DE102006032911A1

DE102006032911A1 - Verfahren zur Bewertung der mechanischen Befestigung eines Sensors in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006032911A1
Application number: DE200610032911
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. Weichenberger; Thomas Meisinger
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 2006-07-15
Filing date: 2006-07-15
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bewertung der mechanischen Befestigung eines Sensors in einem Fahrzeug vorgestellt, wobei die vom Sensor erfassten Signale hinsichtlich der Stärke in mehreren vorgegebenen Frequenzbereichen bewertet werden und daraus auf die Güte der mechanischen Befestigung geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der mechanischen Befestigung eines Sensors in einem Fahrzeug.
Bei den heutigen Beschleunigungsaufnehmern werden zum Nachweis der Funktionalität desselben, im Regelfall bei der Inbetriebnahme (Power On/Zündschlüssel passiv ➜ aktiv) durch eine initiierte Testphase geprüft, ob der Beschleunigungsaufnehmer, ein auf eine Testanregung an einem dafür vorgesehenen Eingang, am Ausgang ein entsprechendes erwartetes Signal zeigt/erzeugt, um Aufgrund dessen Form und Amplitude auf die korrekte Funktionalität, insbesondere den Verstärkungsfaktor und Filtereigenschaften, des Beschleunigungssensors schließen zu können. Darüber hinaus ist es bekannt, anhand der beim normalen Fahrbetrieb auftretenden Schwingungen zu erkennen, ob ein Beschleunigungs- bzw. Körperschallsensor noch intakt ist.
Diese Tests begrenzen sich aber nur auf die elektrische Funktionalität des Sensors, sowie der Signalkette vom Sensor zur Auswerteeinheit.
Nicht berücksichtigt wird bei diesen derzeitigen Tests hingegen die mechanische Signalübertragungsstrecke, ob beispielsweise die Leiterplatte mit dem Gehäuse oder das Gehäuse mit der Fahrzeugstruktur ordnungsgemäß verbunden ist. Zwar gibt es für Lötverbindungen Prüftechniken als auch für Schraubverbindungen über definierte Drehmomente Möglichkeiten, eine ordnungsgemäße Befestigung zu prüfen, jedoch sind solche Untersuchungen aufwendig und decken nicht alle Einflussfaktoren ab.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein geeignetes Verfahren zur Bewertung der mechanischen Befestigung eines Sensors in einem Fahrzeug vorzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Güte der mechanischen Befestigung als Teil der Signalstrecke einen erheblichen Einfluss auf das Feder-Masse-System von Sensor-Gehäuse und mechanischem Träger hat und somit in erheblichem Maße die Frequenzcharakteristik des messbaren Signals beeinflusst.
Es wird also ein Verfahren zur Erkennung einer ordnungsgemäßen Sensorbefestigung bzw. zur Beurteilung eines korrekten Signalpfades einer Signalübertragungsstrecke vorzustellen, damit während des Betriebes des Sensors eine Beurteilung hinsichtlich einer ordnungsgemäßen Befestigung aller in der Signalübertragungsstrecke vorhandenen Übergänge durchgeführt werden kann und im Falle einer Unregelmäßigkeit, insbesondere einer schlechten Lötverbindung oder Schraubverbindung, bspw. eine Fehleranzeige aktiviert werden kann.
Zur Überprüfung bzw. zur Absicherung einer ordnungsgemäßen mechanischen Signalübertragungstrecke wird vorgeschlagen, dass dieses bspw. mittels einen breitbandigen Sensieren am Sensorelement durchgeführt wird. Die Beurteilung wird hierbei beispielsweise derart durchgeführt, dass ein breitbandiges Sensieren am Sensorelement bei einem anstehenden Signal (Rauschen) eine Abschätzung über die schwingende Masse ermöglicht.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. Es zeigen
1: Sensor auf Leiterplatte in einem Gehäuse an einem Fahrzeugträger.
2: Frequenzanteile im Sensorsignal bei korrekter und fehlerbehafteter Montage
1 zeigt eine elektrische Baugruppe 1 an einem Fahrzeugträger 2, wobei die elektrische Baugruppe 1 ein Gehäuse 3 und in diesem eine Leiterplatte 4 mit einem Sensor 5, beispielsweise einem Beschleunigungs- oder Körperschallsensor aufweist. Der Sensor ist über Kontaktpins 5.2 an die Leiterplatte 4 über eine Lötverbindung 6 elektrisch und mechanisch verbunden. Das bloße Vorliegen eines elektrischen Kontakts sagt aber noch nichts über die mechanische Belastbarkeit und Schwingungsweiterleitungseigenschaft dieser Verbindung aus. Die Leiterplatte 4 ist im Gehäuse 3 befestigt, hier sogar durch Schrauben 7 angeschraubt. Das Gehäuse 1 ist seinerseits am Träger 2 durch Schrauben 8 befestigt.
In der Montagekette ergeben sich somit zumindest 3 entscheidende mechanische Verbindungspunkte V1, V2, V3.
Um die Güte dieser mechanischen Befestigungen V1, V2, V3 zwischen Sensors 5 und Fahrzeug 2 insgesamt zu bewerten, wird vorgeschlagen die vom Sensor 5 erfassten Signale hinsichtlich der Stärke in mehreren vorgegebenen Frequenzbereichen zu bewerten. Es wird vorzugsweise die Stärke der Signale in den Frequenzbereichen über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelt und die gemittelte Stärke bewertet, beispielsweise die spektrale Leistungsverteilung im Signal bewertet.
Dies gilt insbesondere, wenn die Stärke des natürlichen Rauschens und/oder der normalen Fahrvibrationen in den Frequenzbereichen bewertet wird. Die Stärke des natürlichen Rauschens und/oder der normalen Fahrvibrationen wird in den Frequenzbereichen über einen Zeitraum gemittelt bewertet, wobei geprüft wird, ob innerhalb dieses Zeitraums einerseits ein vorgegebenes Mindestmaß des Signals vorliegt, also ein ausreichendes Rauschen bzw. Fahrvibrationen vorliegen, um eine ausreichende Bandbreite bewerten zu können, andererseits ein vorgegebenes Höchstmaß des Signals nicht überschritten wird, um Einflüsse von Einzelereignissen, wie bspw. Stößen oder anderen atypischen Ereignissen im Bewertungszeitraum ausschließen zu können.
Nur bei Erfüllung beider Bedingungen wird der Zeitraum als geeignet für die Bewertung der Güte der mechanischen Befestigung angesehen.
Für einen auf einer Leiterplatte, bspw. aus FR4 montierten Sensor, bspw. einen Körperschallsensor, in einem Kunststoffgehäuse einer Größe eines Standardsteuergeräts kann eine Grenzfrequenz von ca. 4kHz vorgesehen werden und bei Signalanteilen oberhalb dieser oder beispielsweise ab 5 kHz eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen werden.
Anstelle der passiven Bewertung des Rausch- bzw. Fahrvibrationsanteils ist es auch denkbar an zumindest einer vorgegebenen Position ein vorgegebenes Anregungssignal einzuprägen. Entsprechende Aktoren können permanent im Fahrzeug montiert oder mobil für einen Test in der Werkstatt montierbar sein.
Damit ist es möglich, einen Sensor auf eine durchgängige feste Montage (Sensor ➜ Leiterplatte ➜ Gehäuse ➜ Fahrzeugstruktur) am Zielsystem zu überprüfen und im Fehlerfall (z.B. lösen einer kraftschlüssigen Verbindung („V1", „V2", „V3") die betroffene Stelle zu erkennen bzw. zu analysieren. Je geringer die Masse am/um das Sensorelement (5.1) des Sensors (5) ist, desto höher wird die Dominante/Signifikante untere Schwing- bzw. Resonanzfrequenz. Als Resonanzfrequenz kann dabei eine Frequenz bewertet werden, bei der die Frequenzamplitude ein vorgegebenes Verhältnis zur Anregungsamplitude übersteigt, wobei die Anregungsamplitude durch Fahrtvibrationen oder gezielte Anregung bspw. an einem Rahmenteil des Fahrzeugs erzeugt werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann geprüft werden, ob das Anregungssignal einen Signalanteil oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz aufweist, wobei bei Signalanteilen im Sensorsignal oberhalb dieser Grenzfrequenz eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen wird. Für einen auf einer Leiterplatte montierten Sensor in einem Kunststoffgehäuse ist bspw. eine Grenzfrequenz von 4kHz vorgesehen und wird bei Signalanteilen oberhalb dieser eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen.
Grundgedanke ist dabei immer, dass die Spektralverteilung stark von der Resonanzfrequenz des Feder-Massekörpersystems aus dem Sensor, dessen Leiterplatte und Gehäuse sowie der Fahrzeuganbindung abhängig ist und im Verhältnis zu der geringen Sensormasse eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung eine signifikante Veränderung bewirkt, insbesondere deutlich höhere Resonanzfrequenzen und obere Grenzfrequenzen am Sensor erkennbar sind.
Durch diese Erkenntnis kann die Güte der mechanischen Befestigung auf nichtmechanischem Wege bspw. von einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs beprüft und festgestellt werden, ob der Sensor noch wie spezifiziert mechanisch angebunden und die Signale entsprechend aussagekräftig sind. Ansonsten kann der Sensor als defekt eingestuft oder dessen Signale entsprechend angepasst verarbeitet werden.

