WO2013000865A1 - Sensormodul und verwendungen davon zum erfassen der drehzahl eines rotierenden objekts - Google Patents

Sensormodul und verwendungen davon zum erfassen der drehzahl eines rotierenden objekts Download PDF

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WO2013000865A1
WO2013000865A1 PCT/EP2012/062237 EP2012062237W WO2013000865A1 WO 2013000865 A1 WO2013000865 A1 WO 2013000865A1 EP 2012062237 W EP2012062237 W EP 2012062237W WO 2013000865 A1 WO2013000865 A1 WO 2013000865A1
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WO
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sensor module
accelerometer
rotational speed
module according
data memory
Prior art date
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PCT/EP2012/062237
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English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner Keller
Guido Schuster
Reto FLUETSCH
Original Assignee
Insoric Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/12—Recording devices
    • G01P1/122—Speed recorders

Definitions

  • the present invention relates to a sensor module and uses of this sensor module for detecting the rotational speed of a rotating object about an axis inclined with respect to the vertical axis with an accelerometer, which acts on him in a measuring direction accelerations in a
  • Such a sensor module is known from CH 681 931, with the sensor module in particular wheel rotational speeds of motor vehicles are determined during a longer period.
  • the sensor module is co-rotating on the wheel with axial spacing and aligned with respect to the measuring direction of the accelerometer such that during acceleration the acceleration of gravity acts cyclically varying on the accelerometer in the measuring direction and this is also subject to centrifugal accelerations. From the cyclic variation of the gravitational acceleration, the wheel revolutions are determined.
  • the instantaneous speed is determined from the centrifugal acceleration and used to control a filter for the electrical signal generated by the accelerometer, which are partly superimposed on significant accelerations generated by vibrations.
  • the performance of motor vehicle drives is usually determined by the manufacturer and specified in the vehicle documents.
  • chassis dynamometers A review of this information is difficult and is possible without elaborate manipulation of the vehicle practically only on so-called chassis dynamometers. With these, among other things, the rotational speed of the driven wheels is registered in different, acceleration and coasting phases comprehensive driving situations. However, the chassis dynamometers are expensive systems that are not very common for this reason. A power measurement therefore rarely takes place. For garages or for
  • the object of the invention is to specify how a performance determination of
  • Automobile drives simple and inexpensive and largely independent of location is feasible and to provide necessary, otherwise usable equipment available.
  • the invention proposes a sensor module of the type mentioned above with the features of claim 1, which is therefore characterized in that the microcontroller that of the
  • Accelerometer scans signal generated during a measurement phase, calculated from the detected samples by frequency analysis speed values and stores them in the data memory.
  • the microcontroller samples the signal of the accelerometer with a frequency of 1/5 sec - 1/20 sec, preferably of 1/10 sec, from.
  • the microcontroller calculates one speed value per sample, which it stores in the data memory.
  • the data memory is dimensioned so that it can record the rotational speed values of a measurement phase of at least 5 minutes, preferably at least 10 minutes and more preferably at least 15 minutes.
  • the sensor module on a housing in which all components and a local power supply are arranged.
  • the housing is preferably disk-shaped with a thickness of less than 1.5 cm, and in particular circular disk-shaped, preferably with a diameter smaller than 5 cm.
  • the accelerometer is disposed in the housing so as to measure accelerations in a direction parallel to at least one flat side of the housing.
  • the local power supply may include a battery or a rechargeable battery.
  • the interface is preferably designed for the connection of a connection cable and provided with a plug-in base.
  • Sensor module by being attached to the object for co-rotation and further fixed so that the measuring direction of the accelerometer is not aligned with the axial direction.
  • the gravitational acceleration acts cyclically varying on the accelerometer in its measuring direction.
  • the cyclically varying component of the gravitational acceleration is thereby contained in the signal generated by the accelerometer, this component are usually superimposed on other components, which in particular by shocks and vibrations, but also by
  • Centrifugal accelerations and accelerations to increase or decrease the speed caused.
