KÖNIG, Hubert (Bildesch 5, Meckenbeuren, 88074, DE)
KURTH, Jörg (Max-Eyth-Str. 46, Meckenbeuren-Buch, 88074, DE)
KÖNIG, Hubert (Bildesch 5, Meckenbeuren, 88074, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur frühzeitigen Erkennung von Schäden in einem Kraftfahrzeuggetriebe, das zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst, durch welchen mechanische Schwingungen im Kraftfahrzeuggetriebe erfasst (S1 ) und in ein elektrisches Signal (a(t)) umgesetzt werden (S2), wobei das elektrische Signal (a(t)) anschließend digitalisiert wird (S3) und im weiteren Verlauf ein Abgleich mit einer Vergleichsgröße (aG) vorgenommen wird (S4), dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der mechanischen Schwingungen zu definierten Betriebspunkten des Kraftfahrzeuggetriebes durchgeführt wird und aus dem digitalisierten, elektrischen Signal (a(t)) Beschleunigungsausschläge über einem Zeitverlauf (t) ermittelt werden, wobei Zustände (Z (t)) gezählt werden, bei welchen die Beschleunigungsausschläge die Vergleichsgröße (aG) übersteigen, und wobei anhand einer Anzahl der Zustände (Z(t)) eine berechnete Wahrscheinlichkeit (P(t)) für einen Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes ermittelt wird (S5). 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Abgleich der Beschleunigungsausschläge mit der Vergleichsgröße (aG) eine Ermittlung der Zustände Z(V) durch Vergleich von Beschleunigungsgradienten (Δa(t)) mit einem Grenzwert (ΔaG) und anhand einer Erfassung erhöhter Beschleunigungsgradienten im elektrischen Signal (a(t)) durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vergleich der Beschleunigungsgradienten (Δa(t)) mit dem Grenzwert (ΔaG) zumindest ein Steilheitsbegrenzer verwendet wird, durch welchen physikalisch nicht mögliche Gradienten herausgefiltert werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit (P(t)) durch jeden erkannten Zu- stand (Z(t)) erhöht wird (S5), während Zeitintervalle ohne erkannte Zustände (Z(t)) eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit (P(t)) bewirken (S8). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit (P(t)) mit einem Schwellwert (Ps) abgeglichen wird (S6), bei dessen Überschreiten ein Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes deklariert wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deklarierung eines Schadens aufgezeichnet und/oder auf einer Anzeige ausgegeben wird (S7). 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Betriebspunkte durch charakteristische Betriebsbereiche gebildet werden, in denen üblicherweise niedrige mechanische Schwingungen des Kraftfahrzeuggetriebes vorherrschen. 8. Kraftfahrzeuggetriebe, welches zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst, welcher im Bereich von Getriebekomponenten platziert ist und dort mechanische Schwingungen erfasst und in ein elektrisches Signal (a(t)) umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des elektrischen Signals (a(t)) ein Schaden mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelbar ist. 9. Computerprogrammprodukt für ein Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 8, dessen Schaden nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ermittelbar ist, wobei eine Routine zur Erfassung der mechanischen Schwingungen (S1 ) zu definierten Betriebspunkten des Kraftfahrzeuggetriebes, zur Ermittlung von Beschleunigungsausschlägen über einem Zeitverlauf, zur Zählung von Zuständen (S5), bei welchen ein elektrisches Signal (a(t)) eine Vergleichsgröße (aG) übersteigt, sowie zur Ermittlung einer berechneten Wahrscheinlichkeit (P(t)) für einen Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes (S5) durch entsprechende, in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist. 10. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur frühzeitigen Erkennung von Schäden in einem Kraftfahrzeuggetriebe, das zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst, durch welchen mechanische Schwingungen im Kraftfahrzeuggetriebe erfasst und in ein elektrisches Signal umgesetzt werden, wobei das elektrische Signal anschließend digitalisiert wird und im weiteren Verlauf ein Abgleich mit einer Vergleichsgröße vorgenommen wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeuggetriebe, bei welchem ein Schaden nach diesem Verfahren ermittelbar ist, sowie ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der einzelnen Verfahrensschritte.
