DE10133987C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Quietschgeräuschen einer Fahrzeugbremse durch Erkennung von Signalspitzen in Messreihen im Zeit- oder Frequenzbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Quietschgeräuschen einer Fahrzeugbremse durch Erkennung von Signalspitzen in Messreihen im Zeit- oder Frequenzbereich.

In den Signalspitzen von Messreihen steckt häufig eine wichtige physikalische Information über ein auszumessendes Objekt. So ist es beispielsweise bekannt, dass sich Bremsgeräusche, insbesondere das Quietschen einer Kraftfahrzeugbremse, durch derartige Signalspitzen im Amplituden-Spektrum ausdrücken. Hierzu wird beispielsweise die Geräuschamplitude mittels eines Mikrofons über die Zeit aufgenommen und dieses Signal in ein Amplitudenspektrum transformiert. Zur Erkennung derartiger Signalspitzen ist es bekannt, dem Amplituden-Spektrum einen festen Schwellwert zuzuordnen und ein Überschreiten dieses Schwellwertes als Quietschen einer Kraftfahrzeugbremse zu interpretieren. Die damit erzielbaren Erkennungsraten sind jedoch unzureichend und für viele Anwendungsfälle nicht praktikabel.

Aus der DE 198 04 676 A1 ist ein Verfahren zum Vermeiden von Quietschgeräuschen an Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen bekannt, mit einer Drucksteuereinheit zum Beaufschlagen der Radbremsen bzw. zum Anpressen deren Bremsbeläge, wobei das Quietschen messtechnisch erfasst und durch Modulation des Anpressdruckes der Bremsbeläge an einer, mehreren und/oder allen Radbremsen eliminiert wird. Die messtechnische Erfassung des Quietschens erfolgt dabei durch Mikrofone oder Schwingungsaufnehmer an den Radbremsen, wobei jedoch über die Erkennung des Quietschens aus der Messreihe nichts offenbart ist.

Aus der DE 196 15 448 A1 ist eine Vorrichtung zur Klopferkennung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Klopfsensor bekannt, der einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das vom Verbrennungszustand in dem betreffenden Zylinder abhängig ist und einer Signalauswerteeinheit zugeführt wird, die wenigstens eine Vorverarbeitungsstufe, eine Auswertelogik und einen Mikroprozessor, der die Verbindung innerhalb der Signalauswerteeinheit herstellt, umfasst, wobei die Vorverarbeitungsstufe Mittel umfasst, die aus dem Ausgangssignal des Klopfsensors charakteristische Merkmale extrahieren und entsprechende Daten zur Weiterverarbeitung an die Auswertelogik, insbesondere einem Netzwerk, übergibt, die daraus Entscheidungskriterien, die eine Aussage bezüglich des Vorliegens von Klopfen ermöglichen, bildet. Die Mittel der Signalvorverarbeitungsstufe, die aus dem Ausgangssignal des Klopfsensors charakteristische Merkmale extrahieren, sind vorzugsweise Rechenmittel, die eine Fouriertransformation, insbesondere eine Fast-Fourier- Transformation, durchführen.

Aus der DE 100 09 606 A1 ist eine Klopferfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zum Erfassen eines in einem Verbrennungsmotor erzeugten Klopfens bekannt, bei der eine einem durch eine Verbrennung von Kraftstoff erzeugten Ionenstrom überlagerte Vibrationskomponente extrahiert wird, und deren Wellenform durch einen Vergleich mit einem Schwellwert in eine Pulswellenform geformt wird, wobei die Anzahl von Pulsen in der Pulswellenform durch eine Berechnungsvorrichtung berechnet wird, und eine Steuerung einer Zündzeitvorgabe auf Grundlage eines Ausgabeergebnisses der Berechnungsvorrichtung durchgeführt wird, umfassend eine Integrationsschaltung zum Integrieren (Laden) der dem Ionenstrom überlagerten Vibrationskomponente und eine Entladeschaltung zum Entladen einer vorbestimmten Ladungsmenge von der integrierten Ladung, wobei der Schwellwert durch ein Gleichgewicht einer Ladung/Entladung zwischen der Integrationsschaltung und der Entladeschaltung automatisch eingestellt wird.