  • a frequency analysis Frier analysis
  • the absolute values of the analyzed signal and its components are irrelevant and are not included in the result.
  • the determined frequency values are stored individually as speed values in the data memory.
  • the signal sampling as well as the frequency analysis with calculation of the speed values are executed by the microcontroller in real time.
  • analyzed signal can be at least largely eliminated by attaching the sensor module in the center of rotation of the object. Such attachment is therefore preferred within the scope of the inventive use.
  • the sensor module has a disk-shaped housing, this can be easily attached to the rotating object with a preferably removable adhesive strip.
  • Sensor module speed values are determined by a rotating object during a measurement period of typically a few minutes duration. Thereafter, the determined and stored in the data memory speed values via the interface in a
  • the rotating object is the wheel of a motor vehicle.
  • the sensor module can simply be fastened on the outside of its hub.
  • the motor vehicle may be accelerated and coasted several times on a route that is as flat as possible.
  • power values of the drive of the motor vehicle from these values, as is usual with roller dynamometers.
  • the erfindungsmässe very small and inexpensive to produce, mit DINbare and thus thus practically everywhere usable sensor module replaces the expensive, localized chassis dynamometer.
  • a commercially available notebook computer is sufficient.
  • 1 shows a sensor module according to the invention in an exploded view
  • 2 shows the signal of the accelerometer of such a sensor module attached to a motor vehicle wheel during a measurement phase / test drive
  • the sensor module of FIG. 1 has a nikommenfömiges housing 10 with a front flat side 1 1 and a rear flat side 12.
  • the latter is designed as a lid.
  • the front and rear edges between the two flat sides and the cylinder surface 13 are rounded.
  • the housing has a diameter of 42 mm, a thickness of 12 mm.
  • the edges have a radius of 2.5 mm.
  • an accelerometer 21 is mounted in the form of an integrated semiconductor chip. This determines Bescheun Trenten in three mutually perpendicular directions, two of which parallel to the plane of
  • the third direction is in the axial direction of the circuit board 20 and thus also of the housing 10 and its flat sides 1 1 and 12 aligned. Only the signal from one of the two directions is used parallel to the printed circuit board 20. The signal is exploited by periodic sampling by a
  • Microcontroller 22 which calculates in real time from the samples speed values and stores them in a data memory 23 in the form of an EEPROM.
  • the sampling rate is in the range of 1/5 sec - 1/20 sec, preferably 1/10 sec.
  • the socket 24 of a USB interface is arranged, which is accessible through an opening 14 in the cylinder jacket surface 13 of the Geotroues 10 from the outside. About this interface and a cable connected to it, the data contained in the data memory 23 can be read and
  • a plurality of light-emitting diodes 25 are carried by the circuit board, which are visible through an opening 15 in the front flat side 1 1 from the outside and various operating states of the sensor module such as on (on), recording, charge (batch) and error (Error) signal.
  • 26 denotes an also connected to the circuit board 20 on / off switch, which is operable through an opening 16 in the cylinder jacket surface 13 of the housing 10.
  • 30 denotes a mounting ring for the circuit board 20 in the housing 10, which also receives a battery 40 for the power supply of the sensor module.
  • 26.1 and 26. 2 is an adapter and a cap for the switch 26.
  • 50 denotes a trnasparente protective film for the LEDs. Due to its small size and its described form of the
  • Sensor module for a measuring phase with its rear flat side 12 with an adhesive strip on the outside of the hub a motor vehicle wheel are attached.
  • Suitable adhesive strips are, for example, so-called power strips from Tesa (trademark), which have a high holding power and can be detached again without residue after the measuring phase by pulling on them. Due to the described orientation of the accelerometer 21 in the housing 10, the direction used for the measurement rotates with the wheel rotation in a vertical plane.
  • FIG. 2 shows an example of an acceleration signal S, as it is from a
  • Acceleration sensor is generated during a measurement run, which is included in a trained as described above and attached to a motor vehicle sensor module.