Getriebesteuerungen moderner Kraftfahrzeuggetriebe weisen häufig Diagnoseeinrichtungen auf, durch welche bei aufgetretenen Schäden weitere Folgeschäden anderer Bauteile durch Einleiten entsprechender Maßnahmen, beispielsweise Erzwingen einer niedrigeren Getriebeeingangsdrehzahl, vermieden werden können. Bei einigen Systemen kommen zudem Sensoren zum Einsatz, über welche Vibrationen im Kraftfahrzeuggetriebe erfasst werden können, die im Falle starker Ausschläge ein Indiz für eine Beschädigung eines Getriebebauteils darstellen. Durch Überwachung der Vibrationen können Beschädigungen somit frühzeitig erkannt und damit auch zu einem früheren Zeitpunkt beseitigt werden, so dass die Gefahr eines Auftretens gravierender Folgeschäden vermindert werden kann.
Aus der DE 101 44 076 A1 ist ein Verfahren zur frühzeitigen Schadenserkennung in einem Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, bei welchem Vibrationen des Kraftfahrzeuggetriebes durch einen Beschleunigungssensor erfasst und durch diesen in ein elektrisches Signal umgesetzt werden. Das gebildete elektrische Signal wird anschließend digitalisiert und mittels einer Fourier- Transformation in den Frequenzbereich transformiert. Die hierbei erhaltenen Daten werden im Anschluss daran mittels einer Cepstrumanalyse wieder in den Zeitbereich überführt, so dass Resonanzdaten von Einzelstoßimpulsen im Zeitbereich erhalten werden. Diese Resonanzdaten, die auch als Cepstrum bezeichnet werden, werden daraufhin mit einer Vergleichsgröße in Form eines Muttercepstrums abgeglichen, wobei bei Überschreitungen ein Schaden deklariert wird.
Das oben genannte Verfahren weist jedoch den erheblichen Nachteil auf, dass zum Durchführen der Fourier-Transformation, sowie der Cepstrumanalyse ein erheblicher Rechenaufwand abgefordert wird. Dementsprechend ist im Bereich eines Kraftfahrzeuggetriebes eine Steuereinheit mit einem großen Speicher und einer hohen Rechenleistung vorzusehen, was den Herstellungsaufwand beträchtlich erhöht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur frühzeitigen Schadenserkennung in einem Kraftfahrzeuggetriebe zur Verfügung zu stellen, welches sich mit einem geringen Rechenaufwand durchführen lässt, so dass die Anwendung im Bereich einer Getriebesteuerung mit einer vertretbaren Rechenleistung möglich ist. Dabei soll allerdings gleichzeitig eine zuverlässige Schadenserkennung garantiert werden.
Verfahrenstechnisch wird diese Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend von einem Kraftfahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Bezüglich eines Computerprogrammprodukts zur Ausführung der Erfindung, sowie eines Datenträgers zu dessen Speicherung wird auf die Ansprüche 9 und 10 verwiesen.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass eine Erfassung der mechanischen Schwingungen im Kraftfahrzeuggetriebe zu definierten Betriebs- punkten durchgeführt wird und aus dem digitalisierten, elektrischen Signal Beschleunigungsausschläge über einem Zeitverlauf ermittelt werden. Des Weiteren werden dabei Zustände gezählt, bei welchen die Beschleunigungsausschläge eine Vergleichsgröße übersteigen, wobei anhand der Anzahl der Zustände eine berechnete Wahrscheinlichkeit für einen Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes ermittelt wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Schäden im Kraftfahrzeuggetriebe mit einem geringen Rechenaufwand ermittelt werden und somit auch unter Verwendung kleinerer Speicher und einer geringeren Rechenleistung Anwendung finden. Denn die erzeugten und anschließend digitalisierten Beschleunigungssignale müssen nicht zunächst mit Hilfe einer Fourier- Transformation in den Frequenzbereich transformiert und anschließend mittels einer Cepstrumanalyse wieder in den Zeitbereich überführt werden, sondern werden direkt mit einer zugehörigen Vergleichsgröße abgeglichen. Da dies nur zu bestimmten Betriebspunkten des Kraftfahrzeuggetriebes stattfindet, in welchen eine gute Vergleichbarkeit mit einer Referenzgröße möglich ist, lassen sich dabei Abweichungen zwischen den erfassten Beschleunigungen, also den mechanischen