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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs gemäß dm Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In Fahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, ist es häufig notwendig, verschiedene Elemente zu überwachen, um Schäden oder Verschleiß zu detektieren, vorzugsweise im Vorraus, bevor ein Fehler auftritt. Eines dieser Elemente kann beispielsweise ein Radkopf sein, der in einem Lastkraftwagen verwendet wird. In einem solchen Radkopf kann ein Lager vorgesehen sein und Sensoren können verwendet werden, um einen Fehler eines solchen Lagers zu detektieren. Üblicherweise werden zumindest zwei Sensoren verwendet, einer zum Detektieren einer Schwingung des Lagers, da Schwingungen indikativ für Schäden an dem Lager sein können, und einer zum Detektieren einer Drehgeschwindigkeit des Lagers oder des Radkopfs. In üblichen Systemen wird ein Beschleunigungsmesser zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit verwendet. Jedoch ist eine solche Komponente sehr teuer und erhöht die Gesamtkosten.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Überwachen eines Radkopfs bereitzustellen, die günstiger und einfach zu implementieren ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, wie sie in Patentanspruch 1 beansprucht ist, gelöst.
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Die Vorrichtung weist einen einzelnen Sensor zum Messen eines Signals während einer Drehung des Radkopfs auf. Der Sensor ist an dem Radkopf angeordnet.
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Im Gegensatz zu üblichen Systemen wird nur ein einzelner Sensor zum Messen sowohl der Drehgeschwindigkeit als auch der Schwingungen benötigt. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Bestimmungseinheit auf, die basierend auf dem Signal dieses einzelnen Sensors die Drehgeschwindigkeit sowie die Schwingung des Radkopfs bestimmen kann.
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Die Verwendung von nur einem einzelnen Sensor zum Messen der Geschwindigkeit und der Schwingung ist möglich, da die Geschwindigkeits- und die Schwingungsfrequenzen, die durch den Sensor gemessen werden, nicht in demselben Frequenzbereich sind. Der einzelne Sensor misst ein komplexes Signal, in dem die Schwingungen mit einer Sinuswelle moduliert werden. Die Sinuswelle wird durch die Beschleunigung des Sensors, der sich an dem Radkopf dreht, erzeugt, die abwechselnd positiv und negativ ist.
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Aufgrund von Defekten eines Lagers des Radkopfs, beispielsweise Abplatzungen an Laufbahnen des Lagers, können Schwingungen auftreten, die das Sensorsignal verändern. In anderen Worten kann die Sinuswelle, die die Drehgeschwindigkeit angibt, mit einigen Verzerrungen überlagert sein, die eine höhere Frequenz als die Sinuswelle haben.
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Somit kann das gemessene Sensorsignal als aus einer niederfrequenten Sinuswelle (die die Geschwindigkeit angibt), aus hohen Frequenzen (aufgrund von Schwingungen) und Rauschfrequenzen (die beispielsweise aufgrund von umgebungsbedingten Verzerrungen auftreten können) zusammengesetzt betrachtet werden.
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Da sich die Frequenzen der Drehgeschwindigkeit und der Schwingungen voneinander unterscheiden, können sie leicht auseinandergehalten werden und somit kann das (die) Signal(e) eines einzelnen Sensors zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit sowie der Schwingungen verwendet werden.
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Da nur ein enzelner Sensor benötigt wird, können die Gesamtkosten der Überwachungsvorrichtung verglichen mit üblichen Systemen reduziert werden. Des Weiteren kann der einzelne Sensor ein piezoelektrischer Sensor sein, der günstiger als ein Beschleunigungsmesser ist, was die Gesamtkosten weiter reduziert. Des Weiteren ist ein piezoelektrischer Sensor üblicherweise kleiner als ein Beschleunigungsmesser und somit kann der erforderliche Raum für den Sensor reduziert werden. Dies stellt auch den Vorteil bereit, dass der Sensor nahe an einer mechanischen Anbringung zwischen einer gedruckten Schaltung (die die Bestimmungseinheit enthält) und einem mechanischen Abstandselement positioniert sein kann, das mit der Grundplatte verbunden ist.