  • the signal S shows noticeable strong fluctuations over the time axis, which are mainly due to the bumps occurring during the test drive and vibrations are caused. Nevertheless, it is possible to filter out by a suitable frequency analysis caused by the acceleration of gravity component and to determine their frequency according to the speed of the wheel.
  • FIG. 3 shows rotational speeds which were determined with a sensor mounted on a motor vehicle wheel on its hub on the occasion of a tacho test on a test bench. The speeds are here over the wheel circumference in one
  • Fig. 3 shows some determined with the test bench speeds for comparison. The agreement of the velocities determined with the different measuring methods is very good.
  • Fig. 4 shows under a) and b) speed / or. Speed diagrams of two test drives during which the motor vehicle was accelerated and coasted again. The duration of the test drives is typically a few minutes.
  • the motor vehicle is accelerated, for example, in the second and / or third gear until the engine speed at the on the valves red
  • a good starting speed is about 35 km / h.
  • the motor vehicle On a flat stretch, the motor vehicle is driven from constant speed at e.g. 80 km / h, so constant speed of the engine, disengaged and allowed to run out. Here it is sufficient to measure until the speed of the vehicle has dropped by approx. 20-30 km / h.
  • Fig. 5 shows from the velocity diagrams in the context of a later
  • An advantage in determining the performance curves with a sensor module according to the invention is that the air resistance also enters the measurement during the test drive. When determining the performance curves on a chassis dynamometer, this effect must be taken into account mathematically, whereby one usually depends on the manufacturer's information on the coefficient of drag (CW value) of the motor vehicle.
  • the sensor module according to the invention can be used for speed measurement other than for the purpose described above, with its small size allows its attachment to the large number of different rotating objects.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Bei einem Sensormodul zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts um eine gegenüber der Senkrechten geneigte Achse mit einem Beschleunigungsmesser (21), welcher auf ihn in einer Messrichtung einwirkende Beschleunigungen in ein elektrisches Signal (S) umsetzt, sowie mit einem Microcontroller (22), einem Datenspeicher (23) und einer Schnittstelle (24) für einen Zugriff auf die im Datenspeicher (23) gespeicherten Daten, ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Microcontroller (22) das von dem Beschleunigungsmesser (21) erzeugte Signal (S) während einer Messphase abtastet, aus den ermittelten Abtastwerten durch Frequenzanalyse Drehzahlwerte berechnet und diese im Datenspeicher (23) ablegt. Zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts wird der Sensormodul an dem Objekt zum Mitrotieren und so befestigt, dass die Messrichtung des Beschleunigungsmessers (21) nicht mit dessen geneigter Achsrichtung fluchtet. Der Sensormodul lässt sich insbesondere an der Nabe eines Kraftfahrzeugs befestigen. Aus den während einer Messfahrt mit dem Sensormodul gewonnen Drehzahlwerten lassen sich schliesslich durch nachträgliche Auswertung Leistungswerte des Antriebs des Kraftfahrzeugs ermitteln.

Description

BESCHREIBUNG
TITEL
Sensormodul und Verwendungen davon zum Erfassen der Drehzahl
eines rotierenden Objekts
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensormodul und Verwendungen dieses Sensormoduls zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts um eine gegenüber der Senkrechten geneigte Achse mit einem Beschleunigungsmesser, welcher auf ihn in einer Messrichtung einwirkende Beschleunigungen in ein
elektrisches Signal umsetzt, sowie mit einem Microcontroller, einem Datenspeicher und einer Schnittstelle für einen Zugriff auf die im Datenspeicher gespeicherten Daten.