Schwingungen im Getriebe, und der jeweiligen Referenz mit einer ausreichenden Genauigkeit feststellen. Mittels der Ermittlung der Schadenswahrscheinlichkeit aus den gezählten Zuständen, in welchen die Beschleunigungsausschläge die Vergleichsgröße übersteigen, kann ein aufgetretener Schaden im Kraftfahrzeuggetriebe zudem zuverlässig erkannt werden, da dieser die Schadenswahrscheinlichkeit über die, in diesem Fall kontinuierlich auftretenden Zustände direkt beeinflusst. Insgesamt lässt sich also bei niedrigem Rechenaufwand und einer damit verbundenen, schnellen Durchführbarkeit des Verfahrens eine sichere Schadenserkennung im Kraftfahrzeuggetriebe gewährleisten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich zum Abgleich der Beschleunigungsausschläge mit der Vergleichsgröße eine Ermittlung der Zustände durch Vergleich von Beschleunigungsgradienten mit einem Grenzwert und anhand einer anschließenden Erfassung erhöhter Beschleunigungsgradienten im elektrischen Signal durchgeführt. Zweckmäßigerweise wird hierbei zumindest ein Steilheitsbegrenzer verwendet, durch welchen physikalisch nicht mögliche Gradienten herausgefiltert werden. Mittels der zusätzlichen Überwachung von Beschleunigungsgradienten im Signal kann die Genauigkeit der Erkennung eines Schadens gesteigert werden. Dabei bleiben durch die Verwendung zumindest eines Steilheitsbegrenzer Gradienten unberücksichtigt, die physikalisch gesehen im Getriebe nicht auftreten können.
In Weiterbildung der Erfindung wird die berechnete Wahrscheinlichkeit durch jeden erkannten Zustand erhöht, während Zeitintervalle ohne erkannte Zustände eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit bewirken. Dies hat den Vorteil, dass somit kontinuierlich auftretende, hohe Beschleunigungsausschläge und -gradienten für eine stetige Erhöhung der berechneten Wahrscheinlichkeit sorgen, während nur einmal auftretende Beschleunigungsspitzen eine kurzzeitige Erhöhung der berechneten Wahrscheinlichkeit bewirken, diese aufgrund des Ausbleibens weiterer Übertretungen jedoch im Anschluss daran wieder vermindert wird. Es kann durch diese Maßnahme also eine sichere Unterscheidung zwischen einmaligen Ereignissen und mehrfach auftretenden Zuständen, welche einen Rückschluss auf einen Getriebeschaden zulassen, getroffen werden.
Es ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit mit einem Schwellwert abgeglichen wird, bei dessen Überschreiten ein Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes deklariert wird. Zweckmäßigerweise wird dabei eine Deklarierung eines Schadens aufgezeichnet und/oder auf einer Anzeige ausgegeben. Durch diese Maßnahme wird also bei Überschreiten des Schwellwerts vom System auf einen Schaden rückgeschlossen und dieser entsprechend festgehalten. Hierbei ist es denkbar, die Fehlerdetek- tion dem Fahrzeugführer des Kraftfahrzeuges auf einer Anzeige, eventuell in Form eines verkürzten Wartungsintervalls, mitzuteilen. Ferner kann diese Schadenerkennung aber auch in einen Fehlerspeicher der Steuerungselektronik des Kraftfahrzeuges aufgenommen werden und dem Kundendienst bei einem nächsten Wartungsintervall angezeigt werden, um eine gezielte Überprüfung zu veranlassen. Hierdurch kann zudem auf bestimmte Fahrzustände, beispielsweise Überlast oder Missbrauch, im Nachhinein rückgeschlossen werden.
Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die definierten Betriebspunkte durch charakteristische Betriebsbereiche gebildet, in denen üblicherweise niedrige mechanische Schwingungen des Kraftfahrzeuggetriebes vorherherrschen. Durch diese Maßnahme kann ein optimaler Vergleich zwischen dem digitalisierten, elektrischen Signal und der Grenzgröße durchgeführt werden, da störende Einflüsse weitestgehend beseitigt sind. Diese Betriebspunkte können also in Bereiche gelegt werden, in denen eine hohe Laufruhe des Getriebes vorherrscht und bei welchen keine Lastwechsel zu erwarten sind.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor einer Getriebesteuerung des Kraftfahrzeuggetriebes läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen Verfahrensschritte durchzuführen.