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Um die Drehgeschwindigkeit und die Schwingungen zu bestimmen, ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, eine Frequenzanalyse an dem gemessenen Signal zum Bestimmen von einer oder mehreren Spitzen in dem analysierten Signal durchzuführen, die die Drehgeschwindigkeit und/oder Defekte angeben, die die Schwingung des Radkopfs induzieren.
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Indem eine Frequenzanalyse durchgeführt wird, kann das Sensorsignal in einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich übertragen werden. In dem Frequenzbereich entsprechen die Spitzen der Frequenz der Drehgeschwindigkeit und die Frequenz/Frequenzen der Schwingung(en) kann (können) einfacher detektiert werden.
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Wie oben erklärt ist, hat die Drehgeschwindigkeit eine niedrige Frequenz in einer Sinuswellenform. Wenn das Zeitspektrum des Signals in ein Frequenzspektrum, unter Verwendung einer Frequenzanalyse, umgewandelt wird, ist eine sehr hohe Spitze bei einer niedrigen Frequenz, um 10 Hz, vorhanden. Diese Spitze entspricht der Geschwindigkeit, die die Sinuswelle an dem Zeitsignal ist.
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Defekte an dem Lager werden durch den Sensor während der Drehung des Radkopfs passiert. Wenn die Geschwindigkeit höher ist, passiert der Sensor die Defekte in kürzeren Zeitintervallen. Je höher somit die Geschwindigkeit ist, desto höher ist die Defektfrequenz. Somit ist die Schwingung oder die Defektfrequenz direkt geschwindigkeitsabhängig. Wenn die Schwingungsfrequenz höher ist, kann sie leichter von der niedrigen Geschwindigkeitsfrequenz unterschieden werden. Daher sollte der Radkopf bei einer Minimalgeschwindigkeit von 30 km/h rotieren, um die Geschwindigkeitsfrequenz deutlich von den Schwingungsfrequenzen zu unterscheiden.
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Die Frequenzanalyse kann eine von einer diskreten Fouriertransformation (DFT), einer schnellen Fouriertransformation (FFT) oder einem Görtzelalgorithmus sein.
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Die DFT kann verwendet werden, um eine Frequenz- oder Fourieranalyse durchzuführen. Da sie eine endliche Menge an Daten bearbeitet, kann sie in Computern durch numerische Algorithmen oder sogar dedizierte Hardware implementiert werden. Diese Implementierungen verwenden üblicherweise effiziente schnelle Fouriertransformationsalgorithmen (FFT).
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Vorzugsweise wird ein Görtzelalgorithmus verwendet, der eine spezielle Art von DTF ist. Er analysiert eine auswählbare Frequenzkomponente von einem diskreten Signal. Um ein gesamtes Spektrum abzudecken, hat der Görtzelalgorithmus eine höhere Komplexibilitätsordnung als ein schneller Fouriertransformationsalgorithmus (FFT), aber zum Berechnen einer kleineren Menge von ausgewählten Frequenzkomponenten ist er numerisch effizienter. Die einfache Struktur des Görtzelalgorithmus macht ihn gut geeignet für kleine Prozessoren und eingebettete Anwendungen. Somit stellt der Görtzelalgorithmus einen weiteren Vorteil bereit, da ein solcher Algorithmus ähnliche Ergebnisse wie eine FFT oder eine DFT gibt, aber weniger Ressourcen eines Microcontrollers verwendet und Batteriekapazität spart.
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Wie oben erläutert, kann das gemessene Signal auch etwas Rauschen enthalten. Daher kann die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet sein, Rauschen von dem gemessenen Signal zu filtern, insbesondere vor einem Durchführen einer Frequenzanalyse. Die Rauschfilterung kann beispielsweise durch Anwenden eines Hochpass- oder Tiefpassfilters, der auf die Rauschfrequenz angepasst ist, durchgeführt werden. Das Ergebnis kann ein rauschfreies Signal sein, das Geschwindigkeits- und Schwingungsinformationen enthält.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, das gemessene Signal unter Verwendung der detektierten Drehgeschwindigkeit zu filtern.
