AT525513A1 - Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Computerimplementiertes Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente eines Fahrzeugs während einem Betrieb des Fahrzeugs, mittels eines Überwachungsparameters, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Messsignals eines Beschleunigungssensors, wobei das Messsignal Messwerte über die Dauer eines Messzyklus umfasst; Bestimmen von Beschleunigungsamplituden aus einer Spektralanalyse des Messsignals; Zuordnen der Beschleunigungsamplituden zu Ordnungen der Anregung; Ermitteln von zeitabhängigen Anregungsamplituden aus Mittelwerten und Standardabweichungen der Beschleunigungsamplituden für jede der Ordnungen; und Berechnen der kinetischen Signalenergie als Integral der zeitabhängigen Anregungsamplituden über alle Beschleunigungen für jede der Ordnungen.

Description

Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und

Schadensüberwachung von einer Komponente eines Fahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente eines

Fahrzeugs.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Zustandsüberwachung und die Fehlererkennung von Fahrzeugkomponenten. Verfahren zur Zustandsüberwachung

sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 102016206809 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum automatisierten Erkennen von akustischen Auffälligkeiten im Signal einer rotationssynchronen Geräuschquelle sowie zur Zuordnung möglicher

Verursacherquellen bekannt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 19933105 A1 ist ein Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen von Getrieben zur Schadenserkennung bzw. Früherkennung bekannt, bei dem mittels mindestens eines Sensors getriebespezifische Parameter gemessen und unter Anwendung sowohl einer Ordnungsanalyse als auch einer Frequenzanalyse mit vorbestimmten Referenzwerten verglichen und zu einem prüf-

bzw. überwachungsspezifischen Signal verarbeitet werden.

Manche bekannte Verfahren sind jedoch nur auf eine bestimmte Fehlererkennung oder Anwendung spezifiziert. Auch die Einstellung der zu detektierenden Grenzwerte der für die Überwachung verwendeten Sensoren ist meist mit Schwierigkeiten verbunden. Ferner geben verfügbare Systeme keine Auskunft darüber, ob ein Fehler

erkannt wurde und was die eigentliche Ursache des Fehlers ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Zustands- und Schadensüberwachung von

Fahrzeugkomponenten zu ermöglichen.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weitere

Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets

wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente eines Fahrzeugs während einem Betrieb des Fahrzeugs, mittels eines Überwachungsparameters, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Messsignals eines Beschleunigungssensors, wobei das Messsignal Messwerte über die Dauer eines Messzyklus umfasst; Bestimmen von Beschleunigungsamplituden aus einer Spektralanalyse des Messsignals; Zuordnen der Beschleunigungsamplituden zu Ordnungen der Anregung; Ermitteln von zeitabhängigen Anregungsamplituden aus Mittelwerten und Standardabweichungen der Beschleunigungsamplituden für jede der Ordnungen; und Berechnen der kinetischen Signalenergie als Integral der zeitabhängigen Anregungsamplituden über

alle Beschleunigungen für jede der Ordnungen.

Der Kerngedanke eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass aus der Kombination aus Mittelwert und Standardabweichung eine Berechnung der Signalenergie ermöglicht wird. Die Signalenergie kann entweder direkt oder in abgeleiteter Form zur Zustands- und Schadensüberwachung genutzt werden und ermöglicht zuverlässigere Rückschlüsse auf Zustand und Schaden einer Komponente als im Stand der Technik verwendete Parameter. Zur Zustands- und Schadensüberwachung erfindungsgemäß verwendbare Parameter sind eine kinetische Signalenergie, ein vibrationsinduzierter Schadensindex, eine relative Schädigung der Komponente, ein kumulierter Schadensindex und ein Energiezustand der Komponente. Die Bestimmung dieser Parameter basiert auf derselben erfinderischen Idee. Die Zustandsüberwachung geschieht durch automatisierte Überwachung des Überwachungsparameters. Eine Abweichung des Überwachungsparameters von einem erwarteten Wert kann als Zustandsänderung oder Schadensereignis der Komponente interpretiert werden. Der erwartete Wert

kann ein im schadensfreien Zustand gemessener Durchschnittswert sein. Das

Messsignal steht mit der zu überwachenden Komponente in Verbindung. Beispielsweise kann der Beschleunigungssensor an oder in der Nähe der Komponente angeordnet sein. Wird eine Zustandsänderung der überwachten Komponente oder ein Schadensereignis festgestellt, kann ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder eine Abschaltung der überwachten Komponente und/oder anderer mit der überwachten Komponente in Zusammenhang stehender

Komponenten des Fahrzeugs veranlasst werden.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines vibrationsinduzierten Schadensindex durch Normieren der zeitabhängigen

Anregungsamplituden für jede der Ordnungen auf eine Referenzenergie.

