DE102006055012B4

DE102006055012B4 - Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006055012B4
Application number: DE102006055012.9A
Authority: DE
Inventors: Marcus Schneider; Markus Becker; Thomas Scheuerle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: US20080134789A1; FR2908826B1; JP2008129023A; DE102006055012A1; JP5373279B2; US7971475B2; FR2908826A1

Abstract

Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (5) umfassend mindestens einen Schall-Empfänger (7) und einen Schall-Sender (6), wobei der Schall-Empfänger (7) Schallwellen in ein elektrisches Signal wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass Schallwellen der Brennkraftmaschine (2) mit dem Schall-Empfänger (7) der Sensoreinheit (5) aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt werden und das elektrische Signal zur Diagnose des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (2) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall-Sender (6) und der Schall-Empfänger (7) für das Senden bzw. Empfangen von Ultraschall eingerichtet sind.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensoreinheit, umfassend einen Schall-Sender und einen Schall-Empfänger, wobei der Schall-Empfänger Schallwellen in ein elektrisches Signal wandelt. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines solchen Verfahrens.
Bei älteren Kraftfahrzeugmodellen besitzt der Fahrer die Möglichkeit anhand des von ihm wahrgenommenen Motorgeräusches auf etwaige Probleme bzw. Fehler oder Schäden zu schließen. Beispielsweise kann ein Pfeifen eines Keilriemens wahrgenommen werden und dadurch auf einen möglichen Fehler, wie z.B. eine zu geringe Spannung des Keilriemens, geschlossen werden. Das Klappern eines Turboladers kann wahrgenommen werden usw. Die Geräuschdämmung im Motorraum sowie im Fahrgastraum bei heutigen Fahrzeugen ist allerdings so hoch, dass diese Möglichkeit weitgehend entfällt und der Fahrer sich nur auf die Diagnose- bzw. Warnleuchten der einzelnen Fahrzeugkomponenten bzw. Motorkomponenten verlassen kann.
Aus der DE 10 2004 013 767 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubstellung einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird ein störungsfreier Betrieb der Ventilhubverstellung anhand eines Vergleichs einer Soll-Frequenz mit einer Ist-Frequenz eines aufgezeichneten Köperschalls vorgenommen.
Aus der DE 100 33 586 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung bekannt. Hierfür wird zu Diagnosezwecken ein Signal eines Klopfsensors mit Schwellwerten verglichen.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist aus der US 6,925,879 B2 und der JP H11-37 898 A bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Diagnosemöglichkeiten von Komponenten des Kraftfahrzeuges, insbesondere der Brennkraftmaschine und deren Komponenten, zu erweitern.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm nach den unabhängigen Ansprüchen. Insbesondere wird dieses Problem gelöst durch ein Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einer Sensoreinheit umfassend mindestens einen Schall-Empfänger, wobei der Schall-Empfänger Schallwellen in ein elektrisches Signal wandelt, wobei Schallwellen der Brennkraftmaschine mit dem Schall-Empfänger der Sensoreinheit aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt werden und das elektrische Signal zur Diagnose des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine verwendet wird. Die Diagnose des Betriebszustandes umfasst sowohl eine Diagnose auf Fehler, beispielsweise schadhafte Aggregate der Brennkraftmaschine, als auch eine Überwachung von Betriebsparametern wie Einspritzzeitpunkte, Einspritzmengen, Zündzeitpunkte, Ventilöffnungs- und - Schließzeitpunkte, Vibrationen und dergleichen. Der Schall-Empfänger ist üblicherweise ein Mikrofon. