DE10161059A1 - Zahnrad-Zustands-Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation - Google Patents

Abstract

Zahnrad-Zustands-Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation, das folgende Schritte aufweist: (a) Ermitteln eines Spannungswertes, der im Zusammenhang mit Änderungen der Drehzahl eines Zahnrads steht, wobei der Spannungswert ein Ausgabewert eines Impulsgenerators ist, (b) Ausführen einer Frequenzmodulation des Spannungswertes mittels einer Überwachungseinheit, (c) Erfassen der Drehzahl des Zahnrads, indem eine Frequenzdemodulation des frequenzmodulierten Spannungswertes ausgeführt wird, wobei ein Abtastverfahren benutzt wird, und (d) Überwachen der demodulierten Frequenz und Verfolgen von Änderungen der Rotation des Zahnrads, um festzustellen, ob Fehler am Zahnrad vorhanden sind (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad-Zustands-Diagnose- Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zahnrad-Zustands- Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation, bei dem ein Impulserzeuger in unmittelbarer Nähe eines Zahnrads innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet ist und bei dem Ausgabesignale des Impulserzeugers moduliert und abgetastet werden, wonach die Signale demoduliert werden, um Änderungen in der Rotation des Zahnrads zu verfolgen.

Das Getriebe eines Fahrzeugs weist eine Mehrzahl von Zahnrädern auf. Bestimmte Zahnräder stehen im Eingriff mit anderen, in Abhängigkeit vom benötigten Schaltbereich oder von der benötigten Geschwindigkeit in den Bereichen. Als das Ergebnis wird ein Drehmoment an der Eingangswelle gemäß dem Übersetzungsverhältnis an die Ausgangswelle übertragen.

Im Entwicklungsstadium eines Fahrzeugs wird ein Prototyp- Getriebe konstruiert und das Getriebe wird verschiedenen Tests unterzogen. In einem solchen Test wird mittels Messungen festgestellt, ob Fehler an den Getriebezahnrädern auftreten. Es gibt verschiedene Wege, diese Tests durchzuführen, und dazu gehören ein Diagnoseverfahren, das Geräusche ermittelt, die von Fehlern an den Zähnen eines Zahnrades erzeugt werden, ein Diagnoseverfahren, bei dem die Ausgangsdrehzahl auf einem Monitor dargestellt wird, ein Verfahren, das unter anderen Signale der Veränderung des Drehmoments benutzt. Um diese Verfahren anzuwenden, muss der Zahnradzustand detektiert werden. Dies wird typischerweise realisiert, indem eine Überwachung ausgeführt wird, bei der ein Drehzahlmesser benutzt wird, um Abtriebszahnrad-U/min und CV-Verbund-U/min zu ermitteln.

Es gibt auch ein Verfahren, bei dem ein Oszilloskop, ein Vibroskop und/oder ein Beschleunigungsmessgerät an einer bestimmten Position relativ zu einem Getriebe vorgesehen sind und bei dem Änderungen der Vibration und/oder der Beschleunigung derart ermittelt werden, dass das Entstehen von Fehlern im Moment ihres Auftretens erkannt werden kann.

Fig. 1 ist ein Schaubild, das Veränderungen in den Ausgangs-U/min über der Zeit gemäß einem Zahnrad-Zustands- Diagnose-Verfahren unter Anwendung eines Fahrzeug- Drehzahlmessgeräts zeigt.

Um Zahnradfehler während der Entwicklung des Fahrzeugs zu ermitteln, wird die von einem Fahrzeug-Drehzahlmessgerät ermittelte Fahrzeug-Drehzahl überwacht. Das bedeutet, es werden die Ausgangs-U/min über der Zeit ermittelt und es wird bestimmt, bis zu welchem Grad, falls überhaupt, die Ausgangs-U/min von den normalen Ausgangs-U/min abweichen. Wenn die Ausgangs-U/min nicht mit den normalen Ausgangs- U/min übereinstimmen, wird festgestellt, dass ein Zahnradfehler an einer Stelle aufgetreten ist, an welcher die Ausgangs-U/min von den normalen Ausgangs-U/min abweichen. Fig. 1 illustriert einen Fall, in dem ein Zahnradfehler bei ungefähr 2,0 Sekunden auftritt, resultierend in einem abrupten Abfall der Fahrzeug-Drehzahl (d. h. Ausgangs-U/min).

Solche wie oben beschriebenen Diagnoseverfahren erfordern jedoch im Anfangsstadium der Entwicklung einen beträchtlichen Aufwand an Zeit und Kosten und die Umstände unmittelbar vor und nach dem Auftreten eines Fehlers sind unbekannt, so dass es schwierig ist, die Ursachen von Fehlern zu beseitigen.

Ferner ist es, wenn ein Vibroskop oder ein Fahrzeug- Drehzahlmessgerät zum Bestimmen von Zahnradfehler benutzt werden, obwohl komplexe Gesamtfehler des Getriebes ermittelt werden, unmöglich, Momentanänderungen der Umdrehungszahl während der Rotation und die gegenwärtigen Bedingungen beim Auftreten eines Fehlers an einem Zahnrad zu messen. Demgemäß ist eine zuverlässige Beseitigung von auftretenden Fehlern schwierig zu bewerkstelligen.