STAND DER TECHNIK
Ein solches Sensormodul ist aus CH 681 931 bekannt, wobei mit dem Sensormodul vor allem Radumdrehungszahlen von Kraftfahrzeugen während eines längeren Zeitraums ermittelt werden. Der Sensormodul wird hierzu an dem Rad mit Achsabstand mitrotierend und bezüglich der Messrichtung des Beschleunigungsmessers so ausgerichtet befestigt, dass bei der Raddrehung die Erdbeschleunigung zyklisch variierend auf den Beschleunigungsmesser in der Messrichtung einwirkt und dieser zudem Zentrifugalbeschleunigungen unterliegt. Aus der zyklischen Variation der Erdbeschleunigung werden die Radumdrehungszahlen ermittelt. Die momentante Drehzahl wird aus der Zentrifugalbeschleunigung ermittelt und zur Steuerung eines Filters für das von dem Beschleunigungsmesser erzeugte elektrische Signal verwendet, dem zum Teil erhebliche, durch Vibrationen erzeugte Beschleunigungen überlagert sind. Die Leistung von Kraftfahrzeugantrieben wird üblicherweise vom Hersteller bestimmt und in den Fahrzeugpapieren angegeben. Ein Überprüfung dieser Angaben ist schwierig und ist, ohne aufwendige Manipulationen an dem Fahrzeug praktisch nur auf sogenanten Rollenprüfständen möglich. Mit diesen wird unter anderem die Drehzahl der angetriebenen Räder in verschiedenen, Beschleunigungs- und Auslaufphasen umfassenden Fahrsituationen registriert. Bei den Rollenprüfständen handelt es sich jedoch um teure Anlagen, die aus diesem Grund nicht sehr verbreitet sind. Eine Leistungsmessung findet deshalb nur selten statt. Für Garagen oder auch für
Zulassungstellen wäre eine einfache Leistungsermittlung jedoch wünschenswert. Auch die Polizei könnte hiervon profitieren, um beispielsweise bei Kontrolle unzulässig getunte Fahrzeuge zu ermitteln.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es anzugeben, wie eine Leistungsermittlung von
Kraftfahrzeugantrieben einfach und kostengünstig sowie weitgehend ortsunabhängig durchführbar ist und dazu erforderliche, auch anderweitig verwendbare Ausrüstung zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Sensormodul der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vor, welcher demnach dadurch gekennzeichnet ist, dass der Microcontroller das von dem
Beschleunigungsmesser erzeugte Signal während einer Messphase abtastet, aus den ermittelten Abtastwerten durch Frequenzanalyse Drehzahlwerte berechnet und diese im Datenspeicher ablegt.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Sensormoduls sind in den Ansprüchen 2 - 8 angegeben. Danach tastet der Microcontroller das Signal des Beschleunigungsmessers mit einer Frequenz von 1/5 sec - 1/20 sec, vorzugsweise von 1/10 sec, ab. Pro Abtastwert berechnet der Microcontroller je einen Drehzahlwert, den er im Datenspeicher ablegt. Der Datenspeicher ist so gross bemessen, dass er die Drehzahlwerte einer Messphase von wenigstens 5 min, vorzugsweise wenigstens 10 min und weiter vorzugsweise von wenigstens 15 min aufnehmen kann. Weiter weist im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsformen der Sensormodul ein Gehäuse auf, in dem alle Komponenten sowie eine lokale Stomversorgung angeordnet sind. Das Gehäuse ist vorzugsweise scheibenförmig mit einer Dicke kleiner als 1.5 cm, und insbesondere kreisscheibenförmig, vorzugsweise mit einem Durchmesser kleiner als 5 cm. Der Beschleunigungsmesser ist in dem Gehäuse so angeordnet, dass er Beschleunigungen in einer zu wenigstens einer Flachseite des Gehäuses parallelen Richtung misst.
Die lokale Stromversorgung kann eine Batterie oder einen aufladbaren Akku umfassen.
Die Schnittstelle ist vorzugsweise für den Anschluss eines Verbindungskabels ausgebildet und mit einem Stecksockel versehen.