In diesem Zusammenhang gehört ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 der zeitliche Verlauf eines Beschleunigungssignals; und
Fig. 3 mehrere Diagramme, aus welchen die aufgetretenen Zustände, die Generierung einer berechneten Wahrscheinlichkeit, sowie eine Schadensdeklarierung über einem Zeitverlauf hervorgehen.
In Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zu Beginn werden hierzu in einem ersten Schritt S1 mechanische
Schwingungen in einem Kraftfahrzeuggetriebe durch zumindest einen Beschleunigungssensor erfasst, welcher im Bereich von Getriebekomponenten platziert ist, deren Funktionstüchtigkeit überwacht werden soll. In einem Schritt S2 werden die erfassten mechanischen Schwingungen durch den zumindest einen Beschleunigungssensor in ein elektrisches Signal a(t) umgesetzt, welches in einem daran anschließenden Schritt S3 digitalisiert wird. Aus dem Signal a(t) gewonnene Beschleunigungsausschläge werden in einem daran anknüpfenden Schritt S4 mit einer Vergleichsgröße a G abgeglichen. Zudem werden Beschleunigungsgradienten Δa(t) im Signal a(t) ermittelt und mit einem Grenzwert ΔaG verglichen. Um hierbei allerdings Störeffekte aus den ermittelten Beschleunigungsgradienten Δa(t) herauszufiltern und bei dem Vergleich nicht zu berücksichtigen, wird zumindest ein Steilheitsbegrenzer verwendet, durch welchen physikalisch gesehen unmögliche Werte aussortiert werden.
In Fig. 2 ist hierzu ein beispielhafter Verlauf eines Signals a(t) über der Zeit t dargestellt. Wie hieraus zu erkennen ist, wird ein, durch die Vergleichsgröße a G aufgespannter Amplitudenbereich während einer Messzeit t M zu drei Zeitpunkten durch erhöhte Beschleunigungsausschläge überschritten. Diese Überschreitungen werden durch das System erfasst. Die Ermittlung der zugehörigen Beschleunigungsgradienten Δa(t) ist beispielhaft im Bereich der ersten Überschreitung der Vergleichsgröße aG dargestellt.
Kontinuierlich auftretende, mechanische Vibrationen deuten dabei auf drohende Ausfälle von Getriebekomponenten hin. So sorgen Schäden an Lagern, Verzahnungen und Synchronisierungen für Geräusche und damit auch mechanische Vibrationen, die über den Beschleunigungssensor erfasst werden können. Die Erfassung und der Vergleich mit der Vergleichsgröße aG, sowie des Grenzwerts Δa G wird dabei zu Betriebspunkten des Kraftfahrzeuggetriebes durchgeführt, bei welchen üblicherweise eine hohe Laufruhe und keine Lastwechsel zu erwarten sind. Dabei muss die Messzeit t M soweit angepasst sein, dass eine sichere Aussage bezüglich mechanischer Vibrationen erreicht werden kann.
Wird in Schritt S4 nun festgestellt, dass die Vergleichsgröße a G oder der Grenzwert ΔaG überschritten wird, so wird in einem Folgeschritt S5 die Anzahl an Zuständen Z(t) gezählt, zu welchen diese Überschreitungen zu verzeichnen sind. Entsprechend der Anzahl der Zustände Z(t) wird daraufhin der Wert einer berechneten Wahrscheinlichkeit P(t) vergrößert. Im Anschluss daran wird zu einem weiteren Schritt S6 übergegangen. Ist der Abgleich in Schritt S4 hingegen zu verneinen, so wird direkt zu Schritt S6 übergegangen. In diesem wird abgefragt, ob die berechnete Wahrscheinlichkeit P(t) einen Schwellwert Ps überschritten hat. Wird dabei eine Überschreitung festgestellt, so wird in einem Folgeschritt S7 ein Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes deklariert und diese Deklarierung ausgegeben. Dies kann hierbei beispielsweise in der Form erfolgen, dass einem Fahrzeugführer des jeweiligen Kraftfahrzeugs die Erkennung eines Schades im Getriebe auf einer Anzeige dargestellt bzw. die Verkürzung eines Wartungsintervalls angezeigt wird. Des Weiteren kann hierbei auch gleichzeitig eine Speicherung der Schadenserkennung in einem Fehlerspeicher eines Steuergeräts der Kraftfahrzeugelektronik erfolgen, um bei der nächsten Inspektion des Kraftfahrzeuges hierauf aufmerksam zu machen. Im Anschluss an Schritt S7 wird zu einem Schritt S8 übergegangen, bei welchem die berechnete Wahrscheinlichkeit P(t) wieder verringert wird. Zu diesem Schritt S8 wird auch von Schritt S6 aus direkt übergegangen, falls keine Überschreitung des Schwellwerts Ps erkannt wurde. Im Anschluss an Schritt S8 wird dann wieder vor Schritt S1 gesprungen und die Verfahrenskette von neuem durchlaufen.
