Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation einer Leckage in einem Druckluftsystem, bei welchem über im Bereich zwischen einem Einlassrückschlag- ventil einer systemeingangsseitigen Druckluftleitung und einem Arbeitsdruckspeicher angeordnete Sensormittel leckagebedingte Druckänderungen bestimmt werden. Ferner betrifft die Erfindung auch ein dieses Verfahren umsetzendes System zur Leckageidentifikation. Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Fahrzeugtechnik. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen ist eine Leckageidentifikation im pneumatischen Bremssystem aus sicherheitstechnischen Gründen wünschenswert, um die Bremsfunktion des Fahrzeuges zu überwachen. Leckagen in Druckluftleitungen oder deren Verbindungen können hierüber unmittelbar erkannt und anschließend behoben werden.

Aus der DE 10 2008 009 306 AI geht ein Verfahren zur Ermittlung und Lokalisierung einer Leckage in einem Druckluftsystem eines Fahrzeuges hervor, bei welchem in eine Druckluftleitung an einer ersten vorgebbaren Position ein erstes Mikrofon und an einer zweiten vorgebbaren Position ein zweites Mikrofon eingebracht werden, wobei anhand einer Laufzeitdifferenzmessung des Schalls von der Leckagestelle zum ersten Mikrofon und zum zweiten Mikrofon die Leckage lokalisiert wird. Bedingt durch die Laufzeitdifferenzmessung zwischen zwei Mikrofonen sind nur Leckagen identifizierbar, welche sich innerhalb des Abstandes zwischen den beiden Mikrofonen befinden. Die US 5,038,614 offenbart eine technische Lösung zur Identifikation einer Leckage in einem Druckluftsystem, welche auf zwei an einer Druckluftleitung angebrachten Sensoren basiert, die zumindest Axial- oder Torisonsschwingungen der Druckluftlei- tung erfassen. Die Signalverarbeitung der Schwingungssignale erfolgt durch Spektralanalyse und Fouriertransformation.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mit einfachen technischen Mitteln eine zuverlässige Identifikation einer Leckagestelle in einem Druckluftsystem zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Systemtechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 11 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass über eine elektronische Auswerteeinheit Frequenzänderungen des von Sensormitteln erzeugten Messsignals von leckagebedingten Druckänderungen in der Druckluftleitung als Maß für eine Leckage im Druckluftsystem ermittelt werden, welche zur Generierung einer Leckagemeldung oder einer Ansteuerung der Druckluftzuführung, vorzugsweise zur Kompressoransteuerung, benutzt werden. Die Sensormittel sind dafür vorzugsweise systemeingangsseitig an der Druckluftleitung angeordnet. Es ist jedoch möglich, die Sensormittel im Arbeitsdruckspeicher des Druckluftsystems anzuordnen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der schnellen Leckageerfassung. Es ist somit auch möglich, eine durch die erfindungsgemäße Lösung schnell ermittelte Leckage zur Ursacheneingrenzung zeitlich den kurz zuvor erfolgten Schaltzuständen des Druckluftsystems zuzuordnen. Die Signalverarbeitung der die Druckänderungen in der Druckluftleitung repräsentierenden Messsignale erfolgt vorzugsweise über eine Gabor-Transformation, also über eine gefensterte Fourier-Transformation. Die beiden Eingänge der hierfür verwendeten Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT) sind insoweit zum einen mit dem Mess- signal und zum anderen mit dem Gaussschen-Fenster belegt. Zunächst wird das Spektrogramm des Messsignals berechnet, welches vorzugsweise von einem

Schallsensor oder einem Drucksensor als Sensormittel generiert wird. Zur Unterdrückung bekannter Störgrößen im Niederfrequenzbereich - verursacht von Motorschwingungen und dergleichen - wird der zu prüfende Frequenzbereich einge- schränkt. In den nächsten Schritten wird der Korrelationskoeffizient, vorzugsweise des Basis 10 Logarithmus der Spektrogrammwerte berechnet. In Abhängigkeit der gewünschten Größe der zu erkennenden Leckage sowie der Sensorempfindlichkeit wird ein Schwellwert für den geglätteten Korrelationskoeffizienten festgelegt, oberhalb dessen ein Leck erkannt wird.

Die elektronische Auswerteeinheit ermittelt auf diese Weise, ob eine Leckage im Druckluftsystem vorliegt. Die Bedingungen zur Meldung einer Leckage durch die elektronische Auswerteeinheit sind dann erfüllt, wenn im Vergleich zu dem Frequenzverlauf des Messsignals während des Normalbetriebs des Druckluftsystems gleichzeitige Frequenzstörungen im Messsignal über einen weiten Bandbereich von vorzugsweise mindestens 5 kHz ermittelt werden. Die Triggerbedingungen stellen im Prinzip die Störung über den kompletten zu prüfenden Frequenzbereich dar, wobei rechnerisch das Überschreiten des vorstehend beschriebenen Korrelationskoeffizienten bestimmt wird.