Die für jede der Ordnungen durchgeführten Schritte werden insbesondere für jede

der Ordnungen separat durchgeführt.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann hierbei das Verfahren ferner den Schritt umfassen: Bestimmen einer relativen Schädigung der Komponente über ein Schadensmodell, wobei das Schadensmodell den vibrationsinduzierten

Schadensindex zur Bestimmung der relativen Schädigung nutzt.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Referenzenergie ein Mittelwert von kinetischen Signalenergien aus Messwerten zu Beginn des

Messzyklus.

Vorzugsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass der Mittelwert auf kinetischen

Signalenergien aus wenigstens fünf Messwerten basiert.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines kumulierten Schadensindex als Differenz zwischen der Summe von vibrationsinduzierten Schadensindizes des Messzyklus und einem Referenzwert, wobei der Referenzwert ein unverändertes Verhalten der Komponente

darstellt

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verfahren an einem

Fahrzeugprüfstand durchgeführt wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass für die Bestimmung der Beschleunigungsamplituden eine Fouriertransformation des Messsignals

durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Signal des Beschleunigungssensors mit einem normierten Signal eines zweiten Sensors verglichen wird und das normierte Signal des zweiten Sensors zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung

genutzt wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren ferner die Schritte umfasst: Ermitteln des Energiezustands der Komponente durch Summieren aller kinetischen Signalenergien des Messzyklus; und Normieren der Summe aller kinetischen Signalenergien auf eine Referenzenergie, wobei die Referenzenergie ein Mittelwert von kinetischen Signalenergien aus Messwerten zu Beginn des

Messzyklus ist.

Ferner liefert die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach

einem der Ansprüche 1 bis 10.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen

schematisch:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur parallelen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung einer Komponente eines Fahrzeugs gemäß einer besonderen

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein exemplarisches Messsignal eines Beschleunigungssensors

gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine exemplarische schematische Darstellung einer Spektralanalyse eines Messsignals gemäß einer besonderen

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Frequenzspektrum einer statistischen Analyse aller

Ordnungslinien eines Messsignals,

Fig. 5 Ergebnisse einer Ordnungsverfolgung für die ersten drei Ordnungen und dazugehörige Signalenergien gemäß einer

besonderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Detailansicht von dem Ergebnis der Ordnungsverfolgung für

die dritte Ordnung aus Figur 5,

Fig. 7 die Signalenergie aus Figur 5 für die ersten drei Ordnungen und einen jeweils zugehörigen vibrationsinduzierter Schadensindex in

Abhängigkeit der Messzeit,

Fig. 8 ein Spektrum von frequenzabhängigen vibrationsinduzierten

Schadensindex einer exemplarischen Messung,

Fig. 9 die Beschleunigungsamplitude des Signals dritter Ordnung aus Figur 5, eine zugehörige normierte Signalenergie und einen vibrationsinduzierten Schadensindex des gleichen Signals im

Vergleich,

Fig. 10 Ein Spektrum von kumulierten vibrationsinduzierten

Schadensindizes basierend auf dem Spektrum von Figur 8,

Fig. 11 ein Diagramm von C-VIDI-Signalen unterschiedlicher

Frequenzen, und

Fig. 12 ein Energiezustandsdiagramm von drei verschiedenen

Sensoren.

Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur parallelen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente 14 eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Recheneinheit 12, die mit zwei Beschleunigungssensoren 16 in signaltechnischer Verbindung steht. Die Beschleunigungssensoren 16 sind

dazu eingerichtet, Vibrationen 18 der Komponente 14 als Messsignale zu

detektieren. Die Komponente 14 befindet sich in einem Fahrzeug (nicht im Detail dargestellt), das beispielsweise an einem Fahrzeugprüfstand (ebenfalls nicht im Detail dargestellt) betrieben werden kann. Die Recheneinheit 12 befindet sich außerhalb des Fahrzeugs. Die dargestellte Ausführungsform findet an einem Fahrzeugprüfstand statt, kann jedoch auch im Inneren eines Fahrzeugs eingesetzt

werden.

Figur 2 zeigt ein exemplarisches Messsignal 20 eines Beschleunigungssensors 16 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Das Messsignal 20 zeigt die von einem Beschleunigungssensor 16 gemessene Amplitude einer Komponente, wobei das Messsignal über die Dauer von 20s aufgenommen wurde. Das Messsignal hat grundsätzlich mindestens eine periodische Komponente und nimmt in diesem

Beispiel über die Dauer der Messung ab.

Figur 3 zeigt eine exemplarische schematische Darstellung einer Spektralanalyse 22 eines Messsignals 20 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Die Spektralanalyse ist das Ergebnis einer Fouriertransformation von zu unterschiedlichen Zeiträumen aufgenommenen Messsignalen 20. Während der unterschiedlichen Zeiträume der Messung wurde das Fahrzeug in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben. Der gesamte Messzyklus hat in diesem Beispiel eine Länge von 90 s. Die Parameter der Spektralanalyse können grundsätzlich manuell festgelegt werden. Die Spektralanalyse 22 zeigt Beschleunigungsamplituden 24 für die verschiedenen Zeiträume als Linien unterschiedlicher Linienstärke. Die Linienstärke entspricht hierbei der Intensität des zu einer jeweiligen Frequenz gehörigen Messsignals 20. Aufgrund der Darstellung in Schwarz-Weiß sind besonders wenig intensive Beschleunigungsamplituden 24 dieser Wiedergabe einer realen Spektralanalyse 22 nicht im Detail dargestellt. Auch in Zeiträumen zwischen Os und 40 s sind Beschleunigungsamplituden 24 gemessen worden, jedoch nur solche, mit geringer Intensität. Die Beschleunigungsamplituden 24 können jeweils einer zugehörigen Ordnung zugeordnet werden. Die als gestrichelte Linie dargestellte Ordnungslinie 26 zeigt die Frequenzen der Beschleunigungsamplituden 24 einer Ordnung zu unterschiedlichen Zeiten an. Jeder Datenpunkt entlang der

Ordnungslinie 26 entspricht einer Amplitude bei dieser Frequenz.

Figur 4 zeigt ein Frequenzspektrum 28 einer statistischen Analyse aller Ordnungslinien 26 eines Messsignals 20. Für die statistische Analyse der Ordnungslinien 26 wird entlang jeder Ordnungslinie 26 mithilfe einer Spektralanalyse für jeden Zeitschritt vorwärts die Größe der Anregungsamplitude 36 bestimmt. Die Anregungsamplituden 36 umfassen dabei Mittelwerte und Standardabweichungen der Beschleunigungsamplituden 24 für jede der Ordnungen separat. Aus der statistischen Analyse dieses Datensatzes entlang der Ordnungslinien 26 wird anschließend das Frequenzspektrum 28 erstellt, das Mittelwert und Standardabweichung der Anregungsamplituden 36 entlang aller Ordnungslinien wiedergibt. Dieser Prozessschritt wird auch Ordnungsverfolgung genannt. Das Frequenzspektrum 28 zeigt insbesondere ein Signal erster Ordnung 30 bei ca.

143 Hz, ein Signal zweiter Ordnung 32 bei ca. 287 Hz und ein Signal dritter Ordnung 34 bei ca. 430 Hz.

Figur 5 zeigt Anregungsamplituden 36 für Messsignale 20 der ersten drei Ordnungen separat und dazugehörige Signalenergien 38 in Abhängigkeit der Messzeit. Die Anregungsamplituden 36 sind in beliebigen Einheiten des jeweiligen Messsignals

über die Zeit aufgetragen.

