an die zentrale Instanz des KFZ geschickt werden muss. In an alternative version, the evaluation program can also be executed directly on the sensor 2, so that only a simple short diagnostic message must be sent to the central instance of the vehicle.
Anordnung und Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem KraftfahrzeugArrangement and method for monitoring moving parts in a motor vehicle
BezugzeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 bewegliches Teil (eines Motors)1 moving part (of an engine)
2 Überwachungssystem (Sensor)2 monitoring system (sensor)
3 erste Verbindung (messtechnisch/mechanisch/Wärme leitend) 4 Energie erzeugende Einheit/Energieumsetzer3 first connection (metrological / mechanical / heat conducting) 4 energy generating unit / energy converter
5 Energieernteeinheit5 energy harvesting unit
6 Energiespeicher6 energy storage
7 Signalverarbeitungseinheit7 signal processing unit
8 Kommunikationseinheit 9 Messanordnung8 communication unit 9 measuring arrangement
10 Signalanalyseanordnung10 signal analysis arrangement
11 Einheit zur automatischen Regelung des Verstärkungsfaktors11 Unit for automatic regulation of the amplification factor
12 Analog-Digital-Umsetzer 13 Datenverarbeitungseinheit 12 Analog-to-digital converter 13 Data processing unit

Claims

Anordnung und Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem KraftfahrzeugPatentansprüche Arrangement and method for monitoring moving parts in a motor vehicle patent claims
1. Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennz ei chnet , das s ein Überwachungssystem (2) über eine erste Verbindung (3) mit einem zu überwachenden beweglichen Teil (1) eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, das im Überwachungssystem (2) eine Energie erzeugende Einheit (4), eine Energieernteeinheit (5), ein Energiespeicher (6), eine Signalverarbeitungseinheit (7) sowie eine Kommunikationseinheit (8) angeordnet sind.1. Arrangement for monitoring moving parts in a motor vehicle, characterized gekennz egg chnet, s s a monitoring system (2) via a first connection (3) with a monitored movable part (1) of a motor vehicle is connected in the monitoring system (2) an energy generating unit (4), an energy harvesting unit (5), an energy store (6), a signal processing unit (7) and a communication unit (8) are arranged.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ze ichnet , das s in der Signalverarbeitungseinheit (7) eine Messanordnung (9) und eine Signalanalyseanordnung (10) angeordnet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized marked ichnet, s in the signal processing unit (7) a measuring arrangement (9) and a signal analysis arrangement (10) are arranged.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ ze ichnet , das s in der Signalverarbeitungseinheit (7) eine Einheit zur automatischen Regelung des3. Arrangement according to claim 1, characterized gekenn ¬ ze ichnet, the s in the signal processing unit (7) is a unit for automatic control of
Verstärkungsfaktors (11), ein Analog-Digital-Umsetzer und eine Datenverarbeitungseinheit (13) angeordnet sind.Amplification factor (11), an analog-to-digital converter and a data processing unit (13) are arranged.
4. Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennz ei chnet , das s ein Überwachungssystem (2) mittels einer ersten Verbindung (3) mit einem zu überwachenden beweglichen Teil (1) eines Kraftfahrzeugs verbunden wird, dass eine Erzeugung von Messdaten aus einem Messsignal und einer zum Betrieb des Überwachungssystems (2) notwendigen Energie mittels Induktion oder Piezo-Effekt oder Peltier-Effekt erfolgt.4. A method for monitoring moving parts in a motor vehicle, characterized gekennz egg chnet, the s a monitoring system (2) by means of a first connection (3) with a movable part to be monitored (1) of a motor vehicle is connected, that a generation of measurement data from a measurement signal and one necessary for operation of the monitoring system (2) Energy by means of induction or piezo effect or Peltier effect takes place.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a du r ch ge k e n n z e i ch n e t , d a s s die im Überwachungssystems (2) erzeugte Energie gespeichert wird.5. Method according to claim 4, wherein the energy generated in the monitoring system (2) is stored in the monitoring system (2).
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennz ei chnet , das s die erzeugten Messdaten an eine zentrale Instanz des Kraftfahrzeugs übertragen werden.6. The method according to claim 4, characterized gekennz egg chnet, the s the measured data generated are transmitted to a central authority of the motor vehicle.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennz ei chnet , das s die erzeugten Messdaten analysiert und die Ergebnisse der Analyse an eine zentrale Instanz des Kraftfahrzeugs übertragen werden. 7. The method of claim 4, characterized gekennz egg chnet s analyzes the generated measurement data and the results of the analysis are transmitted to a central authority of the motor vehicle.
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