Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug.

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.

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.

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.

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.

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.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass ein Überwachungssystem über eine erste

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.

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.

So kann beispielsweise durch eine erfindungsgemäß erzeugte Meldung ein frühzeitiger Service stattfinden und dadurch größere Schäden vermieden werden.

Durch diese ereignisgesteuerte Alarmierung der Werkstatt und des Fahrers kann bei der Dimensionierung der beweglichen

Teile der Sicherheitsfaktor reduziert und somit das Gewicht des Fahrzeuges und der Energieverbrauch optimiert werden.

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.

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 .

Die Energieernteeinheit ist auch mit einer

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.

Die Signalverarbeitungseinheit ist mit einer

Kommunikationseinheit verbunden. Derart können die Messdaten zu einer zentralen Instanz des Kraftfahrzeuges, beispielsweise drahtlos per Funk, übertragen werden.

Somit wird erfindungsgemäß durch die Energie erzeugende Einheit und die Energieernteeinheit sowohl das zur

Überwachung erforderliche Signal als auch die zum Betrieb des Überwachungssystems notwendige Energie erzeugt.

In einer anderen Ausgestaltung werden die Messdaten in der Signalverarbeitungseinheit verarbeitet oder einer Analyse unterzogen. Derart können beispielsweise nur

Statusinformationen wie „volle Funktionsweise", „eingeschränkte Funktionsweise" oder „Defekt/Ausfall" nach erfolgter Analyse an die zentrale Instanz übertragen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Signalverarbeitungseinheit eine Messanordnung und eine Signalanalyseanordnung angeordnet sind.

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 eine

Signalanalyse beispielsweise durch einen Vergleich mit vorgegebenen Werten oder mit vorgegebenen Wertebereichen, innerhalb derer ein Signal für „gut" befunden wird erfolgen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Signalverarbeitungseinheit eine

Einheit zur automatischen Regelung des Verstärkungsfaktors, ein Analog-Digital-Umsetzer und eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet sind.

Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitungs- einheit eine Einheit zur automatischen Regelung des

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.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass ein Überwachungssystem mittels einer ersten

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.

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.

Die Erzeugung von Energie durch die Energie erzeugende

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 zur

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.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die im Überwachungssystem erzeugte Energie gespeichert wird.

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.

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 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.

Werden die Messdaten direkt übertragen, so erfolgt die Analyse oder Auswertung der Messdaten in der zentralen Instanz .

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.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs ^¬ beispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung zur

Überwachung beweglicher Teile eines Kraftfahrzeuges und

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung zur

Überwachung beweglicher Teile eines Kraftfahrzeuges.

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.

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.

Eine andere Variante besteht in der Nutzung des Piezo- Effekts zur Energieerzeugung. Hierbei werden die Schwingungen des beweglichen Teils 1 auf einen Piezo-

Generator der Energie erzeugenden Einheit 4 übertragen, wobei ein Piezo-Material mit ähnlicher Grundresonanz wie der des beweglichen Teils 1 verwendet wird.

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.

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.

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.

Die Energieernteeinheit 5 kann außerdem die Ist-Leistung der Energie erzeugenden Einheit 4 als proportionale Spannungs ^¬ oder Stromgröße an die Signalverarbeitungseinheit 7 übertragen.

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.

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.

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 .

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.

In der Figur 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Anordnung dargestellt.

Beispielsweise zur Überwachung der Struktur eines Verbrennungsmotors 1 in einem KFZ sollen die Sensordaten mehrerer am Motor befestigter

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.

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.

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.

Wie in der Figur 2 dargestellt wird eine

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.

Außerdem korreliert die Momentanleistung der

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 .

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.

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 .

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 .

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.

Anordnung und Verfahren zur Überwachung beweglicher Teile in einem Kraftfahrzeug

Bezugzeichenliste

1 bewegliches Teil (eines Motors)

2 Überwachungssystem (Sensor)

3 erste Verbindung (messtechnisch/mechanisch/Wärme leitend) 4 Energie erzeugende Einheit/Energieumsetzer

5 Energieernteeinheit

6 Energiespeicher

7 Signalverarbeitungseinheit

8 Kommunikationseinheit 9 Messanordnung

10 Signalanalyseanordnung

11 Einheit zur automatischen Regelung des Verstärkungsfaktors

12 Analog-Digital-Umsetzer 13 Datenverarbeitungseinheit