Anhand der in Figur 4 gezeigten Ergebnisse der statistischen Analyse aller Ordnungslinien der Amplituden, einschließlich der mittleren Amplitude und ihrer Standardabweichung, lässt sich die kinetische Signalenergie 38 berechnen. Die Signalenergie wird für jede neue Messung, also für jeden Zeitschritt, einzeln berechnet. Über die Zuordnung der berechneten kinetischen Signalenergie 38 kann eine zeitliche Entwicklung der Signalenergien 38 bestimmt werden. Die Signalenergie 38 jeder Ordnung setzt sich grundsätzlich aus mehreren Amplituden

zusammen, die jeweils eine Verteilung darstellen und in Fig. 5 wiedergegeben sind.

Figur 6 zeigt eine Detailansicht 40 der Anregungsamplitude 36 für Signale der die dritten Ordnung aus Figur 5. An dieser Detailansicht 40 wird exemplarisch erläutert, wie die Berechnung der Signalenergie 38 durchgeführt wird. Die Ordnungsverfolgung der Beschleunigungsmessung enthält neben den konkreten Messwerten 42 auch Informationen über den Mittelwert 44 und die Standardabweichung 46 der

Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt.

Zunächst wird die Annahme getroffen, dass die Verteilung der Beschleunigungssignale für jede Ordnung einer Gaußschen Normalverteilung

entspricht.

Die Energieverteilung jeder Ordnung wird anschließend als kinetische Energie berechnet über:

m dE = m *v * dv = — * a * da wQ

Wobei m die Masse, v die Geschwindigkeit, a die Beschleunigung und w=2*7'*v die Kreisfrequenz angibt. Mit der Annahme, dass die die Signale der

Beschleunigungsamplitude normalverteilt sind, führt das zu

m dE = —z * a * N(f,0) * da

mit der Verteilung der Messwerte N(u,0)= Fa * exp(-(x — u)?/20?) wobei u den

Mittelwert und co die Standardabweichung angibt. Für eine gewählte Ordnung ist der

erste Faktor konstant, womit die Formel vereinfacht werden kann, zu:

dE = a * N(H,0) * da

Die gesamte kinetische Signalenergie E einer Ordnung ergibt sich anschließend als

Integral von 0 bis unendlich über alle Beschleunigungen.

Figur 7 zeigt die Signalenergie 38 aus Figur 5 für die ersten drei Ordnungen und einen jeweils zugehörigen vibrationsinduzierten Schadensindex (VIDI) 48 über die Messdauer. Der vibrationsinduzierte Schadensindex 48 wird durch Normieren der

Anregungsamplituden 36 für jede der Ordnungen separat ermittelt.

Zur Berechnung des vibrationsinduzierten Schadensindex 48 wird eine Referenzenergie berechnet. Im gewählten Beispiel wird als Referenzenergie der Mittelwert aus mehreren zu Beginn eines Messzyklus bestimmten kinetischen Signalenergien berechnet. Die Anzahl der zur Berechnung des Mittelwerts genutzten kinetischen Signalenergien sollte nicht zu gering sein, um den Einfluss von stark abweichenden Signalenergien nicht zu groß werden zu lassen, Die Anzahl sollte aber auch nicht zu groß gewählt sein, um eine vom Mittelwert abweichende Entwicklung möglichst frühzeitig erkennen zu können. Im in Fig. 7 gezeigten Beispiel

wurden kinetische Signalenergien, die aus den ersten fünf Messungen abgeleitet

wurden, zur Bestimmung der Referenzenergie genutzt. Alle anschließend bestimmten kinetischen Signalenergien werden mit der Referenzenergie verglichen. Die Normierung der Daten erlaubt, unterschiedliche Daten miteinander zu vergleichen und einen relativen Einfluss unterschiedlicher Schadensereignisse auf

das Messsignal von einem Sensor zu identifizieren.

In Figur 7 ist zu erkennen, dass der vibrationsinduzierte Schadensindex 48 eines Signals ersten Ordnung im Messzeitraum um die Referenzenergie schwankt. Ein vibrationsinduzierter Schadensindex 48 eines Signals zweiter und dritter Ordnung steigt dagegen insbesondere nach einer Messzeit von etwa 3350 s an. Dieser

Anstieg kann auf ein Schadensereignis hindeuten.