Aus der DE 100 05 437 A1 ist eine Einrichtung zum Steuern des Klopfvorganges einer Brennkraftmaschine bekannt, umfassend verschiedene Sensoren zum Erfassen der Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine, eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms, der durch eine Zündkerze während der Verbrennung in der Brennkraftmaschine fließt, eine Klopfpegel-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Signale des Klopfpegels entsprechend zu dem Klopfzustand der Brennkraftmaschine auf Grundlage des Ionenstroms, eine Mitteilungseinrichtung zum Bestimmen eines durchschnittlichen Klopfpegels durch Mitteln der Signale des Klopfpegels, eine Hintergrundpegel-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Hintergrundpegels auf Grundlage des durchschnittlichen Klopfpegels, eine Klopfbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Klopfzustands der Brennkraftmaschine durch Vergleichen der Signale des Klopfpegels mit dem Hintergrundpegel,
und eine Steuergrößen-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Steuergröße der Brennkraftmaschine auf Grundlage der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und des Beurteilungsergebnisses durch die Klopfbeurteilungseinrichtung, wobei ferner
eine Transienten-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen der Betriebsbedingungen, die in einem transienten Zustand sind, vorgesehen ist,
und eine Mittelungswert-Korrektureinrichtung zum Verkleinern des durchschnittlichen Klopfpegels in Abhängigkeit von einem Transienten-Beurteilungssignal von der Transienten- Beurteilungseinrichtung.

Aus der DE 42 13 221 C1 ist ein Verfahren zur Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche mit einer Flüssigkeit bekannt, wobei die Fahrbahnoberfläche mittels eines Fahrzeuges befahren wird, dessen Räder auf der Fahrbahn abrollen, umfassend folgende Schritte:
Erfassen des Spritzwassergeräusches oder des Abrollgeräusches wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeuges mittels eines am Kraftfahrzeug angeordneten Aufnehmers und Erzeugen eines dem erfassten Geräusch entsprechenden Ausgangssignals,
Bandpassfilterung des Ausgangssignals, um einen für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich abzutrennen,
Effektivwertbildung des gefilterten Ausgangssignals,
Tiefpassfilterung des Effektivwertes,
Zuordnen des Effektivwertes zu einem Wert der Benetzung der Fahrbahnoberfläche unter Kompensation des Einflusses anderer Größen als der Benetzung auf den Effektivwert und Ausgaben dieses Wertes. Zum Erfassen des Spritzwassergeräusches oder des Abrollgeräusches wird zumindest ein im Radhaus an geschützter Stelle angeordnetes und gegen Körperschall geschütztes Mikrofon verwendet, dessen Bandbreite zumindest einen für die Benetzung der Fahrbahnoberfläche charakteristischen Frequenzbereich umfasst.

Aus der DE 195 43 137 A1 ist ein Sensor zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn mit einem schwingungsfähigen Körper und einem an diesem Körper angeordneten Signalaufnehmer bekannt, wobei dieser Körper gegenüber dem Aufbau des Fahrzeuges ein schwingungsdämpfendes Medium vorgesehen ist.

Aus der DE 31 01 307 C1 ist eine Anordnung zur Erfassung sich bewegender Gegenstände bekannt, enthaltend eine amplituden-abhängige Schaltung, die auf ein elektrisches Eingangssignal anspricht, um die Spitzenamplitude dieses Eingangssignals mit einer ersten Amplituden-Schwelle vorgegebener Größe zu vergleichen, um zwischen elektrischen Signalen, die für mindestens eine Klasse sich bewegender Gegenstände charakteristisch sind, und anderen elektrischen Signalen zu unterscheiden, und um ein erstes Amplituden- Schwellen-Signal abzuleiten, das vom Ergebnis dieses ersten Vergleichs abhängt, mit einer phasen-abhängigen Schaltung, die auf zwei elektrische Eingangssignale anspricht, um ein Phasen-Richtungs-Signal abzuleiten, das mit der relativen Phasen-Differenz zwischen diesen beiden Eingangssignalen verknüpft ist, eine Verarbeitungs-Schaltung, die sowohl mit der phasen-abhängigen Schaltung zum Empfang des Phasen-Richtungssinn-Signals als auch mit der amplituden-abhängigen Schaltung zum Empfang des Amplituden-Schwellen- Signals verbunden ist, um ein Ausgangssignal abzugeben, das die Erfassung eines sich bewegenden Gegenstandes anzeigt, wenn, während die erste Amplituden-Schwelle überschritten ist, das Phasen-Richtungssinn-Signal sich entsprechend einer Änderung in der Phasen-Voreilung/Verzögerung zwischen den beiden elektrischen Signalen ändert.

