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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines an einer Dachträgerstruktur montierten Dachträgers eines Fahrzeugs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2006 002 973 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bekannt, bei dem eine Schwerpunkterhöhung des Fahrzeugs, bedingt durch eine Dachlast auf dem Fahrzeug, erfasst wird und die dabei erhaltenen Informationen bei einer Einstellung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs im Hinblick auf ein Vermeiden eines Umkippens des Fahrzeugs berücksichtigt werden, wobei das Bestimmen der Dachlast mit dem Beginn des Zuladens der Dachlast auf das Fahrzeug gestartet wird und abhängig von den erfassten Informationen eine Änderung von Einstellungen eines elektronischen Fahrdynamikregelsystems des Fahrzeugs aktiviert wird. Beim Installieren eines Dachträgers wird ein Schalter betätigt, wodurch eine vorgebbare Änderung der Einstellung des Fahrdynamiksystems durchgeführt wird. Ferner ist es bei diesem bekannten Verfahren vorgesehen, die auf dem Dachträger aufgeladene Last kontinuierlich mit in dem Dachträger integrierten Duck- oder Kraftsensoren während des Beladens des Fahrzeugs zu erfassen.
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Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist die Verwendung eines Schalters zu Erfassung eines montierten Dachträgers, da ein solcher Schalter bewegliche mechanische Teile aufweist und daher störanfällig ist.
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Desweiteren ist aus der
DE 10 2004 031 224 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einer als Dachreling ausgebildete Dachträgerstruktur eine Sensoreinrichtung integriert und diese Dachreling an einer fahrzeugfesten Tragstruktur des Fahrzeugdaches befestigt ist, wobei zur Erfassung der von einer Dachlast einschließlich der Dachträgerstruktur erzeugten Druckkraft auf die Tragstruktur an jedem Auflagepunkt der Dachreling, insbesondere an jedem Stützfuß der beiden Dachrelingstangen eine Sensoreinrichtung montiert ist. Auf mit den Dachrelingstangen verbundenen Quertraversen wird die eigentliche Dachlast, bspw. ein Dachkoffer befestigt. Mittels dieser in der Dachreling integrierten Sensoreinrichtung kann im stationären Zustand oder während des Fahrbetriebes die Gewichtskraft der Dachlast einschließlich der Dachträgerstruktur und der eigentlichen Dachlast ermittelt und kontrolliert werden. Damit soll sichergestellt werden, dass diese Gewichtskraft unter dem als zulässig erachteten Maximalwert liegt, so dass Überladungen und Überbelastungen von Fahrzeugkomponenten vermieden werden.
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Die
DE 10 2004 051 638 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors in einem Sicherheitssystem, wobei der Sensor ein elektrisches Reaktionssignal an eine zentrale Systemeinheit übersendet und von der zentralen Systemeinheit durch ein Diagnose- und/oder Anregungssignal als reversibles elektro-mechanisches System angeregt wird. Neben den Selbsttests kann durch den Aktuatorbetrieb einem zu sichernden System somit auch eine mechanische Schwingung aufgezwungen werden, wobei durch das gleiche Element nachfolgend eine Analyse der angeregten Schwingung mit Untersuchung der Eigenschaften dieser Systemantwort in einer Auswerteeinheit des eigentlichen Sicherheitssystems versorgt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung eines an einer Dachträgerstruktur montierten Dachträgers eines Fahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, welches einfach durchführbar ist und dennoch eine hohe Erkennnungssicherheit aufweist sowie kostengünstig realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Bei einem solchen Verfahren zur Erkennung eines an einer Dachträgerstruktur montierten Dachträgers eines Fahrzeugs, bei dem wenigstens eine Sensoreinrichtung der Dachträgerstruktur zugeordnet ist und die Sensoreinrichtung durch den Dachträger modulierte Sensorsignale erzeugt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dachträgerstruktur oder mechanisch mit dem Fahrzeugdach gekoppelte Strukturelemente des Fahrzeuges kurzzeitig mit einer vorgegebenen Erregerfrequenz zu mechanischen Schwingungen angeregt wird bzw. werden, die abklingende Schwingung der Dachträgerstruktur oder der mit dem Fahrzeugdach gekoppelten Strukturelemente des Fahrzeugs von der Sensoreinrichtung erfasst und aus dem Messsignalverlauf der Sensoreinrichtung bestimmt wird, ob ein Dachträger montiert ist.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Weise die Erkenntnis genutzt, dass ein Fahrzeugdach bzw. ein Fahrzeugdachsystem ein konstantes Eigenschwingungsverhalten aufweist und durch einen montierten Dachträger sich das Eigenschwingungsverhalten des Gesamtsystems aus Fahrzeugdach bzw. Fahrzeugdachsystem und montierter Dachträger verändert. Aus diesem veränderten Schwingungsverhalten wird abgeleitet, ob ein Dachträger montiert ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit kostengünstigen Mitteln realisierbar und weist eine hohe Erkennungssicherheit auf, da die Auswertung des Messsignalverlaufs zur Bestimmung, ob ein Dachträger montiert ist, softwaremäßig in einem Steuergerät des Fahrzeugs durchgeführt werden kann.
