DE3112122A1

DE3112122A1 - Verfahren und vorrichtung zur fahrzeugdiagnose

Info

Publication number: DE3112122A1
Application number: DE19813112122
Authority: DE
Inventors: Franz Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Maurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE3112122C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Fahrzeugdiagnose
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Messungen an Schallstörquellen unter Anwendung der Korrelationselektronik sind bereits aus Lange, Korrelationselektronik, VEB-Verlag Technik Berlin, 2. Aufl. Seite 290ff bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden zwei Mikrophone verwendet, wobei ein Mikrophon an einer Schallquelle angebracht ist, während ein weiteres Mikrophon den Schall im Raum mißt. Hierdurch läßt sich der Geräuschanteil einer Geräuschquelle bei mehreren vorhandenen Geräuschquellen feststellen.
Für die Fahrzeugdiagnose ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da nicht eine Analyse der Geräuschanteile erfolgen soll, sondern nur gefahranzeigende Geräuschanteile herausgefiltert. werden sollen. Eine Korrelationsanalyse mit zwei Meßmikrophonen ist daher nicht möglich.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Fehler in der Kraftmaschine erkennbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß beliebig viele Fehlersignale in Speichern ablegbar sind und mit dem Geräuschspektrum der Kraftmaschine korrelierbar sind. Dadurch lassen sich viele Fehler einer Kraftmaschine ohne Eingriffe erkennen.
Die Wartung von Kraftmaschinen ist daher besonders einfach und kann auch im laufenden Betrieb erfolgen.
Des weiteren ist auch eine kontinuierliche Überwachung möglich.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Durch rampenförmiges, langsames Ansteigen der Verzögerungszeit ist es möglich, unterschiedliche Korrelationswerte zu erzeugen, die es ermöglichen, phasenabhangige Fehler zu erkennen.
Weiterhin ist es günstig, die Periode der Rampenfunkt ion sehr viel größer als den periodischen Vorgang der Kraftmaschine zu gestalten. Durch diese Maßnahme ist die Verzögerungszeit bezüglich mehrerer periodischer Vorgänge der Kraftmaschine quasi konstant und ermöglicht eine sichere Auswertung. Die Korrelationsfunktion und/oder der Spitzenwert der Korrelation werden vorteilhafterweise zur Auswertung angezeigt oder können direkt zum Eingriff in die Maschine verwendet werden. Um mehrere Fehlermöglichkeiten zu erfassen, ist es vorteilhaft, eine Vielzahl von Fehlersignalen abrufbar zu speichern.
Zur Speicherung ist es vorteilhaft, eine Speichervorrichtung vorzusehen, die zumindest ein Fehlersignal enthält, wobei die Speichervorrichtung von periodisch wiederkehrenden Signalen der Kraftmaschine getriggert ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Als Speichervorrichtung sind digitale Halbleiterspeicher besonders geeignet. Als periodisch wiederkehrende Trigger-Signale eignen sich besonders Marken an der Abtriebswelle der Kraftmaschine. Zur Bildung der Korrelation wird das vom Trigger-Signal gespeicherte Störgeräusch verzögert und zusammen mit einem vom Mikrophon aufgenommen Geräusch mittels eines Multiplizierers und eines Mittelwertbildners korreliert. Vorteilhaft ist es, wenn die Speichervorrichtung mit der rampenförmigen Verzögerung kombiniert ist. Die Auswertung der Korrelationsfunktion erfolgt einfach durch einen Komparator, der beim Überschreiten eines Schwellwertes anspricht.
Zur Bestimmung der Phase ist es vorteilhaft, beim Überschreiten des Schwellwerts in einer Speichervorrichtung den Wert der Verzögerung abzuspeichern.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt ein Mikrophon 1, das beispielsweise am Gehäuse einer Brennkraftmaschine angebracht ist.
Das vom Mikrophon 1 aufgenommene Geräuschspektrum wird von einem Verstärker 2 verstärkt und gelangt zu einem Eingang eines Multiplizierers 3. Die nicht dargestellte Brennkraftmaschine weist eine Kurbelwelle 4 auf, an der beispielsweise eine obere Totpunktmarke angebracht ist. An der Kurbelwelle 4 ist ein Geber 5 angeordnet, der beim Passieren der Marke ein Signal abgibt, das von einem Verstärker 6 verstärkt wird. Der Ausgang des Verstärkers 6 führt zum Triggereingang einer Speichereinheit 7. Von der Speichereinheit 7 sind mittels einer Datenleitung 8 jeweils eine periodische Funktion abrufbar. Die periodische Funktion gelangt über den Ausgang des Speichergliedes 7 zu einem veränderbaren Verzögerungsglied 9, dessen Ausgang wiederum mit dem Multiplizierer 3 in Verbindung steht.
Der Ausgang des Multiplizierers 3 führt zu einem Mittelwertbildner 10, an dessen Ausgang ein Komparator 11 angeschlossen ist, der dann ein Signal abgibt, wenn ein Korrelationssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Das Ausgangssignal wird in einem Speicher 14 gespeichert und führt beispielsweise zum Aufleuchten der Lampe 15. Mittels einer Steuerleitung vom Speicherglied 14 zum Speicherglied 7 kann der weitere Ablauf gestoppt werden. Die Verzögerungszeit wirkt über eine Rampenfunktion vom Rampengenerator 12 auf das Verzögerungsglied 9 ein.