Figur 8 zeigt ein VIDI-Spektrum 50 einer exemplarischen Messung. Das VIDISpektrum 50 entspricht einer Kombination aus über eine Messdauer aufgetragenen vibrationsinduzierten Schadensindizes 48 für alle Ordnungen. In dem VIDI-Spektrum 50 lassen sich auf einfache Art und Weise kurzfristige Zustandsänderungen als Einzelsignale 52 identifizieren. Signalkombinationen 54 zu einer bestimmten Zeit über eine größere Anzahl von Frequenzen erlauben außerdem die Identifikation eines größeren Schadensereignisses zu diesem Zeitpunkt. Tritt eine Signalkombination bei einer Frequenz über einen längeren Zeitraum auf (nicht im Detail dargestellt), ist eine Nachverfolgung der Entwicklung eines Schadensereignisses über das VIDI-Spektrum 50 auf besonders einfache Weise

möglich.

Figur 9 zeigt die Anregungsamplitude 36 des Messsignals dritter Ordnung aus Figur 5, eine zugehörige normierte Signalenergie 60 und einen vibrationsinduzierten Schadensindex 48 des gleichen Signals im Vergleich. Die normierte Signalenergie 60 zeigt eine Verteilung einer Referenzenergie 56 und eine Verteilung einer Messenergie 58, die zu einem festen Zeitpunkt gemessene Messwerte enthält. Die

Höhe der Verteilung ist auf die Referenzenergie 56 normiert.

Der vibrationsinduzierte Schadensindex (vibration induced damage index, VIDI) ist ein Wert zur Identifikation von kritischen Schwingungen in Bezug auf die Gesamtenergie des Systems. VIDI-Signale können miteinander verglichen werden, um signifikante Vibrationsveränderungen und deren Auswirkungen zu ermitteln. Ein

Wert für den vibrationsinduzierten Schadensindex VIDI berechnet sich nach:

E Eref

wobei die Referenzenergie Erer als kinetische Energie eines Referenzsignals und die

Y=

Messenergie E als kinetische Energie eines Messsignals definiert sind. Wird das Messsignal E aktuell gemessen, lässt sich mittels des VIDI-Index eine aktuell

stattfindende Vibrationsänderung ermitteln.

In einer Erweiterung der Erfindung lässt sich aus VIDI ein Schadensmodell generieren. Aus grundlegenden physikalischen Überlegungen ist bekannt, dass eine Beschleunigung a proportional zur beschleunigten Masse M, die Masse M proportional zur für die Beschleunigung aufgewendete Kraft F und die Kraft F

proportional zu einer im Bauteil induzierten Spannung © ist: a-M-F->o.

Die kinetische Energie und die potenzielle Energie der Signale sind ebenfalls proportional zueinander. Für eine bestimmte Komponente kann die potenzielle

Energie wie folgt geschrieben werden dEpot = O* dV Dies lässt sich mit der Formel zur Berechnung von VIDI kombinieren, wonach folgt:

SO

Y = Oref

Die Referenzspannung Oref Ist ein Mittelwert aller angenommene Spannungen zu

jedem Zeitpunkt der Berechnung der relativen Schädigung. Eine kurze Berechnung

führt zu einer aktualisierten Gleichung für die relative Schädigung:

Drei =

1 5 ‚At; + Vf

Lrot Mipos (t) -k

Hierbei ist ni(t) die Drehzahl für die jeweilige Messung I, Mipos(t) das Drehmoment

und k der Schadensexponent, der abhängig vom Schadensmodell und

Schadensmode, die angeregt wird, ist.

Das bedeutet, dass die Kombination aus einer VIDI-Messung aus Beschleunigungsmessung und einem Schadensmodell den aktuellen Zustand neu berechnet und den relativen kumulierten Schadenswert RAD (relative accumulated

damage) für jede Komponente eines Fahrzeugs anpasst.

Die relative kumulierte Schädigung berechnet sich nach

RAD = AFX trest/tref

mit dem Beschleunigungsfaktor (acceleration factor) AF = Dreest/Dref-

Alternativ zu einem aus einem VIDI berechneten Schadensmodell lassen sich über eine Messzeitraum gemessene VIDI Werte summieren, um einen

Gesamtschadenseintrag zu berechnen.