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Ferner kann in vorteilhafter Weise das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der verwendeten Dachträgerstruktur, als auch unabhängig von der Art des jeweils montierten Dachträgers eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei nicht montiertem Dachträger der durch die Anregung der Dachträgerstruktur oder der mechanisch mit dem Fahrzeugdach gekoppelten Strukturelemente des Fahrzeuges erzeugte Messsignalverlauf als Referenzsignal gespeichert wird. Dies ermöglicht eine einfache Auswertung des Messsignalverlaufs.
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Vorzugsweise wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der von der Sensoreinrichtung aufgrund der abklingenden Schwingung der Dachträgerstruktur oder der mechanisch mit dem Fahrzeugdach gekoppelten Strukturrelemente des Fahrzeuges erzeugte Messsignalverlauf mit diesem Referenzsignal verglichen und eine Abweichung bestimmt und bei Überschreitung eines Schwellwertes durch die Abweichung auf das Vorhandensein eines montierten Dachträgers geschlossen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dachträgerstruktur als Dachreling mit zwei Relingstangen ausgebildet, wobei die Relingstangen mit wenigstens einem Querträger als Dachträger verbindbar sind und vorzugsweise jeder Relingstange wenigstens eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist. Durch die mechanische Kopplung der beiden Relingstangen mit wenigstens einem Querträger wird bei einer Anregung einer der beiden Relingstangen der Dachreling gegenüber einer Anregung ohne einen solchen Querträger als Dachträger eine signifikant veränderte, abklingende Schwingung der Dachreling bewirkt, die durch die Sensoreinrichtung erfasst wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine solche Relingstange mit der vorgegebenen Erregerfrequenz zu mechanischen Schwingungen angeregt und von der der weiteren Relingstange zugeordneten Sensoreinrichtung die abklingende Schwingung dieser weiteren Relingstange erfasst. Dies bietet den Vorteil, durch wechselseitige Erfassung der abklingenden Schwingung der Dachträgerstruktur eine Signalplausibilisierung durchführen zu können. Ferner ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass für die zur Schwingungsanregung vorgesehenen mit dem Fahrzeugdach gekoppelten Strukturelemente des Fahrzeugs und die zur Erfassung der abklingenden Schwingungen vorgesehenen mit dem Fahrzeugdach gekoppelten Strukturelemente nichtidentische Strukturelemente des Fahrzeugs verwendet werden.
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Weiterbildungsgemäß ist es zur Anregung der Dachträgerstruktur zu mechanischen Schwingungen vorgesehen, im Bereich der Dachträgerstruktur wenigstens eine Schwingungserzeugungseinrichtung anzuordnen. Dabei wird vorzugsweise jeder Relingstange der Dachreling wenigstens eine Schwingungserzeugungsvorrichtung zugeordnet.
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Schließlich ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, die Sensoreinrichtung nicht nur zu Erfassung der abklingenden Schwingung der Dachträgerstruktur einzusetzen, sondern zusätzlich als Schwingungserzeugungsvorrichtung, vorzugsweise als Piezo-Aktuator, auszubilden, um dadurch die Herstell- und Montagkosten zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu senken. Darüber hinaus kann eine Schwingungserzeugungsvorrichtung als elektromechanischer Aktor ausgebildet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Fahrzeugdach eines Kraftfahrzeugs mit einem Dachträger und einem Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 2 eine Darstellung von durch eine Sensoreinrichtung erzeugten Messsignalen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Auf dem Fahrzeugdach 2 eines Kraftfahrzeugs 1 gemäß 1 ist eine Dachreling als Dachträgerstruktur 3 mit einer linken Relingstange 3a und einer rechten Relingstange 3b montiert, die mit zwei Querträgern als Dachträger 4 verbunden sind. Auf diesen Querträgern 4 kann eine Dachlast (nicht dargestellt), bspw. ein Dachkoffer, angeordnet und mit diesen Querträgern 4 verbunden werden.