Aus der WO 95/25 912 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelementes für eine Bremse bekannt, wobei das Reibelement eine Oberfläche mit einer vorderen Kante, inneren und äußeren Umfangskanten und einer hinteren Kante aufweist, die bei der Betätigung der Bremse mit einem rotierenden Element in Eingriff kommen und eine Vielzahl von Frequenzen von hörbaren Geräuschen erzeugen, wobei das Reibelement die Erzeugung solch hörbarer Geräusche dämpft, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Durchführen einer Modal- und Frequenzganganalyse der Bremse zur Bestimmung der Eigenfrequenzen, die bei der Betätigung der Bremse erzeugt werden, um eine Modenform für das Reibelement zu entwickeln, wie sie durch die Kraftvektoren definiert ist, die sich im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Reibelements erstrecken und die Stelle auf dem Reibelement anzeigen, an der am wahrscheinlichsten hörbare Frequenzen auftreten;
Analysieren der Modenform des Reibelements zur Identifizierung der Kraftvektoren, die den Eigenfrequenzen entsprechen, die hörbare Geräusche erzeugen;
Identifizieren ausgewählter Stellen in der Nähe mindestens einer der Umfangskanten, die den Kraftvektoren der Modenform entsprechen, wobei die Kraftvektoren den Stellen des Reibelements entsprechen, die am anfälligsten für die Erzeugung der hörbaren Geräusche sind; und
Modifizieren des Reibelements durch Entfernen ausgewählter Abschnitte von mindestens einer der Umfangsflächen des Reibelements, um die Spannungsbeziehung innerhalb des Reibelements und folglich die Entwicklung der Eigenfrequenz in der Bremse während der Betätigung der Bremse zu ändern.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Quietschgeräuschen einer Fahrzeugbremse durch Erkennung von Signalspitzen in Messreihen im Zeit- oder Frequenzbereich zu schaffen, mittels derer eine hohe Erkennungsrate von Signalspitzen erreichbar ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu wird die Geräuschamplitude mittels eines Messaufnehmers aufgenommen und zunächst ein diskretes Amplituden-Spektrum der Messreihe erzeugt, wozu auf die prinzipiell bekannten Verfahren zurückgegriffen werden kann, wobei vorzugsweise die Fast-Fourier- Transformation FTT Anwendung findet. Dieses Amplituden-Spektrum wird zunächst geglättet, so dass sich ein Amplitudenspektrum ergibt, bei dem die Signalspitzen unterdrückt sind. Anschließend wird das Amplituden-Spektrum durch das geglättete Amplituden- Spektrum dividiert. Das Ergebnis stellt eine Überhöhung der Signalspitzen dar. Diese Überhöhung wird dann punktweise mit einem Schwellwert verglichen, wobei der Schwellwert entweder fest für das ganze Spektrum ist oder aber abschnittsweise unterschiedliche Schwellwerte Anwendung finden. Es sind auch Ausführungen möglich, wo der Schwellwert eine Funktion der Frequenz ist. Überschreitet die Überhöhung an einem Punkt den Schwellwert, so wird dieser Wert als Signalspitze erkannt. Insbesondere das Bremsgeräusch einer Fahrzeugbremse spiegelt sich in scharfen Linien im Amplituden-Spektrum wieder, so dass damit einfach und zuverlässig das Bremsgeräusch objektiv erkennbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das geglättete Amplituden-Spektrum durch eine Medianfilterung erzeugt. Hierzu werden um eine Frequenzstützstelle eine Anzahl der benachbarten Amplitudenwerte ihrer Größe nach geordnet. Anschließend wird der ursprüngliche Wert des Amplituden-Spektrums durch den mittleren Wert der Größensortierung ersetzt. Hierdurch wird relativ einfach das Amplituden-Spektrum stark geglättet und Signalspitzen zuverlässig unterdrückt.