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schallwellen Luft- und/oder Körperschall umfassen. Luftschall ist der über die Umgebungsluft zwischen Brennkraftmaschine bzw. den der Brennkraftmaschine zugeordneten Aggregaten und dem Empfänger übertragene Schall, Körperschall wird entsprechend über Festkörper wie der Fahrzeugkarosserie zwischen der Brennkraftmaschine bzw. den zugeordneten Aggregaten und dem Empfänger übertragen. Die Schallwellen umfassen vorzugsweise Schallwellen im Ultraschallbereich. Die Sensoreinheit umfasst erfindungsgemäß einen Schall-Sender und einen Schall-Empfänger. Bei der Sensoreinheit handelt es sich vorzugsweise um Ultraschallsensoren, die normalerweise für Funktionen wie eine Einparkhilfe, eine Parklückenvermessung usw. verwendet werden. Die Ultraschallsensoren verfügen über einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger, wobei der Ultraschallsensor ein ultraschallfrequentes Signal ausstrahlt, das von einem in der Nähe befindlichen Gegenstand reflektiert wird, und von dem Empfänger wieder aufgenommen wird. Anhand der Laufzeit wird der Abstand zu dem Gegenstand gemessen. Erfindungsgemäß wird der Empfänger nun allein, also selbständig und nicht mehr im Verbund mit dem Sender als Sende-Empfangsanlage, betrieben. Der Schall-Sender und der Schall-Empfänger sind erfindungsgemäß für das Senden bzw. Empfangen von Ultraschall eingerichtet. Die Sensoreinheit kann als geschlossene Baugruppe ausgeführt sein, es können aber auch Sender und Empfänger voneinander getrennt in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Üblicherweise sind mehrere Sensoreinheiten zur Abstandsmessung im Kraftfahrzeug angeordnet, beispielsweise zwei im Frontbereich und zwei im Heckbereich, so dass im Bereich der linken und rechten Vorder- bzw. Hinterkante des Fahrzeuges ein Abstand gemessen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sämtliche in dem Kraftfahrzeug angeordnete Sensoren, Teile der Sensoren oder nur ein einzelner Sensor zur Schallmessung verwendet werden. Wird nur einer oder ein Teil der Sensoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet, so bietet es sich an, einen oder mehrere Sensoren auszuwählen, die bezüglich der Übertragung von Luft- oder Körperschall von der Brennkraftmaschine bevorzugt in dem Fahrzeug angeordnet sind, z.B. Empfänger von Sensoren, die nahe an der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verwendung des elektrischen Signals zur Diagnose des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine eine Bestimmung von Signalanteilen bei vorgegebenen Frequenzspektren umfasst. Bestimmte Störungen, Fehler oder Defekte einer Brennkraftmaschine oder ihr zugeordnete Aggregate erzeugen zusätzliche Vibrationen und damit zusätzlichen Luft- bzw. Körperschall einer bestimmten Frequenz. Überschreitet das von einer Sensoreinheit bzw. dem Empfänger der Sensoreinheit aufgenommene Schallspektrum bei einer bestimmten Frequenz eine Maximalamplitude, so deutet dies auf einen entsprechend zugeordneten Fehler hin. Statt einer Frequenz kann auch das Frequenzspektrum mit einem einem Fehler der Brennkraftmaschine zugeordneten Vergleichsspektrum verglichen werden, beispielsweise durch Vergleichsmethoden, wie ein so genanntes Pattern Matching oder durch eine Kreuzkorrelation mit dem Vergleichsspektrum. Beim Überschreiten einer Maximalamplitude eines Spektrums wird vorzugsweise ein dem Spektrum zugeordneter Fehler ausgegeben. Entsprechend wird bei Überschreiten eines Maximalwertes einer Kreuzkorrelation zwischen Frequenzspektrum und Vergleichsspektrum ein dem Vergleichsspektrum zugeordneter Fehler ausgegeben.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schallwellen der Brennkraftmaschine mit dem Empfänger der Sensoreinheit oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs aufgenommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird also erst oberhalb der Mindestgeschwindigkeit angewandt, unterhalb der Mindestgeschwindigkeit wird das Verfahren nicht angewandt.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist sowie ein Computerprogramme mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch die Verwendung einer Sensoreinheit, insbesondere einer Ultraschall-Abstandssensors in einem Kraftfahrzeug, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Skizze eines Kraftfahrzeuges mit Sensoreinheiten;