In Ergebnis der Leckageidentifikation kann die Leckagemeldung durch die elektronische Auswerteeinheit in Form einer Warnmeldung an den Fahrzeugführer direkt ausgegeben werden. Dieser ist hierdurch in der Lage, direkt auf eine gefährliche Leckagesituation zu reagieren, in dem das Fahrzeug eventuell unmittelbar angehalten wird. Alternativ und zusätzlich hierzu ist es auch möglich, die Leckagemeldung in Form einer Diagnosemeldung zur späteren Fahrzeugwartung hinsichtlich der Druckluftleitung und der hierin vorhandenen Druckluftverbindungen in einem elektronischen Diagnosespeicher zu hinterlegen. Durch Auslesen des elektronischen Diagnosespeichers in der Werkstatt kann eine gezielte Reparatur durchgeführt werden.

Die direkte Warnmeldung an den Fahrzeugführer oder die Hinterlegung im fahrzeuginternen Diagnosespeicher kann gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme in unterschiedlichen Dringlichkeitsstufen erfolgen. Hierdurch wird es möglich, das Fahrzeug bei beispielsweise nur geringfügigen Leckagen weiter in Be- trieb zu behalten, falls sicherheitstechnische Kriterien dies zulassen. Andererseits können größere Leckagen mit hoher Dringlichkeit indiziert werden, so dass eine unmittelbare Stilllegung des Fahrzeugs eingeleitet werden kann.

Nach Behebung der Leckage durch eine geeignete Reparaturmaßnahme wird die Leckagemeldung durch die elektronische Auswerteeinheit vorzugsweise automatisch zurückgesetzt und es wird unmittelbar mit einer erneuten Leckageüberwachung begonnen.

Falls eine durch die erfindungsgemäße Lösung ermittelte Leckage im Druckluftsys- tem zur Ansteuerung der Druckluftzuführung benutzt werden soll, wird vorgeschlagen, entweder die Förderleistung des systemeingangsseitig angeschlossenen Kompressors zu erhöhen, um den leckagebedingten Druckverlust zu kompensieren; alternativ hierzu kann eine systemeingangsseitige Lufttrocknereinheit auch dahingehend angesteuert werden, dass die Regenerationsparameter der Druckluftanlage geändert werden, um trotz Leckage den nötigen Grad der Regeneration der Lufttrocknerpatrone zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Identifikation einer Leckage durch die elektronische Auswerteeinheit ausge- setzt wird, solange sich der Luftverbrauch des Druckluftsystems in einem definierten Normalbereich befindet, welcher durch ein Fahrzeugkommunikationssystem an die elektronische Auswerteeinheit gemeldet wird. Als Fahrzeugkommunikationssystem kann hierfür ein meist ohnehin vorhandenes elektronisches Bussystem des Fahrzeugs verwendet werden.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Identifikation einer

Leckage in einem Druckluftsystem eines Fahrzeuges, und

Figur 2 eine Blockschaltbilddarstellung der rechentechnischen Verfahrens- schritte zur Leckageidentifikation.

Gemäß Figur 1 wird ein Druckluftsystem eines - nicht weiter dargestellten - Fahrzeuges eingangsseitig ausgehend von einem Kompressor 1 über eine Lufttrock- nereinheit 2 mit regenerierbarem Trockenmitteln durch eine Druckluftleitung 3 mit Druckluft versorgt. Das Druckluftsystem dient dem Betrieb eines pneumatischen Bremssystems und umfasst unter anderem einen über die Druckluftleitung 3 gespeisten Arbeitsdruckspeicher 4. Systemeingangsseitig ist die Druckluftleitung 3 mit einem Einlassrückschlagventil 5 versehen, um ein Rückströmen von Druckluft aus dem Arbeitsdruckspeicher 4 zurück an den Kompressor 1 zu vermeiden. Über einen Anschluss 6 der Druckluftleitung 3 können weitere - nicht dargestellte - Systemkomponenten, wie Ventile, Zylinder und andere Druckaggregate, an das Druckluftsystem angeschlossen werden. Im Bereich zwischen dem Einlassrückschlagventil 5 und dem Arbeitsdruckspeicher 4 sind Sensormittel in Form eines Schallsensors 7 an der Druckluftleitung 3 angebracht. Der Schallsensor 7 misst die akustischen Schwingungen, welche durch die Fluidströmung in der Druckluftleitung 3 erzeugt werden und gibt diese in Form eines elektrischen Messsignals an die elektronische Auswerteeinheit 8 weiter. Die elektronische Auswerteeinheit 8 ermittelt eine Leckage im Druckluftsystem durch Auswertung von Frequenzänderungen im Messsignal des Schallsensors 7, welche charakteristisch sind für eine Leckagesituation, die sich vom Messsignal im Normalbetrieb des Druckluftsystems hinsichtlich des Frequenzspektrums unterscheidet.