Vorzugsweise ist die Filterlänge des Medianfilters einstellbar, um eine nutzerindividuelle Anpassung an verschiedene Signalverläufe zu realisieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwellwert einstellbar. Hierdurch kann nutzerindividuell die Empfindlichkeit eingestellt werden. Bei sehr großen Schwellwerten werden andere Störungen des Signalverlaufs besser unterdrückt, jedoch können einzelne nicht ausgeprägte Signalspitzen nicht erkannt werden. Bei geringen Schwellwerten hingegen werden gegebenenfalls Störungen als Signalspitzen interpretiert. Insbesondere in akustischen Spektren können dann Umgebungsgeräusche fälschlich als Signalspitze aufgefasst werden. Bei Anwendung des Verfahrens von Bremsgeräuschen einer Fahrzeugbremse wird der Schwellwert vorzugsweise zwischen 5 und 10 gewählt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dem Amplituden-Spektrum eine untere und obere Grenzfrequenz zugeordnet. Hierdurch kann der Rechenaufwand für die Erzeugung der einzelnen Spektren reduziert werden. Die Festlegung der unteren und oberen Grenzfrequenz erfolgt dabei vorzugsweise anhand von a priori Information über den physikalischen Inhalt der Messreihe. Bei der Erkennung von Bremsgeräuschen an einer Fahrzeugbremse kann beispielsweise die Erkenntnis ausgenutzt werden, dass diese sich erst im Bereich von einigen hundert Hertz bemerkbar machen, so dass die untere Grenzfrequenz zwischen 200 Hz und 500 Hz gewählt wird. Die obere Grenzfrequenz ist in diesem Fall die Wahrnehmungsgrenze durch das menschliche Ohr und kann daher kleiner als 20 kHz gewählt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Verfahrensergebnisse nach Frequenz und/oder Zeit durch eine Clusterung zusammengefasst, wodurch die Ergebnisse in kompakter und leicht erfassbarer Form darstellbar sind. Die Zusammenfassung nahe beieinander liegender Frequenzen ist sinnvoll, da bei einer Frequenzauflösung in der Größenordnung von beispielsweise 10 Hz ein Quietschgeräusch meist mehr als eine Frequenzstützstelle überdeckt. Vorzugsweise werden bei Clusterung auch kleine Lücken von einem Zeit-Block oder ein oder zwei Frequenzstützstellen übersprungen, die gegebenenfalls nutzerindividuell einstellbar sind.

Die Vorrichtung zur Erkennung von Bremsgeräuschen an Fahrzeugbremsen umfasst vorzugsweise für jede Fahrzeugbremse oder Fahrzeugachse am Fahrzeug mindestens einen Messaufnehmer. Dies ermöglicht eine genauere Lokalisierung der Geräuschquelle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Messaufnehmer mit anderen Sensoren zur Fahrzustandserkennung gekoppelt. Hierdurch kann das Verfahren situativ eingesetzt werden, da nur bei Verzögerung des Fahrzeuges ein Bremsgeräusch der Fahrzeugbremse auftreten kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erkennung von Quietschgeräuschen an einer Fahrzeugbremse,

Fig. 2a eine schematische Darstellung der Geräuscheamplitude über der Zeit,

Fig. 2b eine schematische Darstellung des Amplituden-Spektrums,

Fig. 2c eine schematische Darstellung des geglätteten Amplituden-Spektrums und

Fig. 2d eine schematische Darstellung der Überhöhung.