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Da die Dachreling 3 zusammen mit dem Fahrzeugdach 2 des Kraftfahrzeug 1 ein schwingungsfähiges System bildet, kann dieses mit einer Schwingungserzeugungseinrichtung kurzzeitig zu mechanischen Schwingungen angeregt werden und die abklingende Schwingung als Antwortsignal mittels einer Sensoreinrichtung erfasst und ausgewertet werden. Das Schwingungsverhalten der Dachreling 3, also der Verlauf der abklingenden Schwingung nach der mechanischen Anregung hängt davon ab, ob die beiden Querträger 4 als Dachträger montiert sind. Denn durch die mechanische Verbindung der beiden Relingstangen 3a und 3b durch die Querträger 4 werden die beiden Relingstangen 3a und 3b mechanisch gekoppelt, so dass dadurch ein anderes Schwingungsverhalten der Dachreling 3 bewirkt. So wird eine mechanische Anregung bspw. der einen Relingstange 3a auch über die Querträger 4 auf die andere Relingstange 3b übertragen, so das mit einem dieser Relingstange 3a zugeordneten Sensoreinrichtung ein signifikant veränderte abklingende Schwingung detektiert werden kann, als ohne solche Querträger 4. Auch ändert sich die abklingende Schwingung dieser zusätzlich über die Querträger 4 angeregten Relingstange 3b signifikant gegenüber dem Zustand ohne montierten Querträger 4, bei dem diese Relingstange 3b nur über das Fahrzeugdach 2 angeregt wird. Somit kann durch einen Vergleich des Messsignalverlaufs einer Sensoreinrichtung mit dem Messsignalverlauf ohne montierten Dachträger 4 auf das Vorhandensein eines montierten Dachträgers 4 geschlossen werden.
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Die Frequenz mit der größten Modulation zwischen montiertem und nicht montiertem Dachträger wir als Erregerfrequenz verwendet.
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Zur Anregung der Dachreling 3 zu kurzzeitigen Schwingungen und zur Erfassung der abklingenden Schwingung als Antwortsignal sind im Bereich der Stützfüße der Relingstangen 3a und 3b im Fahrzeugdach 2 des Kraftfahrzeugs 1 jeweils Sensoreinrichtungen 5 angeordnet, die gleichzeitig als Schwingungserzeugungseinrichtungen ausgebildet sind. Hierfür können Piezo-Elemente eingesetzt werden, die einerseits als Piezo-Wandler zur Erfassung von mechanischen Schwingungen der Relingstangen 3a und 3b dienen und andererseits als Piezo-Aktuatoren zur Anregung der Relingstangen 3a und 3b zu mechanischen Schwingungen ausgebildet sind.
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Diese Piezo-Elemente 5 sind an eine Auswerteeinheit 6 angeschlossen, um deren Messsignale, falls diese als Sensoren betrieben werden, der Auswerteeinheit 6 zuzuführen oder um diese als Piezo-Wandler durch diese Auswerteeinheit 6 anzusteuern.
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Die Auswerteeinheit 6 ist mit einem Fahrzeug-Bus 7 verbunden, an den Fahrzeugassistenzsysteme 8, Fahrzeugsicherheitssysteme 9, die Zündung 10 des Kraftfahrzeugs 1 und Raddrehzahlsensoren 11 angeschlossen sind.
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Um die Erkennung eines montierten Dachträgers in Form der beiden Querträger 4 durchführen zu können, wird zunächst ohne die montierten Querträger 4 an einer der beiden Relingstangen 3a oder 3b, bspw. der Relingstange 3a, durch einen der beiden linken Piezo-Elemente 5 eine mechanische Anregung dieser Relingstange 3a durchgeführt, indem dieses Piezo-Element 5 als Piezo-Aktuator kurzzeitig aktiviert wird. Anschließend wird die abklingende Schwingung der Relingstange 3a als Antwortsignal von dem zweiten linken Piezo-Element, jetzt als Sensoreinrichtung 5 verwendet, als Messsignal S1 aufgenommen, welches in 2 dargestellt ist. Diese abklingende Messsignalkurve S1 wird als Referenzsignal in einer Auswerteeinheit 6, bspw. in einem Steuergerät, des Kraftfahrzeugs 1 gespeichert.
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Zusätzlich oder alternativ kann als Antwortsignal auf die Anregung der Relingstange 3a auch die abklingende Schwingung der gegenüberliegenden Relingstange 3b als Messsignal S1 von einem der dieser Relingstange 3b zugeordneten rechten Piezo-Elemente 5 erfasst und als Referenzsignal in der Auswerteeinheit 6 gespeichert werden.
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Auch kann wechselseitig jeweils eine Anregung der Relingstange 3a bzw. 3b mit einem linken bzw. rechten als Piezo-Aktuator aktvierten Piezo-Element 5 erfolgen und als Referenzsignal jeweils die abklingende Schwingung der gegenüberliegenden Relingstange 3b bzw. 3a erfasst und als Referenzsignal in der Auswerteeinheit 6 gespeichert werden. Durch ein solches Vorgehen lässt sich eine Signalplausibilisierung durchführen.