Die Erfindung wurde in dem Bemühen geschaffen, oben geschilderte Probleme zu lösen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Zahnrad-Zustands- Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation zu schaffen, bei dem ein Impulserzeuger in unmittelbarer Nähe eines Zahnrads innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnet ist und bei dem Ausgabesignale des Impulserzeugers frequenzmoduliert und abgetastet werden, wonach die Signale wieder demoduliert werden, um Änderungen in der Rotation des Zahnrads zu verfolgen.

Durch die Erfindung wird ein Zahnrad-Zustands-Diagnose- Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Ermitteln eines Spannungswertes, der im Zusammenhang mit Änderungen der Drehzahl eines Zahnrads steht, wobei der Spannungswert der Ausgabewert eines Impulsgenerators ist, (b) Ausführen einer Frequenzmodulation des Spannungswertes mittels einer Überwachungseinheit, (c) Erfassen der Drehzahl des Zahnrads, indem eine Frequenzdemodulation des frequenzmodulierten Spannungswertes ausgeführt wird, wobei ein Abtastverfahren benutzt wird, und (d) Überwachen der demodulierten Frequenz und Verfolgen von Änderungen der Rotation des Zahnrads, um festzustellen, ob Fehler am Zahnrad vorhanden sind.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird im Schritt (a) der als eine Rechteck-Welle zum Ausdruck kommende Spannungswert mittels der Überwachungseinheit in eine Sägezahn-Welle konvertiert, wobei ein Spannungs- Frequenz-Wandler benutzt wird und die Überwachungseinheit bei der Frequenzdemodulation die abgetasteten Frequenzsignale in Ausgangs-U/min konvertiert, indem Frequenzdemodulation angewendet wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird im Schritt (b) festgestellt, dass Fehler am Zahnrad vorhanden sind, wenn eine Aufzeichnung von Änderungen der Rotation des Zahnrads ungleichmäßig ist.

Die begleitenden Zeichnungen, die in die Beschreibung einbezogen sind und Teil der Beschreibung bilden, illustrieren eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung als Erläuterung der Prinzipien der Erfindung:

Fig. 1 ist ein Schaubild, das Änderungen der Ausgangs-U/min über der Zeit zeigt.

Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Zahnrad-Zustands- Diagnose-Verfahrens unter Anwendung von Frequenzdemodulation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, von welcher die Anordnung eines Impulsgenerators illustriert wird.

Fig. 4 zeigt Schaubilder eines Beispiels eines erfassten Signals und eines Frequenzmodulations-Signals eines Impulsgenerators, und

Fig. 5 ist eine Wellenform von U/min. die mittels Frequenzdemodulation berechnet ist.

Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Zahnrad-Zustands- Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung, von welcher die Anordnung eines Impulsgenerators illustriert wird.

Als erstes wird im Schritt ST21 ein Impulsgenerator 22 an einer vorbestimmten Position angeordnet, die an ein Zahnrad 21 angrenzt, das einer Diagnose unterzogen werden soll. Als nächstes ermittelt der Impulserzeuger 22 im Schritt ST22 einen Spannungswert einer Wellenform, der zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert oszilliert, so wie sich das Zahnrad 21 dreht, das bedeutet, so wie der Impulsgenerator 22 abwechselnd von den Spitzen der Zähne und den Zwischenräumen zwischen den Zähnen passiert wird. Der vom Impulsgenerator 22 ermittelte Spannungswert oszilliert in einer Periode zwischen einem Maximalwert von 1 und einem Minimalwert von -1, um so eine Rechteck- Wellenform zu erzeugen, oder der Spannungswert wird, wie in (a) der Fig. 4 gezeigt, als eine Sägezahn-Wellenform dargestellt.

Der vom Impulsgenerator 22 ermittelte Spannungswert wird an eine Überwachungseinheit 23 gegeben. Die Überwachungseinheit 23 benutzt einen Spannungs-Frequenz- Wandler, um eine Frequenzmodulation des in (a) in Fig. 4 gezeigten Eingangs-Spannungswerts derart auszuführen, dass im Schritt ST23 eine wie in (b) in Fig. 4 gezeigte Wellenform erzeugt wird. Anschließend führt die Überwachungseinheit 23 im Schritt ST24 während einer vorbestimmten Abtastzeit das Abtasten der erzeugten Welle aus. Das Frequenzmodulations-Signal, das während der vorbestimmten Abtastzeit abgetastet wurde, wird dann im Schritt ST25 unter Anwendung von Frequenzdemodulation demoduliert.