Die in Ergebnis dessen von der elektronischen Auswerteeinheit 8 generierte Leckagemeldung wird über eine Anzeigeeinheit 9 dem Fahrzeugführer direkt optisch signalisiert. Die Anzeigeeinheit 9 befindet sich insoweit im Bereich des Führerstandes des Fahrzeuges und ist mit der elektronischen Auswerteeinheit 8 elektrisch verbun- den. Darüber hinaus wird die Leckagemeldung auch in Form einer Diagnosemeldung in einem Diagnosespeicher 10 des Fahrzeuges hinterlegt. Der Diagnosespeicher 10 kann im Rahmen einer späteren Fahrzeugwartung hinsichtlich des Druckluftsystems in an sich bekannter Weise ausgelesen werden. Die Leckagemeldung wird je nach Leckagegröße in unterschiedlichen Dringlichkeitsstufen ausgegeben, beispielsweise geringe Leckage mit Anzeige und Abspeicherung eines mittelfristigen Wartungsbedarfs bis hin zu großer Leckage mit Anzeige und Abspeicherung eines unmittelbaren Reperaturbedarfs des Druckluftsystems. Nach Behebung der Leckage wird die Leckagemeldung durch die elektronische Auswerteeinheit 8 rückgesetzt, so dass diese wieder in den Modus einer normalen Leckageüberwachung gebracht wird.

Gemäß Figur 2 erfolgt die Identifikation der Leckage in dem Druckluftsystem innerhalb der elektronischen Auswerteeinheit 8, indem im Rahmen einer Kurzzeit- Fourier-Transformation STFT in Form einer Garbor-Transformation die beiden Ein- gangssignale in Form des Messsignals des Schallsensors 7 und eines Gaussschen Fensters 11 signalverarbeitet werden.

Anschließend wird in einem Rechenschritt Q das Spektrogramm durch Quadratur der Garbor-Transformation ermittelt. Dann wird in dem Schritt einer Frequenzselektion (FS) der überwachte Frequenzbereich auf einen spezifischen Bereich begrenzt, um eine Störung im niedrigen Frequenzbereich des Messsignals durch Schwingungen von Fahrzeugkomponenten, wie Motor, Bremsanlage und dergleichen zu eliminieren. Im weiteren Schritt LOG erfolgt eine Berechnung des Basis- 10-Logarithmus, um die Unterschiede zwischen den Spektrogrammwerten aus dem Signalverlauf hervorzuheben. Im anschließenden Verfahrensschritt der Anwendung eines Korrelationsfaktors CF werden zufällige Spitzen aus dem Signalverlauf eliminiert, um eine untere Nachweisgrenze UG zu definieren. Die untere Nachweisgrenze UG ist zur Generie- rung der Leckagemeldung zu definieren, um erst ab einem bestimmten Grenzwert eine Auswertung der vorangegangen analysierten Frequenzänderungen als tatsächliche Leckage im Druckluftsystem vorzunehmen. Der Grenzwert ist dabei in Abhängigkeit zur Mindest-Leckagegröße zu bemessen, welche als Meldung ausgegeben werden soll. Die untere Nachweisgrenze UG ist abhängig von der Messempfmdlich- keit sowie der Leistung der Sensormittel. Wenn der geglättete Korrelationskoeffi- zient CF größer ist als die untere Nachweisgrenze UG, dann wird eine Leckagemeldung ausgegeben, anderenfalls nicht.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Aus- führungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle des an eine Druckluftleitung angebrachten

Schallsensors als Sensormittel zur Detektion einer Leckage auch einen an die Druckleitung angebrachten Drucksensor hierfür zu verwenden, sofern dieser in der Lage ist, ein Frequenzspektrum der erfindungsgegenständlichen Art als Messsignal zu erzeugen.

Bezugszeichenliste

1 Kompressor

2 Lufttrockner

3 Druckluftleitung

4 Arbeitsspeicher

5 Rückschlagventil

6 Anschluss für weitere Systemkomponenten

7 Schallsensor

8 Elektronische Auswerteeinheit

9 Anzeigeeinheit

10 Gausssches Fenster

STFT Kurzzeit-Fourier-Transformation

Q Quadratur

FS Frequenzselektion

LOG Logarithmierung

CF Korrellationskoeffizient

UG untere Nachweisgrenze