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt eine Skizze eines Kraftfahrzeuges 1 mit einer Brennkraftmaschine 2, hier kann es sich um einen Ottomotor, einen Dieselmotor, einen Wankelmotor oder dergleichen handeln, ein nicht näher dargestelltes Getriebe, beispielsweise ein Schaltgetriebe, das mit einer Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, oder ein Automatikgetriebe, wobei das Getriebe Antriebsräder 3 antreibt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Steuergerät 4, das sämtliche Funktionen, u.a. auch der Brennkraftmaschine, steuert. Das Steuergerät 4 kann in Einzelsteuergeräte für unterschiedliche Funktionen aufgeteilt sein, es kann beispielsweise ein Steuergerät für die Brennkraftmaschine selbst sowie ein Steuergerät zur Steuerung von Funktionen im Fahrgasraum und für akustische und optische Ausgaben sowie Entgegennahme von Bedienereingaben vorhanden sein. Das Kraftfahrzeug umfasst mehrere Sensoreinheiten 5, die jeweils einen Schall-Sender 6 sowie einen Schall-Empfänger 7 umfassen. Der oder die Schall-Sender 6 und der oder die Schall-Empfänger 7 sind beispielsweise Ultraschall-Sender bzw. UltraschallEmpfänger wie im Stand der Technik als Einparkhilfe bekannt. Mindestens einer der Schall-Empfänger 7 kann zusätzlich für den Empfang von Schall unterhalb des Ultraschalls ausgelegt sein. Die Sensoreinheiten 5 sind jeweils über elektrische Leitungen 8 oder beispielsweise ein Bus-System wie einem CAN-BUS mit dem Steuergerät 4 verbunden. Die Sensoreinheiten 5 dienen in an sich bekannter Weise der Messung des Fahrzeugabstandes zu Hindernissen, beispielsweise als Einparkhilfe oder dergleichen. Die Brennkraftmaschine 2 erzeugt im Betrieb Schallwellen, die sich als Luftschall sowie als Körperschall über die Fahrzeugkarosserie ausbreiten. Insbesondere der Luftschall, aber je nach Ausführung der Sensoreinheiten auch der Körperschall, der in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine können durch die Schall-Empfänger 7 der Sensoreinheit 5 empfangen werden. Gegebenenfalls sind hier zusätzliche Vorkehrungen zu treffen, z.B. Öffnungen oder dergleichen zur Übertragung der Schallwellen von einem Motorraum, in dem die Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist, zu mindestens einem der Schall-Empfänger 7 der Sensoreinheiten 5.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine erreichen zumindest eine der Sensoreinheiten 5 Schallwellen, die von dem Schall-Empfänger 7 in elektrische Signale umgewandelt werden und dem Steuergerät 4 zugeführt werden. Die elektrischen Signale können z.B. im Zeit- oder Frequenzbereich, beispielsweise nach einer Fourier-Transformation oder Fast-Fourier-Transformation ausgewertet werden. Das Frequenzspektrum des elektrischen Signals und damit das Frequenzspektrum der gemessenen Schallwellen werden beispielsweise mit Vergleichs-Frequenzspektren verglichen, wobei die Vergleichs-Frequenzspektren mit Brennkraftmaschinen aufgenommen sind, bei denen Einzelteile oder einzelne Aggregate der Brennkraftmaschine fehlerhaft sind. Fehlerhafte Einzelteile oder fehlerhafte Teilaggregate einer Brennkraftmaschine können dabei von dem ursprünglichen Frequenzspektrum abweichende Frequenzspektren erzeugen.