Claims

Verfahren zur Bewertung der mechanischen Befestigung (V1, V2, V3) eines Sensors (5) in einem Fahrzeug (2), wobei die vom Sensor (5) erfassten Signale hinsichtlich der Stärke in mehreren vorgegebenen Frequenzbereichen bewertet und daraus auf die Güte der mechanischen Befestigung (V1, V2, V3) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stärke der Signale in den Frequenzbereichen über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelt und die gemittelte Stärke bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei spektrale Leistungsverteilung im Signal bewertet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stärke des natürlichen Rauschens und/oder der normalen Fahrvibrationen in den Frequenzbereichen bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Stärke des natürlichen Rauschens und/oder der normalen Fahrvibrationen in den Frequenzbereichen über einen Zeitraum gemittelt bewertet wird, wobei geprüft wird, ob a) innerhalb dieses Zeitraums einerseits ein vorgegebenes Mindestmaß des Signals vorliegt, b) andererseits ein vorgegebenes Höchstmaß des Signals nicht überschritten wird und nur bei Erfüllung beider Bedingungen der Zeitraum als geeignet für die Bewertung der Güte der mechanischen Befestigung angesehen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für einen auf einer Leiterplatte montierten Sensor in einem Kunststoffgehäuse eine Grenzfrequenz von 4kHz vorgesehen und bei Signalanteilen oberhalb dieser eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei an zumindest einer vorgegebenen Position ein vorgegebenes Anregungssignal eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anregungssignal einen Signalanteil oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz aufweist und bei Signalanteilen im Sensorsignal oberhalb dieser Grenzfrequenz eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lage einer unteren Resonanzfrequenz mit einer Schwelle verglichen und bei Überschreiten der Schwelle eine verminderte Güte der mechanischen Befestigung angenommen wird.