Die Verringerung der berechneten Wahrscheinlichkeit P(t) in Schritt S8 hat dabei zur Folge, dass nur kontinuierlich auftretende Überschreitungen der Vergleichsgröße a G oder des Grenzwerts Δa G zu einer stetigen Vergrößerung der berechneten Wahrscheinlichkeit P(t) führen. Im Falle von einzelnen, hohen mechanischen Schwingungen, welche teilweise durch Umgebungseinflüsse auftreten können, werden zwar Zustände Z(t) mit Überschreitungen der Größen a G und Δa G erfasst und daraufhin die berechnete Wahrscheinlichkeit P(t) erhöht, nach einem weiteren Ausbleiben dieser Ereignisse in den weiteren Durchläufen des Verfahrens wird die berechnete Wahrscheinlichkeit P(t) aber wieder Schrittweise verringert, so dass bei Auftreten eines weiteren Einzelereignisses in der Abfolge der Messung keine Schadensdeklaherung ausgelöst wird.
In Fig. 3 sind beispielshafte Zeitverläufe der ermittelten Zustände Z(t), der berechneten Wahrscheinlichkeit P(t) und der Erkennung eines Schadens im Kraftfahrzeuggetriebe untereinander dargestellt. Im obersten Diagramm werden Zustände Z(t), bei welchen das Beschleunigungssignal a(t) die Vergleichsgröße a G oder Beschleunigungsgradienten Δa(t) im Signal a(t) den Grenzwert Δa G überschritten haben, durch vertikale Linien verdeutlicht. Entsprechend dieser erfassten Zustände Z(t) wird daraufhin eine Vergrößerung der berechneten Wahrscheinlichkeit P(t) vorgenommen, wie aus dem unmittelbar darunter angeordneten Diagramm hervorgeht. Im Falle der ersten beiden erfassten Zustände Z(t) erhöhter Vibrationen ist die - hierbei unterbrochen dargestellte - Zeitdauer dazwischen jedoch lang genug, dass die Wahrscheinlichkeit P(t) wieder Schrittweise reduziert wird und den Schwellwert Ps nicht über- schreitet. In diesem Fall bleibt auch ein Signal eines erkannten Getriebeschadens in dem untersten Diagramm auf einem Wert O, was bedeutet, dass ein Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes als unwahrscheinlich eingestuft wird. Im Falle des dritten Ereignisses folgen die erfassten Zustände Z(t) jedoch zeitlich gesehen so kurz aufeinander, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit P(t) den Schwellwert P s überschreitet. Dies hat zur Folge, dass der Signalverlauf im untersten Diagramm auf den Wert 1 verändert wird, was für eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Getriebeschadens steht. In der Folge wird daraufhin eine entsprechende Schadensdeklaherung ausgegeben.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, Schäden in einem Kraftfahrzeuggetriebe frühzeitig und mit einem geringen Rechenaufwand zu erkennen. Da hierbei nur kontinuierlich auftretende Ereignisse eine Veränderung der Wahrscheinlichkeit P(t) für einen Schaden des Kraftfahrzeuggetriebes bewirken und zudem ein Abgleich eines Beschleunigungssignals a(t) mit der Vergleichsgröße a G und dem Grenzwert Δa G nur zu definierten Betriebspunkten des Kraftfahrzeuggetriebes durchgeführt wird, kann eine hohe Zuverlässigkeit dieser Schadenserkennung erreicht werden.
JSJ
Bezuqszeichen S1 - S8 Verfahrensschritte a(t) Signal
a G Vergleichsgröße
Δa(t) Beschleunigungsgradienten
Δa G Grenzwert
t Zeit
tivi Messdauer
Zustände
P(t) berechnete Wahrscheinlichkeit
Ps Schwellwert
Next Patent: METHOD FOR ACTUATING AN AUTOMATED TRANSMISSION