Figur 10 zeigt ein C-VIDI-Spektrum 62 von kumulierten vibrationsinduzierten Schadensindizes 48 basierend auf dem VIDI-Spektrum 50 von Figur 8. C-VIDI (cumulated VIDI) kumuliert die VIDI-Signale entlang jeder Ordnung. Mit der Auftragung der C-VIDI-Signale in einem Spektrum 62 lassen sich Abweichungen von der Referenz frühzeitig erkennen. Im Gegensatz zu der hier gewählten Skalierung in schwarz/weiß kann bei einem C-VIDI-Spektrum 62 mit Farbskalierung ein C-VIDISignal auch in seiner Intensität identifiziert werden. In dem C-VIDI-Spektrum 62 ist zu erkennen, dass sich C-VIDI-Signale 64 einzelner Ordnungen leicht erkennen und verfolgen lassen. Weiterhin zeigt das C-VIDI-Spektrum 62 einen Bereich 66 erhöhter C-VIDI-Signale. Aufgrund der normalisierten Daten ist ein Vergleich der C-VIDISignale unterschiedlicher Ordnungen möglich. Ein früher Anstieg von C-VIDISignalen deutet auf ein erstes Schadensereignis in einem bestimmten Bereich hin, der auf der Grundlage der Reihenfolge der Signale zugeordnet werden kann. Der

Zustand eines Bauteils lässt sich somit direkt aus einem C-VIDI-Signal ablesen.

Der kumulierte VIDI (C-VIDI) ist ein guter Indikator dafür, wann eine Verhaltensänderung jeder einzelnen Ordnung in einer frühen Phase der Messung stattgefunden hat. C-VIDI-Werte sind miteinander vergleichbar, d.h. eine Ordnung

mit höheren VIDI-Werten hat auch höhere Verhaltensänderungen als eine Ordnung

mit niedrigerem VIDI-Wert. Die Berechnung von C-VIDI, FT, basiert auf der

Summierung der Differenz zwischen dem aktuellen VIDI-Wert und dem Referenzwert, der ein unverändertes Verhalten der Komponente für alle Zyklen darstellt (VIDI_ref = 1,0):

r= X W-D

cycles

Figur 11 zeigt ein Diagramm von C-VIDI-Signalen unterschiedlicher Frequenzen. Durch die Auftragung sind Unterschiede zwischen verschiedenen Ordnungen und

Anstiege auch in der schwarz-weiß-Auftragung identifizierbar.

Fig. 12 zeigt ein Energiezustandsdiagramm 68 von drei verschiedenen an einer Komponente 14 angebrachten Sensoren. Im Diagramm ist ein Energiezustand eines ersten Sensors 70, ein Energiezustand eines zweiten Sensors 72 und ein Energiezustand eines dritten Sensors 74 aufgetragen. Die Messung des Energiezustands ist über einen längeren Zeitraum von mehreren Wochen aufgetragen.

Der Energiezustand ist eine Alternative zur Berechnung des VIDI. Im Gegensatz zu VIDI wird bei der Berechnung des Energiezustands die kinetische Signalenergie jeder Messung aufsummiert und auf eine Referenzenergie bezogen, die wiederum auf den ersten 5 Messungen basiert. Die Referenzenergie kann als Mittelwert einer kinetischen Energie der fünf Messungen multipliziert mit der Anzahl der Messungen berechnet werden. Mit dem so berechneten Energiezustand kann das gesamte Signalverhalten über die Testzeit verfolgt werden. Der Energiezustand kann dabei auch über einen

Wert von 1 ansteigen. Ein abnehmender Energiezustand bedeutet, dass die tatsächlich gemessene Signalenergie zunimmt. Die Zunahme zeigt sich in einer Abnahme des

Energiezustands aufgrund höherer Signalenergie.