Ferner ermittelt die Überwachungseinheit 23 im Schritt ST26 Veränderungen der Rotation in Absolut-U/min (Absolut- Frequenzen) in Bezug auf das abgetastete und frequenzdemodulierte Signal im Schritt ST26. Demgemäß werden mit Bezug auf Fig. 5 Veränderungen der Ausgangs- U/min in Bezug auf den Verlauf der Zeit, die von der Frequenzdemodulation errechnet wurden, derart verfolgt, dass bestimmt werden kann, ob das überwachte Zahnrad 21 Fehler aufweist. Das bedeutet, dass Veränderungen der Rotation des Zahnrads 21 präzise ermittelt werden können, so dass Fehler frühzeitig entdeckt werden können.

Es wird dann im Schritt ST27 festgestellt, ob eine zugehörige Aufzeichnung von aufgezeichneten Änderungen der Rotation ungleichmäßig ist. Wenn die Rotation ungleichmäßig ist, wird im Schritt ST28, nachdem der Prozess beendet ist, festgestellt, dass das Zahnrad eine Fehlfunktion aufweist. Wenn im Schritt ST27 festgestellt wird, dass die zugehörige Aufzeichnung der verfolgten der Änderungen der Rotation gleichmäßig ist, wird Schritt ST28 nicht ausgeführt, da dies ein normal arbeitendes Zahnrad anzeigt, und der Prozess ist beendet.

Daher sind, mit dem Verfahren der Erfindung, in dem Fall, dass Pitting eines Zahnrads oder eine Beschädigung an den Zähnen eines Zahnrads aufgetreten ist, die Aufzeichnung der Veränderungen der Rotation und die resultierende Wellenform nicht gleichmäßig. Auch ist in diesem Fall der Fehler- U/min-Nachweis sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drehzahlen möglich.

Ferner sind in der Entwicklungsphase durchgeführte Tests erleichtert, da die präzise Diagnose von Zahnradfehlern an einem Prototyp-Getriebe möglich ist. Ebenso können, wenn Zahnradfehler frühzeitig entdeckt werden und eine Aufzeichnung von U/min-Veränderungen analysiert wird, Momentanänderungen in den U/min in Bezug auf die Zahnradzähne derart festgestellt werden, dass die Situation vor und nach Änderungen in der Drehzahl während des Ineinandergreifens der Zahnräder bekannt ist. Demgemäß ist es möglich, in Bezug auf die Ursachen der Fehler beim Zahn- Ineinandergreifen eine Analyse derart durchzuführen, dass Zahnradfehler, die Rattern verursachen, leicht korrigiert werden können.

Bei dem oben beschriebenen Zahnrad-Zustands-Diagnose- Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation der Erfindung werden Messungen des Zahnradzustandes zur Zahnradfehler-Diagnose derart präzise durchgeführt, dass bei hoher Drehzahl des Zahnrads präzise und zuverlässige Daten erhalten werden können. Als ein Ergebnis ist das frühzeitige Feststellen der Ursachen von Zahnradfehlern möglich und können zuverlässige Ergebnisse und Feststellungen in der Entwicklungsphase erhalten werden.

Ferner können Fehler, die in jedem Schaltbereich eines Getriebes entstehen, frühzeitig entdeckt werden, um dadurch einen Schaden am Getriebe zu verhindern. Demgemäß wird die Zeit eingespart, die für einen kompletten Ausbau des Getriebes benötigt wird. Zudem wird, da eine Beschädigung des Getriebes verhindert wird, die Anzahl der in der Entwicklung benutzten Getriebe verringert, so dass die Gesamtentwicklungskosten reduziert werden. Schließlich werden Gefahren und Unannehmlichkeiten vermieden, die mit Verfahren nach dem Stand der Technik verbunden sind, bei denen Geräusche und Vibrationen bestimmt werden, indem Tests an einem laufenden Getriebe durchgeführt werden, um festzustellen, ob Fehler vorhanden sind.

Claims (4)

1. Zahnrad-Zustands-Diagnose-Verfahren unter Anwendung von Frequenzdemodulation, das folgende Schritte aufweist:

• a) Ermitteln eines Spannungswertes, der im Zusammenhang mit Änderungen der Drehzahl eines Zahnrads (21) steht, wobei der Spannungswert ein Ausgabewert eines Impulsgenerators (22) ist,
• b) Ausführen einer Frequenzmodulation des Spannungswertes mittels einer Überwachungseinheit (23),
• c) Erfassen der Drehzahl des Zahnrads (21), indem eine Frequenzdemodulation des frequenzmodulierten Spannungswertes ausgeführt wird, wobei ein Abtastverfahren benutzt wird, und
• d) Überwachen der demodulierten Frequenz und Verfolgen von Änderungen der Rotation des Zahnrads (21), um festzustellen, ob Fehler am Zahnrad vorhanden sind.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (a) der Spannungswert, der ein Ausgabewert des Impulsgenerators (22) ist, als Rechteck-Welle dargestellt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (a) der Spannungswert, der ein Ausgabewert des Impulsgenerators (22) ist, als Sägezahn-Welle dargestellt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (b) festgestellt wird, dass Fehler am Zahnrad vorhanden sind, wenn eine Aufzeichnung von Änderungen der Rotation des Zahnrads (21) ungleichmäßig ist.