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Nach Extrahierung der Geschwindigkeit, die die höchste Spitze in dem Frequenzbereich ist, kann diese Geschwindigkeitsfrequenz von dem gemessenen Signal gefiltert werden. Indem ein geschwindigkeitsabhängiger Filter auf das Rohsignal angewendet wird, kann somit die Geschwindigkeit von dem gemessenen Signal „ausgeschnitten“ werden und anschließend die Schwingungsfrequenzen in dem Signal evaluiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, ein oder mehrere Bandpassfilter vor der Frequenzanalyse anzuwenden, um ein oder mehrere Bandpässe, insbesondere mehr als zwei, zu erzeugen.
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Indem ein Bandpassfilter verwendet wird, werden die Signale auf Frequenzen innerhalb des Bandpasses reduziert. Somit kann das Signal, das während der Frequenzanalyse zu verarbeiten ist, reduziert werden, was die benötigten Rechen- und Batterieressourcen reduziert.
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Beispielsweise kann der Sensor ein Signal von 0 bis 4 kHz messen, dann kann ein Bandpassfilter angewendet werden, um die Anzahl von Punkten zu reduzieren (beispielsweise auf einen Frequenzbereich von 250 Hz), um in der Lage zu sein, den Görtzelalgorithmus zu beschleunigen.
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Wenn nur ein Bandpass erzeugt wird, kann es der Fall sein, dass dieser Bandpass nicht alle Informationen enthält, die für die Geschwindigkeits- und Schwingungsdetektion benötigt werden, insbesondere, wenn die Frequenzen innerhalb des Bandpasses nur Frequenzen der Geschwindigkeit oder der Schwingung enthalten. Vorzugsweise werden zwei oder drei Bandpässe erzeugt, da diese Anzahl von Bandpässen sicherstellen kann, dass die Geschwindigkeits- und/oder Schwingungsfrequenzen korrekt extrahiert werden, während zur selben Zeit die Menge an zu verarbeitenden Signal klein genug ist, um die notwendigen Rechenressourcen verglichen mit einem Verarbeiten des gesamten Signals zu reduzieren.
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Wenn beispielsweise drei Bandpassfilter angewendet werden, kann das gemessene Signal bei unterschiedlichen Bandpassfrequenzen gefiltert werden, um die zu speichernde Gesamtsignalgröße zu reduzieren. Somit kann der Speicher, der zum Speichern des gemessenen Signals benötigt wird, reduziert werden. Zusätzlich können die Bandpassfilter verwendet werden, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) des Signals zu erhöhen, beispielsweise um die Detektion der Geschwindigkeits- und Schwingungsfrequenzen zu vereinfachen.
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Um sicherzustellen, dass die resultierenden Bandpässe alle notwendigen Frequenzen enthalten, können die Bandpassfilter für ein erwartetes Frequenzspektrum der Drehgeschwindigkeit und/oder ein erwartetes Frequenzspektrum der Schwingungen optimiert werden.
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Im Folgenden sind das Messen und Verarbeiten des Signals beispielhaft beschrieben. Die Erfassung des Signals, d.h. das Messen des Signals unter Verwendung des Sensors, kann mit einer Abtastfrequenz von 56 Hz ausgeführt werden. Nach dieser Erfassung kann das Signal wie oben beschrieben gefiltert werden und die Abtastfrequenz kann weiter reduziert werden. Wenn drei Bandpässe verwendet werden, kann die Abtastfrequenz auf 28 kHz (für Bandpass 1), auf 14 kHz (Bandpass 2) und auf 7 kHz (Bandpass 3) reduziert werden. Diese Über-Abtastung der Erfassung wirkt als ein Anti-Aliasing. Da der Speicher, der in der Vorrichtung verwendet wird, üblicherweise nicht ausreichend ist, um diese Menge an Daten zu speichern, werden diese Signale nicht aus derselben Eingangsmessung extrahiert, sondern können von verschiedenen Messungen abgeleitet werden, die in Folge durchgeführt werden, beispielsweise:
- • Messung 1 - Resampling Bandpass 1 - Verarbeiten Bandpass 1
- • Messung 2 - Resampling Bandpass 2 - Verarbeiten Bandpass 2
- • Messung 3 - Resampling Bandpass 3 - Verarbeiten Bandpass 3
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Somit kann die Verarbeitung aufweisen: Anwenden des Bandpassfilters und Durchführen der Spektrums- oder Frequenzanalyse. Dieses Spektrum kann dann analysiert werden, um Spitzen zu detektieren, die den Lagerdefekt darstellen, wie es oben beschrieben ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, eine der Frequenzanalysen an Frequenzen zwischen 0 und 500 Hz durchzuführen.