Erfindungsgemäss verwendet zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts um eine gegenüber der Senkrechten geneigte Achse wird der erfindungsgemässe
Sensormodul gemäss Anspruch 9, indem er an dem Objekt zum Mitrotieren und weiter so befestigt wird, dass die Messrichtung des Beschleunigungsmessers nicht mit der Achsrichtung fluchtet. Durch das Mitrotieren mit dem rotierenden Objekt in dieser Ausrichtung um die gegenüber der Senkrechten geneigte Rotationsachse des Objektes wirkt die Erdbeschleunigung zyklisch variierend auf den Beschleunigungsmesser in dessen Messrichtung ein. Die zyklisch variierende Komponente der Erdbeschleunigung ist dadurch in dem von dem Beschleunigungsmesser erzeugten Signal enthalten, wobei dieser Komponete in der Regel weitere Komponenten überlagert sind, welche insbesondere durch Stösse und Vibrationen, aber auch durch
Zentrifugalbeschleunigungen sowie durch Beschleunigungen zur Erhöhung oder Verrringerung der Drehzahl verursacht werden. Durch Abtasten des Signals sowie durch eine Frequenzanalyse (Fourieranalyse) auf Basis jeweils einer gewissen Anzahl von Abtastwerten lässt sich jedoch die Komponente der Erdbeschleunigung
herausfiltern und bezüglich ihrer Frequenz bestimmen. Die Absolutwerte des analysierten Signals und seiner Komponenten spielen dabei keine Rolle und gehen in das Ergebnis nicht ein. Die ermittelten Frequenzwerte werden als Drehzahlwerte im Datenspeicher einzeln abgelegt. Die Signalabtastung sowie die Frequenzanalyse mit Berechnung der Drehzalwerte werden vom Microcontroller in Echtzeit ausgeführt. Die für die Drehzahlbestimmung aus der zyklisch variierenden Erdbeschleunigung nicht erforderliche, durch Zentrifugalbeschleunigungen verursachte Komponete im
analysierten Signal lässt sich durch Befestigen des Sensormoduls im Drehzentrum des Objektes zumindest weitgehend eliminieren. Eine derartige Anbringung ist deshalb im Rahmen der erfindungsgemässen Verwendung bevorzugt.
Zumindest wenn, wie ebenfalls bevorzugt, der Sensormodul ein scheibenförmiges Gehäuse aufweist kann dieses einfach mit einem vorzugsweise wieder ablösbaren Klebestreifen, an dem rotierenden Objekt befestigt werden.
Im Rahmen einer erfindungsgemässen Verwendung des erfindungsgemässen
Sensormoduls werden Drehzahlwerte von einem rotierenden Objekt während einer Messphase von typisch einigen Minuten Dauer ermittelt. Danach werden die ermittelten und im Datenspeicher abgelegten Drehzahlwerte über die Schnittstelle in eine
Datenverarbeitungsanlage übertragen und dort weiter ausgewertet.
Bei einer bevorzugten Verwendung des erfindungsgemässen Sensormoduls ist das rotierende Objekt das Rad eines Kraftfahrzeugs. Hier kann der Sensormodul einfach aussenseitig auf dessen Nabe befestigt werden. Während der Messphase wird das Kraftfahrzeug auf einer möglichst ebenen Strecke ggf. mehrfach beschleunigt und auslaufen gelassen. Nach Übertragung der dabei gewonnen Drehzahlwerte in eine Datenverarbeitungsanlage können aus diesen Werten, wie bei Rollenprüfständen üblich, Leistungswerte des Antriebs des Kraftfahrzeugs errechnet werden. Bei dieser Verwendung ersetzt der erfindungsmässe, sehr klein und kostengünstig herstellbare, mitführbare und dadurch damit praktisch überall einsetzbare Sensormodul den teuren, ortsgebundenen Rollenprüfstand. Als Datenverarbeitungsanlage zur Auswertung der Drehzahlwerte genügt ein handelsüblicher Notebook-Computer.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Sensormodul in einer Explosionsdarstellung; Fig. 2 das Signal des Beschleunigungsmessers eines an einem Kraftfahrzeugrad befestigten solchen Sensormoduls während einer Messphase/Testfahrt;
Fig. 3 Drehzahlen, die mit einem erfindungsgemässen, an einem Kraftfahrzeugrad auf dessen Nabe befestigten Sensor anlässlich eines Tachotests auf einem Prüfstand ermittelt wurden;
Fig. 4 unter a) und b) Drehzahldiagramme von zwei weiteren Testfahrten; und
Fig. 5 aus diesen ermittelte Leitungsmesskurven.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Der Sensormodul von Fig. 1 weist ein kreisscheibenfömiges Gehäuse 10 mit einer vorderen Flachseite 1 1 und einer hinteren Flachseite 12 auf. Letzere ist als Deckel ausgebildet. Die vorderen und hinteren Kanten zwischen den beiden Flachseiten und der Zylindermantelfläche 13 sind abgerundet. Das Gehäuse weist einen Durchmesser von 42 mm, eine Dicke von 12 mm auf. Die Kanten haben eien Radius von 2.5 mm.