Die Vorrichtung 1 zur Erkennung von Brems-, insbesondere Quietschgeräuschen an einer Fahrzeugbremse umfasst zwei akustische Messaufnehmer 2, 3, zwei Beschleunigungssensoren 4, 5, jeweils einen Analog-Digital-Wandler 6, 7, eine Auswerteeinheit 8 und eine Anzeigeeinheit 9. Die akustischen Messaufnehmer 2, 3, die beispielsweise als Mikrofone ausgebildet sind, sind jeweils einer linken und rechten Fahrzeugbremse 10, 11 zugeordnet. Die Messaufnehmer 2, 3 sind jeweils mit den Analog- Eingängen des ihnen zugeordneten Analog-Digital-Wandlers 6, 7 verbunden, wo die Analog- Signale der Messaufnehmer 2, 3 mit einer Frequenz f_T abgetastet werden. Die Abtastfrequenz f_T ist dabei mindestens doppelt so groß wie die höchste interessierende Frequenz. Hierdurch wird das Nyquist-Kriterium bzw. das Abtast-Theorem von Shannon eingehalten, sodass bei der Diskretisierung kein Informationsverlust auftritt. Das digitalisierte Ausgangssignal der Analog-Digital-Wandler 6, 7 wird der Auswerteeinheit 8 zugeführt und dort ausgewertet. Das Ergebnis dieser Auswertung wird dann auf der Anzeigeeinheit 9 dargestellt. Zur Auswertung der Messreihen umfasst die Auswerteeinheit 8 im wesentlichen vier Funktionsblöcke, die sowohl software- als auch hardwaremäßig ausgebildet sein können. Zunächst werden die digitalisierten Amplituden-Zeit-Werte mittels einer Fast- Fourier-Transformation FFT in ein digitales Amplituden-Spektrum umgesetzt. Anschließend wird das erzeugte Amplituden-Spektrum einer Median-Filterung MF unterzogen, wodurch das Amplituden-Spektrum geglättet wird. Insbesondere Signalspitzen werden hierdurch wirksam unterdrückt. Anschließend wird das ungeglättete Amplituden-Spektrum durch das geglättete Amplituden-Spektrum dividiert. Als Ergebnis erhält man eine Überhöhung Φ, in der insbesondere die Signalspitzen extrem hervortreten, da diese im geglätteten Amplituden- Spektrum unterdrückt wurden. Punktweise wird dann überprüft, ob und bei welcher Frequenz die Überhöhung Φ größer als ein vorgegebener Schwellwert τ ist. Diese Werte stellen prinzipiell bereits das Ergebnis dar. Wie später noch erläutert wird, werden diese Ergebnisse über die Zeit und die Frequenz zusammengefasst, um eine kompaktere Ergebnisdarstellung zu realisieren. Diese Zusammenfassung bzw. Clusterung CL wird dann auf der Anzeigeeinheit 9 dargestellt und/oder in einem nicht dargestellten Speicher für spätere Auswertungen abgespeichert. Vorzugsweise werden die Zeitreihen abgespeichert, da aus diesen alle anderen Ergebnisse später wieder reproduzierbar sind. Mittels der Beschleunigungssensoren 4, 5 kann das Bremsgeräusch eindeutig lokalisiert werden. Dabei sei angenommen, dass das Verfahren stets aktiviert wird, wenn die Fahrzeugbremse betätigt wird, was beispielsweise durch Signale an den Bremsleuchten erkennbar ist. Um nun zu verhindern, dass Störgeräusche von benachbarten Fahrzeugen als eigene Bremsgeräusche interpretiert werden, kann das Amplitudenspektrum der Geräusche mit dem Amplitudenspektrum der Beschleunigung verglichen werden. Durch die Korrelation der beiden Spektren lässt sich somit erkennen, ob wirklich die eigene und welche Fahrzeugbremse die Geräuschequelle war.

Die einzelnen Verfahrensschritte sollen nachfolgend anhand der Fig. 2a-d näher erläutert werden. In der Fig. 2a ist die Geräuschamplitude an einer Fahrzeugbremse dargestellt. Es hat sich herausgestellt, dass ein Bremsgeräusch, insbesondere ein Quietschgeräusch, an scharfen Linien im Spektrum zu erkennen ist, nicht jedoch unbedingt in der Geräuschamplitude selbst zu erkennen ist. Daher wird aus der Geräuschamplitude zunächst ein Amplituden-Spektrum erzeugt. In einem Zeitintervall T wird das Signal N_f - mal abgetastet, sodass gilt:

Die Wahl der Parameter T, N_f und f_T hängt davon ab, welche Frequenzauflösung erzielt werden soll und in welchem Spektralbereich das Amplitudenspektrum erzeugt werden soll. Aufgrund der Tatsache, dass das menschliche Hörvermögen begrenzt ist, können Frequenzanteile oberhalb von 18 kHz vernachlässigt werden. Daher wird f_T auf beispielsweise 50 kHz festgelegt, sodass das Abtasttheorem erfüllt ist. Die erreichbare Frequenzauflösung ist abhängig von der Abtastfrequenz im Verhältnis zur Anzahl der Abtastwerte. Die Frequenzauflösung wird dabei vorzugsweise zwischen 3 und 100 Hz gewählt, sodass sich hieraus eine entsprechende Anzahl von Abtastwerten ergibt.