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Indem die Frequenzanalyse auf Frequenzen zwischen 0 und 500 Hz angewendet werden, kann sichergestellt werden, dass alle Frequenzen, die für Geschwindigkeit und Schwingungen erwartet werden, in der Frequenzanalyse enthalten sind. Üblicherweise ist das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeitsfrequenz (ungefähr 10 Hz) und den Schwingungsfrequenzen (beispielsweise zwischen 60 und 200 Hz) zwischen 10 und 25. Wenn die Frequenzanalyse auf Frequenzen bis zu 500 Hz angewendet wird, werden somit auch die erwarteten Schwingungsfrequenzen zuverlässig abgedeckt.
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Des Weiteren kann eine der Frequenzanalysen auf Frequenzen unter 100 Hz, vorzugsweise unter 50 Hz, beschränkt sein, sodass der Algorithmus zum Detektieren der Geschwindigkeitsfrequenz beschleunigt werden kann, da nur ein Teil des Spektrums analysiert werden muss. Somit kann, bevor die Frequenzanalyse angewendet wird, die dazu gedacht ist, die Geschwindigkeit zu detektieren, ein Downsampling an dem gemessenen Signal verwendet werden, da die gesuchten Frequenzen bekannt sind. Die Anzahl an Abtastpunkten wird somit reduziert, um die Berechnung zu vereinfachen und Batteriekapazität zu sparen.
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Des Weiteren kann garantiert werden, dass die detektierte Frequenz indikativ für die Geschwindigkeit ist, da die Lagerdefektfrequenzen, d.h. die Schwingungsfrequenzen, bei viel höheren Frequenzen in dem Spektrum liegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung des Weiteren eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Warnsignals, basierend auf der bestimmten Drehgeschwindigkeit und Schwingung des Radkopfs auf.
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Die Vorrichtung kann an einem Lastkraftwagen-Radkopf befestigt sein, um ein Lager zu überwachen, das in dem Radkopf verwendet wird. Wenn eine Schwingung detektiert wird, kann die Vorrichtung eine Warnung an einen Benutzer über ein Signal, beispielsweise als ein akustisches oder visuelles Signal, oder über eine kabellose Kommunikation an eine externe Steuereinheit und/oder an die Bestimmungseinheit, die entfernt angeordnet ist, ausgeben. Ein solches Signal kann beispielsweise als ein Trigger verwendet werden, um das Lager auszutauschen oder irgendeine Wartung an dem Lager durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Messen eines Signals durch einen einzelnen Sensor während einer Drehung des Radkopfs, und Bestimmen der Drehgeschwindigkeit und der Schwingung des Radkopfs unter Verwendung des Signals des einzelnen Sensors.
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Die Ausführungsformen und Merkmale, die mit Bezugnahme auf die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gelten entsprechend für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode zum Ausführen des oben beschrieben Verfahrens aufweist, wenn es auf zumindest einem Computer ausgeführt wird.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie beispielsweise ein Computerprogrammmittel, kann als eine Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD oder als eine Datei, die von einem Server in einem Netzwerk heruntergeladen werden kann, implementiert werden. Beispielsweise kann eine solche Datei bereitgestellt werden, indem die Datei, die das Computerprogrammprodukt enthält, von einem kabellosen Kommunikationsnetzwerk übertragen wird.
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Weitere mögliche Implementierungen oder alternative Lösungen der Erfindung umfassen auch Kombinationen- die hier nicht explizit erwähnt sind- von Merkmalen, die oben oder unten mit Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben sind. Der Fachmann kann auch einzelne oder isolierte Aspekte und Merkmale zu der grundlegendsten Form der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
- 1 eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs zeigt;
- 2a, 2b ein Signal eines Sensors zeigen, der in der Vorrichtung von 1 verwendet wird, Zeitbereich (2a) und Frequenzbereich (2b);
- 3 ein schematisches Flussdiagramm des Hauptverfahrens zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit und der Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs zeigt;
- 4a, 4b ein schematisches Flussdiagramm einer Vorverarbeitung des Signals, das durch einen Sensor von 1 gemessen wird, zeigen;
- 5 ein schematisches Flussdiagramm zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit zeigt; und
- 6 ein schematisches Flussdiagramm zum Bestimmen der Schwingung des Radkopfs zeigt.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionell äquivalente Elemente, außer es ist anderweitig angegeben.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung 1 weist eine Sensoreinheit 2 und eine Bestimmungseinheit 4 auf.