20 bezeichnet eine mit ihrer Ebene parallel zu den beiden Flachseiten 1 1 und 12 des Gehäuses 10 angeordnete, ebenfalls kreisscheibenförmige Leiterplatte, auf der mehrere elektronische Komponenten befestigt und untereinander elektrisch verbunden sind. Im Zentrum der Leiterplatte 20 ist ein Beschleunigungsmesser 21 in Form eines integrierten Halbleiterchips angebracht. Dieser ermittelt Bescheunigungen in drei zueinander senkrechten Richtungen, von denen zwei parallel zur Ebene der
Leiterplatte 20 und damit auch parallel zu den beiden Flachseiten 1 1 und 12 des
Gehäuses ausgerichtet sind. Die dritte Richtung ist in Axialrichtung der Leiterplatte 20 und damit auch des Gehäuses 10 sowie dessen Flachseiten 1 1 und 12 ausgerichtet. Verwertet wird nur das Signal aus einer der beiden Richtungen parallel zur Leiterplatte 20. Die Signalverwertung erfolgt durch periodisches Abtasten durch einen
Microcontroller 22, der aus den Abtastwerten in Echtzeit Drehzahlwerte berechnet und diese in einem Datenspeicher 23 in Form eines EEPROMs ablegt. Die Abtastrate liegt im Bereich von 1/5 sec - 1/20 sec, vorzugsweise bei 1/10 sec. Auf der Leiterplatte 20 ist noch der Stecksockel 24 einer USB-Schnittstelle angeordnet, welcher durch eine Öffnung 14 in der Zylindermantelfläche 13 des Gehäues 10 von aussen zugänglich ist. Über diese Schnittstelle und ein daran angeschlossenes Kabel können die in dem Datenspeicher 23 enthaltenen Daten ausgelesen und
beispielsweise in eine externe Datenverarbeitungsanlage (Notebook) übertragen werden.
Desweiteren werden von der Leiterplatte mehrere Leuchtdioden 25 getragen, die durch eine Öffnung 15 in der vorderen Flachseite 1 1 von aussen sichtbar sind und verschiedene Betriebszustände des Sensormoduls wie An (On), Aufnahme (Record), Laden (Charge) und Fehler (Error) signalisieren. 26 bezeichnet einen ebenfalls mit der Leiterplatte 20 verbundenen Ein/Aus-Schalter, der durch eine Öffnung 16 in der Zylindermantelfläche 13 des Gehäuses 10 bedienbar ist. 30 bezeichnet einen Montagering für die Leiterplatte 20 im Gehäuse 10, der auch einen Akku 40 für die Stromversorgung des Sensormoduls aufnimmt. Bei 26.1 und 26. 2 handelt sich um ein Zwischenstück und eine Abdeckkappe für den Schalter 26. 50 bezeichnet eine trnasparente Schutzfolie für die LEDs. Aufgrund seiner geringen Grösse und seiner beschriebenen Form kann der
Sensormodul für eine Messphase mit seiner rückseitigen Flachseite 12 mit einem Klebestreifen aussenseitig an der Nabe eine Kraftfahrzeugrades befestigt werden. Geeignete Klebestreifen sind beispielsweise sogenannte Powerstrips von Tesa (Marke), welche eine hohe Haltkraft haben und sich nach der Messphase durch Langziehen rückstandsfrei wieder ablösen lassen. Durch die beschriebene Orientierung des Beschleunigungsmessers 21 im Gehäuse 10 rotiert dessen für die Messung verwendete Richtung mit der Raddrehung in einer Vertikalebene. Die
Erdbeschleunigung wirkt sich dadurch zyklisch auf das Messsignal aus. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Beschleunigungssignal S, wie es von einem
Beschleunigungsensor während einer Messfahrt erzeugt wird, der in einem wie vorstehend beschrieben ausgebildeten und an einem Kraftfahrzeugrad angebrachten Sensormodul enthalten ist. Das Signal S zeigt erkennbar starke Schwankungen über der Zeitachse, welche vor allem durch die während der Messfahrt auftretenden Stösse und Vibrationen verursacht werden. Dennoch ist es möglich, durch eine geeignete Frequenzanalyse die durch die Erdbeschleunigung verursache Komponente herauszufiltern und ihre Frequenz entsprechend der Drehzahl des Rades zu bestimmen.