Ein Keilriemen, beispielsweise ein Keilriemen zum Antrieb einer Lichtmaschine der Brennkraftmaschine, der eine zu geringe Spannung hat und anfängt zu schleifen, erzeugt beispielsweise ein charakteristisches hochfrequentes Pfeifen. Aufgrund des Pfeifens des Keilriemens vergrößert sich der entsprechende Signalanteil der zu dem Pfeifen gehörigen Frequenz deutlich, was vermittels des Schall-Empfängers 7 der Sensoreinheit 5 gemessen werden kann. Übersteigt die Amplitude dieses Spektralanteils eine Maximalamplitude, so wird durch das Steuergerät 4 ein entsprechender Fehler, hier also ein Keilriemen mit zu geringer Spannung, ausgegeben. Dieser Fehler kann z.B. als Fehlerbit in einem Steuergerät gesetzt werden und gleichzeitig oder alternativ mittels eines optischen und/oder akustischen Signals dem Fahrer des Kraftfahrzeuges verdeutlicht werden. Hält dieser Zustand, mithin also eine Amplitude oberhalb der Maximalamplitude, für einen vorgegebenen Zeitraum Δt an, so wird eine Diagnoseeinheit gestartet. Die Diagnoseeinheit analysiert das Signal des Empfängers der Sensoreinheit 5 und schaltet die Empfindlichkeit der Sensoren gegebenenfalls mehrfach um. Die Diagnoseeinheit liefert so eine Schätzung über die Art der Störung der Brennkraftmaschine, hier also einen Keilriemen mit zu geringer Spannung. Dabei wird anhand des Motormoments festgestellt, dass die Störsignale auch dann auftreten, wenn z.B. ein Turbolader nicht hochläuft, so dass das Hochlaufen des Turboladers als Grund für den Signalanteil ausscheidet. Als Folge wird dem Fahrer der Hinweis geliefert, dass Probleme mit der Keilriemenspannung bestehen könnten.
Ein weiteres Beispiel für eine Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Überwachung eines Turboladers. Ein Lager des Turboladers beginnt beispielsweise aufgrund des Alters zu verschleißen. Bei einer erhöhten Motormomentenanforderung läuft der Turbolader an und erzeugt dabei ein hochfrequentes Pfeifen. Aufgrund des Pfeifens des Turboladers vergrößert sich der entsprechende Signalanteil mit einer Frequenz des Pfeifens deutlich. Hält das Pfeifen für einen vorgegebenen Zeitraum Δt an, ist also die Amplitude der entsprechenden Frequenz für den vorgegebenen Δt größer als eine Maximalamplitude, so wird wiederum eine Diagnoseeinheit gestartet. Die Diagnoseeinheit analysiert das Signal, schaltet die Empfindlichkeit der Sensoren gegebenenfalls mehrfach um und liefert eine Schätzung über die Art und gegebenenfalls den Umfang der Störung bzw. des Schadens. Anhand des Motormomentes wird festgestellt, dass die Störsignale nur dann auftreten, wenn der Turbolader hochläuft.
Ab circa 50 km/h werden die Schall-Empfänger 7 der Sensoreinheiten so empfindlich geschaltet, dass ein fehlerfreies Motorgeräusch nur sehr wenige Signale im Ultraschallbereich erzeugt. Dazu wird die Empfindlichkeit der Schall-Empfänger 7 gegenüber dem Betrieb als Abstandswarner entsprechend verringert.

Claims

Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug (1) mit mindestens einer Sensoreinheit (5) umfassend mindestens einen Schall-Empfänger (7) und einen Schall-Sender (6), wobei der Schall-Empfänger (7) Schallwellen in ein elektrisches Signal wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass Schallwellen der Brennkraftmaschine (2) mit dem Schall-Empfänger (7) der Sensoreinheit (5) aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt werden und das elektrische Signal zur Diagnose des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (2) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall-Sender (6) und der Schall-Empfänger (7) für das Senden bzw. Empfangen von Ultraschall eingerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen Luft- und/oder Körperschall umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung des elektrischen Signals zur Diagnose des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine eine Bestimmung von Signalanteilen bei vorgegebenen Frequenzspektren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzspektrum mit einem einem Fehler der Brennkraftmaschine (2) zugeordneten Vergleichsspektrum verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer Maximalamplitude eines Spektrums ein dem Spektrum zugeordneter Fehler ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Maximalwertes einer Kreuzkorrelation zwischen Frequenzspektrum und Vergleichsspektrum ein dem Vergleichsspektrum zugeordneter Fehler ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen der Brennkraftmaschine (2) mit dem Schall-Empfänger (7) der Sensoreinheit (5) oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeuges (1) aufgenommen werden.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Verwendung einer Sensoreinheit (5), insbesondere eines Ultraschall-Abstandssensors in einem Kraftfahrzeug, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.