Beim Auftreten eines Signales am Ausgang des Komparators 11 gelangt dieses ebenfalls zum Rampengenerator 12 und bewirkt, daß die augenblickliche Spannung zur Steuerung des Verzögerungsgliedes 9 festgehalten wird. Eine Anzeigevorrichtung 13 dient zur Anzeige der so ermittelten Verzögerungszeit.
Soll nun beispielsweise eine Diagnose über eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angefertigt werden, so wird das Mikrophon 1 im Motorraum des Kraftfahrzeugs untergebracht. Das durch den Verstärker 2 verstärkte Signal bildet die erste Eingangsgröße für den Multiplizierer 3. Im Speicher 7, der als Analog-Speicher oder Digital-Speicher ausgebildet sein kann, sind Fehlerfunktionen gespeichert. Wegen der hohen Speicherdichte sind digitale Speicher besonders vorteilhaft. Die Fehlerfunktion ist so ausgebildet, daß sie jeweils eine bestimmte Störung am Motor simuliert und ein charakteristisches Störmuster wiedergibt. Uber die Datenleitung 8 sind verschiedene Fehlerfunktionen anwählbar, so daß verschiedene genau definierte Störfälle diagnositiziert werden können. Um eine Korrelation zu ermöglichen, ist es notwendig, die im Speicherglied 7 abgelegte Störfunktion mit dem vom Mikrophon 1 aufgenommenen periodischen Signal zu synchronisieren.
Dies geschieht durch die Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine, wo beispielsweise mittels des Gebers 5 die obere Totpunktmarke, die an der Kurbelwelle gekennzeichnet ist, aufgenommen wird. Dieses Signal wird mit dem Verstärker 6 verstärkt und dient zur Triggerung des Speichergliedes 7. Die Störfunktion wird durch das Verzögerungsglied 9 in ihrer Phase verzögert und ebenfalls dem Multiplizierer 3 zugeführt.
Fig. 2a zeigt als Beispiel ein vom Mikrophon 1 aufgenommenes Signal, das dem Multiplizierer 3 zugeführt wird, während Fig. 2b eine periodische Fehlerfunktion darstellt, welche im Speicherglied 7 abgelegt ist und verzögert ebenfalls zum Multiplizierer 3 gelangt. Nach der Mittelwertbildung durch den Mittelwertbildner 10 entsteht ein Wert der Korrelationsfunktion.
Das Wesen der Korrelationsbildung ist in der eingangs aufgeführten Literaturstelle ausführlich erläutert, so daß sich ein näheres Eingehen erübrigt. Es- sei nur gesagt, daß am Ausgang des Mittelwertbildners 10 ein Korrelationsspitzenwert entsprechend Fig. 2d auftritt, wenn die Fehlerfunktion nach Fig. 2b in dem Signalgemisch nach Fig. 2a enthalten ist. Tritt ein solcher Impuls auf, so wird durch den Komparator 11 der Speicher 14 gesetzt und die Lampe 15 zeigt den Fehler an. Hierbei ist zu beachten, daß die Anzeige umso zuverlässiger wird, je mehr Perioden abgewartet werden. Der Wert der Kreuzkorrelationsfunktion am Ausgang des Mittelwertbildners 10 gibt den Grad der statistischen Ähnlichkeit zwischen dem synchronisierten synthetischen Signal vom Speicherglied 7 und dem periodischen Meßsignal vom Mikrophon 1 an. Je nach Höhe des Schwellwertes, der durch den Komparator 11 festgelegt ist, lassen sich daher auch Fehler anzeigen, wenn die Fehlerfunktion nicht exakt in dem aufgenommenen Signal enthalten ist. Es ist auch in bestimmten Fällen vorteilhaft, in Abhängigkeit von der durch die Datenleitung 8 eingestellten Fehlerfunkt ion den Schwellwert des Komparators 1 1 zu verändern. Typische Anwendungsbeispiele für diese Schaltungsanordnung können die Meldung von Spiel in den Pleuellagern, Spiel in den Kurbelwellenlagern, Spiel im Ventiltrieb, Gleichmäßigkeit der Verbrennung in den Zylindern, Klopfen, Zündaussetzern, Kolbenkippen oder ähnliche Störungen am Motor sein.
Da die vom Mikrophon 1 aufgenommenen fehlerhaften Signale pro Umdrehung des Motors mehrmals und(oder in verschiedenen Phasenlagen auftreten können, ist es günstig, die Verzögerungszeit variabel zu gestalten.
Dies geschieht durch eine rampenförmig langsam ansteigende Laufzeit. Diese Laufzeit kann mittels einer veränderbaren Spannung erzeugt werden, die von dem Rampengenerator 12 erzeugt wird. Eine solche rampenförmige Spannung zur Steuerung des Verzögerungsgliedes 9 ist in Fig. 2c dargestellt. Aufgrund des Wesens der Korrelation ist es notwendig, daß der rampenförmige Anstieg der Laufzeit eine sehr viel größere Periodendauer als der untersuchende Motor haben muß. Wird beim Auftreten der Kreuzkorrelationsspitze das augenblicklich anliegende Signal am Verzögerungsglied 9 eingefroren und durch das Anzeigeinstrument 13 gleichzeitig angezeigt, so kann aufgrund des Phasenwinkels Rückschluß gezogen werden, in welchem Zylinder beispielsweise ein Klopfen auftritt oder wo Zündaussetzer vorhanden waren.
Die gesamte Schaltungsanordnung ist vorteilhaft mittels Mikroprozessoren, insbesondere Einchip-Mikroprozessoren mit integriertem Speicher, ausführbar. Insbesondere die Rechenoperationen und die Speicherfunktionen sind in dem Mikroprozessor unterzubringen. Das Diagnosegerät hat den Vorteil, daß abgesehen von der Synchronisierung und dem Mikrophon keine Kabel an das Kraftfahrzeug oder die zu untersuchende Kraftmaschine zu führen sind, so daß die Diagnose sehr einfach ohne weitere Eingriffe in die Maschine vonstatten gehen kann. Ein vollautomatischer Prüfablauf ist möglich, wenn über die Datenleitung 8 automatisch nach einer gewissen Zeit das nächste Fehlersignal aufgeschaltet wird.
Zweckmäßigerweise erfolgt dies beim Abfallen der Rampe, die die Verzögerungszeit für das Verzögerungsglied 9 vorgibt.