Fig. 3 zeigt Drehzahlen, die mit einem erfindungsgemassen, an einem Kraftfahrzeugrad auf dessen Nabe befestigten Sensor anlässlich eines Tachotests auf einem Prüfstand ermittelt wurden. Die Drehzahlen sind hier über den Radumfang in eine
Geschwindigkeit in km/h umgerechnet. Zur Ermittlung der dargestellten Kurve wurde pro 1/10 sec jeweils ein Wert von dem Beschleuningungssignal abgetastet und mit der gleichen Rate jeweils ein Drehzahlwert berechnet. Fig. 3 zeigt einige mit dem Prüfstand ermittelte Geschwindigkeiten zum Vergleich. Die Übereinstimmung der mit den unterschiedlichen Messverfahren ermittelten Geschwindigkeiten ist sehr gut. Fig. 4 zeigt unter a) und b) Drehzahl-/bzw. Geschwindigkeitsdiagramme von zwei Testfahrten, während denen das Kraftfahrzeug beschleunigt und wieder auslaufen gelassen wurde. Die Dauer der Testfahrten beträgt typisch einige Minuten.
Bei solchen Testfahrten wird das Kraftfahrzeug beispielsweise im 2. und/oder im dritten Gang beschleunigt bis die Motordrehzahl an den auf den Armaturen rot
gekennzeichneten Bereich gelangt. Ein gute Ausgangsgeschwindigkeit ist ca. 35 km/h.
Auf flacher Strecke wird das Kraftfahrzeug aus konstanter Geschwindigkeit bei z.B. 80 km/h, also konstanter Drehzal des Motors, ausgekuppelt und auslaufen gelassen. Hierbei genügt es solange zu messen, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs um ca. 20 - 30 km/h abgefallen ist.
Fig. 5 zeigt aus den Geschwindigkeitsdiagrammen im Rahmen einer späteren
Datenauswertung berechnete Leistungskurven des Krafttfahrzeugs. Vorteilhaft bei der Ermittlung der Leistungskurven mit einem erfindungsgemässen Sensormodul ist, dass während der Testfahrt auch der Luftwiderstand in die Messung mit eingeht. Bei der Ermittlung der Leistungskurven auf einem Rollenprüfstand muss dieser Effekt rechnerisch berücksichtigt werden, wobei man in der Regel auf die Angaben des Herstellers zum Luftwiderstandsbeiwert (CW-Wert) des Kraftfahrzeugs angewiesen ist. Der erfindungsgemässe Sensormodul kann ausser für den vorbeschriebenen Zweck auch anderweitig zu einer Drehzahlmessung eingesetzt werden, wobei seine geringe Grösse seine Befestigung an der Vielzahl unterschiedlicher rotierender Objekte ermöglicht.