Zur Erzeugung des Amplituden-Spektrums wird die Geräuschamplitude im Zeitintervall T einer Fourieranalyse unterzogen, wobei vorzugsweise eine Fast-Fourier-Transformation Anwendung findet. Das Ergebnis sind

diskrete Werte eines Amplitudenspektrums. Dabei ist a_o der Gleichspannungsanteil sowie a_i die Amplitude der i- ten Ordnung. Ein derartiges mögliches Ergebnis ist in Fig. 2b schematisch dargestellt.

Dieses Amplituden-Spektrum wird dann punktweise einer Medianfilterung unterworfen, wodurch scharfe Linien, d. h. starke Signalanteile geringer Brandbreite, entfernt werden. Dies soll beispielhaft an dem Spektralanteil a_i in der Fig. 2b erläutert werden. Zur Ermittlung des mediangefilterten Wertes für a_i wird eine Anzahl von benachbarten Werten herangezogen. Beispielhaft sind dies jeweils zwei links und rechts benachbarte Werte. Somit ergibt sich eine Reihe (a_i-2, a_i-1, a_i, a_i+1, a_i+2). Diese Reihe wird nun der Größe nach sortiert, sodass sich folgende Reihe ergibt: (a_i, a_i-1, a_i-2, a_i+2, a_i+1). Der mittlere Wert a_i-2 stellt den mediangefilterten Wert b_i für den Wert a_i dar. Dieses Verfahren wird nun punktweise durchgeführt, sodass sich das in Fig. 2c dargestellte geglättete Amplitudenspektrum ergibt. Dabei wird die Anzahl der berücksichtigten Amplitudenwerte pro punktweiser Filterung Filterlänge genannt. Die Filterlänge multipliziert mit der Frequenzauflösung entspricht der Filterbandbreite. Wie leicht ersichtlich, kann die Medianfilterung für die unteren und oberen Amplitudenwerte a_i nicht durchgeführt werden, da dort die benachbarten Werte fehlen. Dies ist jedoch bei der Erkennung von Bremsgeräuschen an einer Bremsanlage unkritisch, da diese ohnehin nur im Frequenzbereich von ca. 200 Hz bis 18 kHz auftreten.

Praktische Werte bei einer Abtastfrequenz f_T = 50 kHz sind beispielsweise N_f = 8192, sodass sich bei einer Filterbandbreite von ca. 500 Hz eine Filterlänge von 81 ergibt. Allerdings sollte insbesondere die Frequenzauflösung und die Filterbandbreite für einen Nutzer bzw. für unterschiedliche Anwendungen einstellbar sein, sodass sich auch jeweils eine unterschiedliche Filterlänge einstellt.

In der Fig. 2d ist letztlich die Überhöhung Φ dargestellt, die sich aus der punktweisen Division von a_i/b_i ergibt. Da die Überhöhung das Verhältnis zweier Geräuschamplituden beschreibt, bietet es sich an, die Überhöhung Φ in Dezibel als ϕ = 20 log(Φ_i) anzugeben. Die Überhöhung Φ_i wird mit einem Schwellwert τ verglichen, um ein Bremsgeräusch zu detektieren. Der Schwellwert τ kann dabei konstant sein oder eine Funktion der Frequenz sein. Im dargestellten Beispiel ist τ = 2,5 = constant als gestrichelte Horizontale eingezeichnet. Der Schwellwert τ sollte ebenfalls vom Anwender einstellbar sein. Das Ergebnis des Schwellwertvergleichs ist zunächst eine Liste von Indizes k₁ . . . k_r der Frequenzstützstellen mit Φ_kj < τ. Für die weitere Verarbeitung werden die zugehörigen spektralen Amplitudenwerte (α_kj) r|j=1 verwendet.

Im Prinzip kann man die Werte a_kj bereits als Ergebnis verwenden. Es bezieht sich dann allerdings in dieser Form nur auf die recht kurze Zeitdauer, die das Spektrum überstreicht. Bei einer Abtastfrequenz von 50 kHz und einer Blockgröße von 8192 Werten sind das gerade einmal 8192/50 kHz = 164 ms.