Claims

Ansprüche l.lVerfahren zur Diagnose bei periodisch arbeitenden Kraftmaschinen mit einem Mikrophon zur Aufnahme der Geräusche der Kraftmaschine, einem Vezzögerungsglied und mit Vorrichtungen zur Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der periodisch arbeitenden Kraftmaschine synchronisiertes Fehlersignal gebildet wird, daß das Fehlersignal über ein veränderbares Verzögerungsglied (9) geleitet wird und daraus zusammen mit dem mit dem Mikrophon (J) aufgenommenen Signal die Kreuzkorrelationsfunktion gebildet wird,
2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit rampenförmig ansteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der Rampenfunktion sehr viel größer als der periodische Vorgang der Kraftmaschine ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrelationsfunktion und/oder das Auftreten einer Korrelationsspitze angezeigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Fehlersignalen abgespeichert und abrufbar sind.
6. Vorrichtung zur Diagnose bei periodisch arbeitenden Kraftmaschinen mit einem Mikrophon zur Aufnahme der Geräusche der Kraftmaschine, einem Verzögerungsglied und mit einer Vorrichtung zur Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherglied (7) vorgesehen ist, das zumindest ein Fehlersignal enthält, daß das Speicherglied (7) von einem periodisch wiederkehrenden Signal der Kraftmaschine getriggert ist, daß das Fehlersignal einem veränderbaren Verzögerungsglied (9) zugeführt ist und daß das verzögerte Fehlersignal zusammen mit dem vom Mikrophon (7) aufgenommenen Geräusch einem Multiplizierer (3) und einem dem Multiplizierer (3) nachgeschalteten Mittelwertbildner (10) zugeleitet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (7) von einer Abtriebswelle (4) der Kraftmaschine getriggert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mittelwertbildner (io) ein Komparator (11) folgt, der beim Überschreiten eines Schwellwertes ein Signal abgibt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten des Schwellwertes die Verzögerungszeit angezeigt ist.