Während im in Figur 12 gezeigten Beispiel ein Energiezustand eines ersten

Sensors 70 und ein Energiezustand eines zweiten Sensors 72 über den

gesamten Messzeitraum in etwa parallel und abnehmend verlaufen, nimmt ein Energiezustand eines dritten Sensors 74 zunächst zu und steigt über den Wert von 1, währen er nach etwa 21 Tagen Messzeit ebenfalls abnimmt. Die unterschiedlichen Verläufe des Energiezustands können in unterschiedlichen Positionen der Sensoren begründet sein. Die Berechnung des Energiezustands ermöglicht ebenfalls eine Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung

von ein oder mehreren Komponenten 14 eines Fahrzeugs.

Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die

vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung zur parallelen Zustands- und Schadensüberwachung 12 Recheneinheit

14 Komponente

16 Beschleunigungssensor

18 Vibration

20 Messsignal

22 Spektralanalyse

24 Beschleunigungsamplituden

26 Ordnungslinie

28 Frequenzspektrum

30 Signal erster Ordnung

32 Signal zweiter Ordnung

34 Signal dritter Ordnung

36 Anregungsamplitude

38 Signalenergie

40 Detailansicht

42 Messwerte

44 Mittelwert

46 Standardabweichung

48 vibrationsinduzierter Schadensindex (VIDI) 50 VIDI-Spektrum

52 Einzelsignal

54 Signalkombination

56 Referenzenergie

58 Messenergie

60 normierte Signalenergie

62 ©C-VIDI-Spektrum

64 ©C-VIDI-Signal einzelner Ordnung 66 Bereich erhöhter C-VIDI-Signale 68 Energiezustandsdiagramm

70 Energiezustand eines ersten Sensors

72 Energiezustand eines zweiten Sensors

74 Energiezustand eines dritten Sensors

Claims (11)

Patentansprüche

1. Computerimplementiertes Verfahren zur automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung von einer Komponente (14) eines Fahrzeugs während einem Betrieb des Fahrzeugs, mittels eines Überwachungsparameters, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines Messsignals (20) eines Beschleunigungssensors, wobei

das Messsignal (20) Messwerte über die Dauer eines Messzyklus umfasst;

Bestimmen von Beschleunigungsamplituden (24) aus einer Spektralanalyse des Messsignals (20);

Zuordnen der Beschleunigungsamplituden (24) zu Ordnungen der Anregung;

Ermitteln von zeitabhängigen Anregungsamplituden (36) aus Mittelwerten und Standardabweichungen der Beschleunigungsamplituden (24) für jede der Ordnungen; und

Berechnen der kinetischen Signalenergie (38) als Integral der zeitabhängigen

Anregungsamplituden (36) über alle Beschleunigungen für jede der Ordnungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst: Ermitteln eines vibrationsinduzierten Schadensindex (48) durch Normieren

der Anregungsamplituden (36) für jede der Ordnungen auf eine Referenzenergie.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend den Schritt: Bestimmen einer relativen Schädigung der Komponente (14) über ein Schadensmodell, wobei das Schadensmodell den vibrationsinduzierten

Schadensindex (48) zur Bestimmung der relativen Schädigung nutzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Referenzenergie ein Mittelwert von kinetischen Signalenergien (38) aus Messwerten zu Beginn des

Messzyklus ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Mittelwert auf kinetischen Signalenergien

(38), aus wenigstens fünf Messwerten, basiert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: Ermitteln eines kumulierten Schadensindex als Differenz zwischen der Summe von vibrationsinduzierten Schadensindizes (48) des Messzyklus und einem Referenzwert, wobei der Referenzwert ein unverändertes Verhalten der

Komponente (14) darstellt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren an

einem Fahrzeugprüfstand durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Bestimmung der Beschleunigungsamplituden (24) eine Fouriertransformation

des Messsignals (20) durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Signal des Beschleunigungssensors (16) mit einem normierten Signal eines zweiten Sensors verglichen wird und das normierte Signal des zweiten Sensors zur

automatischen Zustandsüberwachung und Schadensüberwachung genutzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: Ermitteln des Energiezustands der Komponente (14) durch Summieren aller kinetischen Signalenergien (38) des Messzyklus; und Normieren der Summe aller kinetischen Signalenergien (38) auf eine Referenzenergie, wobei die Referenzenergie ein Mittelwert von kinetischen

Signalenergien (38) aus Messwerten zu Beginn des Messzyklus ist.

11. Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der

vorhergehenden Ansprüche.