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Mit einem solchen in der Auswerteeinheit 6 gespeicherten Referenzwert bzw. solchen Referenzwerten kann eine Dachträgererkennung durchgeführt werden.
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Bei jedem Einschalten der Zündung 10 oder nach jedem Radstillstand von vorgegebener Dauer (erfasst über die Raddrehzahlsensoren 11) wird durch die Auswerteeinheit 6 einer der Piezo-Elemente 5 als Schwingungserzeugungseinrichtung kurzzeitig aktiviert, um die entsprechende Relingstange 3a oder 3b zu einer mechanischen Schwingung anzuregen. Die abklingende Schwingung wird als Antwortsignal von dem der angeregten Relingstange 3a oder 3b zugeordneten Piezo-Element 5 als Sensoreinrichtung erfasst und als Messsignal S2 (vgl. 2) der Auswerteeinheit 6 zur Auswertung zugeführt.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch das Antwortsignal der gegenüberliegenden, also der nicht angeregten Relingstange 3a oder 3b von einem oder beiden Piezo-Elementen 5 erfasst werden und ebenso als Messsignal S2 (vgl. 2) der Auswerteeinheit 6 zur Auswertung zugeführt werden.
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Das Messsignal S2 wird mittels der Auswerteeinheit 6 mit dem entsprechenden gespeicherten Referenzsignal S1 verglichen, indem gemäß 2 bspw. die Phasenverschiebung Δt oder eine Pegeländerung Δp als Abweichung bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen wird. Falls die Abweichung Δt bzw. Δp diesen Schwellwert überschreitet, wird von einem montierten Dachträger 4 ausgegangen.
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Diese Information eines erkannten Dachträgers 4 wird über das Fahrzeug-Bussystem 7 den Fahrerassistenzsystemen 8 und den Fahrzeugsicherheitssystemen 9 zur Verfügung gestellt, damit diese Eingriffe im Sinne maximaler Fahrsicherheit bei maximaler Fahrdynamik durchführen können.
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Mit diesem beschriebenen Verfahren kann jede Art von Dachträger 4 erkannte werden, die eine Anbindung an die Dachreling 3, also an die beiden Relingstangen 3a und 3b vorsehen.
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind für das Kraftfahrzeug 1 für jede Relingstange 3a und 3b jeweils zwei Piezo-Elemente 5 vorgesehen, die entweder als Sensoreinrichtungen dienen oder als Piezo-Aktuator aktivierbar sind. Das beschriebene Verfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn jeder Relingstange 3a und 3b jeweils nur ein Piezo-Element 5 zugeordnet wird. Dann wird eine Relingstange 3a oder 3b kurzzeitig angeregt und die abklingende Schwingung als Antwortsignal von dem der gegenüberliegenden Relingstange 3a oder 3b zugeordneten Piezo-Element 5 als Sensoreinrichtung erfasst. Dies kann auch wechselseitig durchgeführt werden, um eine Signalplausibilisierung zu ermöglichen.
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Die Anordnung der Piezo-Elemente 5 kann nicht nur im Bereich der Stützfüße der Dachreling 3 erfolgen, sondern in allen mechanisch mit dem Fahrzeugdach 2 gekoppelten Strukturelementen des Fahrzeuges 1.
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Weiterhin sind in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Funktion der Sensorik und die Funktion als Schwinger in einem Bauelement zusammengefasst. Natürlich ist das beschriebene Verfahren zur Dachträgererkennung auch anwendbar, wenn für die Funktion „Sensorik“ und die Funktion „Schwingungsanregung“ getrennte Bauelemente verwendet werden.
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So kann im Bereich der Relingstangen 3a und 3b jeweils eine Schwingungserzeugungsvorrichtung und eine Sensoreinrichtung angeordnet werden, wobei deren Montageorte so zu wählen sind, dass maximale Schwingungsamplituden erzeugt und detektiert werden können.
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Bezugszeichen
- 1
- Fahrzeug, Kraftfahrzeug
- 2
- Fahrzeugdach
- 3
- Dachträgerstruktur, Dachreling
- 3a
- Relingstange
- 3b
- Relingstange
- 4
- Dachträger
- 5
- Sensoreinrichtung, Schwingungserzeugungsvorrichtung
- 6
- Auswerteeinheit, Steuergerät des Fahrzeugs 1
- 7
- Fahrzeug-Bus
- 8
- Fahrzeugassistenzsystem
- 9
- Fahrzeugsicherheitssystem
- 10
- Zündung
- 11
- Raddrehzahlsensoren