Im Sinne einer kompakten Darstellung der Ergebnisse für eine Bremsung, z. B. in einer Tabelle der Form

ist es jedoch notwendig, die Ergebnisse der einzelnen Blöcke zu vereinen. Dazu ist es notwendig, die a_kj sowohl über die Zeit als auch über die Frequenz zusammenzufassen, wenn sie nahe genug beieinander liegen. Die Zusammenfassung nahe beieinander liegender Frequenzen ist sinnvoll, da bei einer Frequenzauflösung in der Größenordnung von 10 Hz ein Quietschgeräusch meist mehr als eine Frequenzstützstelle überdeckt Die Zusammenfassung über eine Zeit ist nötig, um eine kompakte Darstellung als Intervall von . . . bis realisieren zu können. In beiden Richtungen (Zeit und Frequenz) sollte eine Zusammenfassung auch kleine Lücken von z. B. einem Block oder ein bis zwei Frequenzstützstellen überspringen können. Die Parameter zur Festlegung der Lückenbreite sollten für den Anwender zugänglich sein.

Claims (20)

1. Verfahren zur Erkennung von Signalspitzen in Messreihen im Zeit- oder Frequenzbereich zur Erkennung von Quietschgeräuschen einer Fahrzeugbremse, umfassend folgende Verfahrensschritte:

• a) Erzeugen eines diskreten Amplituden-Spektrums (a_i) der Messreihe,
• b) Erzeugen eines geglätteten diskreten Amplituden-Spektrums (b_i) der Messreihe des Amplituden-Spektrums (a_i) gemäß Verfahrensschritt a),
• c) punktweises Dividieren des Amplituden-Spektrums (a_i) gemäß Verfahrensschritt a) durch das Amplitudenspektrum (b_i) gemäß Verfahrensschritt b),
• d) punktweises Vergleichen der Ergebnisse nach Verfahrensschritt c) mit einem Schwellwert (τ) und
• e) Bewerten der Messwerte im Amplituden-Spektrum (a_i) gemäß Verfahrensschritt a) als Signalspitzen, wenn der Schwellwert (τ) gemäß Verfahrensschritt d) überschritten wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geglättete Amplituden- Spektrum (b_i) durch eine Medianfilterung (MF) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlänge des Medianfilters (MF) einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (τ) einstellbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (τ) zwischen 5 und 10 gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Amplituden-Spektrum (a_i) eine untere und obere Grenzfrequenz zugeordnet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenzfrequenz zwischen 200 Hz und 500 Hz liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenzfrequenz kleiner als 20 kHz ist.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensergebnisse nach Frequenz und/oder Zeit durch eine Clusterung (CL) zusammengefasst werden.

10. Vorrichtung zur Erkennung von Signalspitzen in Messreihen im Zeit- oder Frequenzbereich zur Erkennung von Quietschgeräuschen einer Fahrzeugbremse, umfassend mindestens Messaufnehmer zur Signalerfassung, einen Analog- Digitalwandler und eine Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die digitalisierte Messreihe in ein Amplituden-Spektrum (a_i) umsetzbar ist, von dem digitalen Amplituden-Spektrum (a_i) ein geglättetes Amplituden- Spektrum (b_i) erzeugbar ist, das Amplituden-Spektrum (a_i) punktweise durch das geglättete Amplituden-Spektrum (b_i) dividierbar ist, die Überhöhungen Φ mit einem Schwellwert (τ) vergleichbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) mit einem Median-Filter (MF) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterlänge des Median-Filters (MF) veränderbar einstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (τ) veränderbar einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (8) eine untere und/oder obere Grenzfrequenz eingebbar ist, wobei die Überhöhung Φ, nur zwischen den Grenzwerten erzeugt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz (f_T) des Analgog-Digitalwandlers (6, 7) mindestens doppelt so groß ist wie der obere Grenzwert.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die Ergebnisse nach Frequenz und/oder Zeit zusammenfassbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) eine Anzeigeeinheit (9) zugeordnet ist, auf der die Ergebnisse darstellbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einer Speichereinrichtung zum Abspeichern der Ergebnisse und/oder Amplituden-Spektren (a_i) und/oder Zeitreihen ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekenzeichnet, dass sie zur Erkennung von Bremsgeräuschen an Fahrzeugbremsen eingesetzt wird und dass jeder Fahrzeugbremse (10, 11) oder jeder Fahrzeugachse am Fahrzeug mindestens ein Messaufnehmer (2, 3) zugeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messaufnehmer (2, 3) mit anderen Sensoren zur Fahrzeugzustandserkennung gekoppelt sind.