BEZEICHNUNGSLISTE
10 Gehäuse
1 1 vordere Flachseite
12 hintere Flachseite
13 Zylindermantelfläche
15 Öffnung in der vorderen Flachseite
16 Öffnung in der Zylindermantelfläche
20 Leiterplatte
21 Beschleunigungsmesser
22 Microcontroller
23 Datenspeicher
24 Stecksockel
25 Leuchtdioden
26 Ein/Aus-Schalter
26.1 Zwischenstück
26.2 Abdeckkappe
30 Montagering
40 Akku
S elektrisches Signal

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Sensormodul zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts um eine gegenüber der Senkrechten geneigte Achse mit einem Beschleunigungsmesser (21 ), welcher auf ihn in einer Messrichtung einwirkende Beschleunigungen in ein elektrisches Signal (S) umsetzt, sowie mit einem Microcontroller (22), einem
Datenspeicher (23) und einer Schnittstelle (24) für einen Zugriff auf die im
Datenspeicher (23) gespeicherten Daten,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Microcontroller (22) das von dem Beschleunigungsmesser (21 ) erzeugte
Signal (S) während einer Messphase abtastet, aus den ermittelten Abtastwerten durch Frequenzanalyse Drehzahlwerte berechnet und diese im Datenspeicher (23) ablegt.
2. Sensormodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Microcontroller (22) das Signal (S) mit einer Frequenz von 1/5 sec - 1/20 sec, vorzugsweise von 1/10 sec, abtastet.
3. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (22) pro Abtastwert einen Drehzahlwert berechnet und im Datenspeicher (23) ablegt.
4. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (23) so gross bemessen ist, dass er die Drehzahlwerte einer Messphase von wenigstens 5 min, vorzugsweise wenigstens 10 min und weiter vorzugsweise von wenigstens 15 min aufnehmen kann.
5. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gehäuse (10) aufweist, in dem alle Komponenten (20 - 24) sowie eine lokale Stromversorgung (40) angeordnet sind.
6. Sensormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) scheibenförmig, vorzugsweise mit einer Dicke kleiner als 1.5 cm, und
insbesondere kreisscheibenförmig, vorzugsweise mit einem Durchmesser kleiner als 5 cm, ist und dass der Beschleunigungsmesser(21 ) Beschleunigungen in einer zu einer Flachseite (1 1 , 12) des Gehäuses (10) parallelen Richtung misst.
7. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Stromversorgung eine Batterie oder einen aufladbaren Akku (40) umfasst.
8. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (24) für den Anschluss eines Verbindungskabels ausgebildet ist.
9. Verwendung des Sensormoduls nach einem der Ansprüche 1 - 8 zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Objekts um eine gegenüber der Senkrechten geneigte Achse, dadurch gekennzeichnet, dass er an dem Objekt zum Mitrotieren und so befestigt wird, dass die Messrichtung des Beschleunigungsmessers (21 ) nicht mit der Achsrichtung fluchtet.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Sensormodul im Drehzentrum des Objektes befestigt wird.
1 1. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor durch Ankleben an dem Objekt, vorzugsweise mit einem wieder ablösbaren Klebestreifen, befestigt wird.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, das die in dem Datenspeicher (23) abgelegten, während einer Messphase ermittelten Drehzahlwerte nach der Messphase über die Schnittstelle (24) in eine
Datenverarbeitungsanlage übertragen und dort weiter ausgewertet werden.
13. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 - 12, dadurch gekennzeichnet, das rotierende Objekt das Rad eines Kraftfahrzeugs ist und dass der Sensormodul aussenseitig auf dessen Nabe befestigt wird.
14. Verwendung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug während der Messphase beschleunigt und auslaufen gelassen wird und dass aus den dabei ermittelten Drehzahlwerten im Rahmen der weiteren Auswertung in der Datenverarbeitungsanlage Leistungswerte des Antriebs des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.
PCT/EP2012/062237 2011-06-29 2012-06-25 Sensormodul und verwendungen davon zum erfassen der drehzahl eines rotierenden objekts WO2013000865A1 (de)

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