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Zum Messen einer Drehgeschwindigkeit und Schwingung des Radkopfs weist die Sensoreinheit 2 einen einzelnen Sensor 6 auf. Dieser Sensor 6 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Sensor, da ein solcher Sensor kleiner und günstiger als ein üblicherweise verwendeter Beschleunigungsmesser zum Messen der Drehgeschwindigkeit ist.
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Der einzelne Sensor 6 misst ein komplexes Signal, das in 2a in dem Zeitbereich und in 2b in dem Frequenzbereich gezeigt ist. Das Signal ist eine Summe einer niederfrequenten Sinuswelle (die die Geschwindigkeit darstellt), hoher Frequenzen (aufgrund von Schwingungen) und Rauschfrequenzen.
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Insbesondere in dem Frequenzbereich von 2b kann gesehen werden, dass das Signal eine sehr hohe Spitze bei einer niedrigen Frequenz, um 10 Hz, aufweist. Diese Spitze entspricht der Geschwindigkeit, die die Sinuswelle in dem Zeitbereich ist. Bei höheren Frequenzen gibt es kleinere Spitzen, aber diese sind dichter. Diese sind nicht nur bei einer einzelnen Frequenz, sondern bei mehr und unterschiedlichen Bereichen. Diese Frequenzen werden durch mechanische Schwingungen aufgrund von Defekten des Radkopfs verursacht. Da die Drehgeschwindigkeit und die Schwingungen unterschiedliche Frequenzen haben, ist es möglich, beide Informationen von demselben Sensor zu extrahieren.
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Die Sensoreinheit 2 weist des Weiteren einen Verstärker und Filter 8 sowie einen Analog-zu-Digital-Wandler 10 auf, der verwendet wird, um das analoge Sensorsignal in ein digitales Signal umzuwandeln, das durch die Bestimmungseinheit weiter verarbeitet werden kann. Der Verstärker und Filter 8 kann verwendet werden, um das gemessene Signal zu verstärken und das Signal zu filtern, um ein Rauschen, das in dem Signal enthalten ist, zu reduzieren.
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Nach der Analog-zu-Digital-Umwandlung 10 wird das Signal zu der Bestimmungseinheit 4 weitergeleitet. Die Bestimmungseinheit 4 weist eine Softwareeinheit 12 auf, die verwendet wird, um die Analog-zu-Digital-Umwandlung 10 zu steuern.
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Anschließend führt die Bestimmungseinheit 4 eine Geschwindigkeitsfrequenzanalyse 14, die mit Bezugnahme auf 3, 5 und 6 beschrieben werden wird, sowie eine Schwingungsfrequenzanalyse 16 durch, die mit Bezugnahme auf 3, 4 und 6 beschrieben werden wird.
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3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des Hauptverfahrens, das durch die Bestimmungseinheit 4 durchgeführt wird.
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In einem ersten Schritt wird das Signal vorverarbeitet 18, was im weiteren Detail in 4a und 4b beschrieben ist.
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4a zeigt, dass ein Signal 28, das das analog-zu-digital umgewandelte Sensorsignal ist, an eine FIR-Filtereinheit (begrenzte Impulsantwort) 30 zugeführt wird. Diese Einheit 30 wird für eine Bandpassfilterung des Signals bezüglich der Frequenzen, die im Folgenden zu verarbeiten sind, verwendet. Der Bandpass kann gemäß den unterschiedlichen Frequenzen festgesetzt werden, d.h. ob nach der Vorverarbeitung die Geschwindigkeit oder irgendein Schwingungssignal verarbeitet werden sollte. Die Filterung durch die Filtereinheit 30 kann abhängig von der Gesamtanzahl von Bandpässen, die erzeugt werden sollten, wiederholt werden.
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In einem weiteren Schritt 32 wird ein absoluter Wert bestimmt. Dieser Schritt kann verwendet werden, um den negativen Teil des Signals mit „-1“ zu multiplizieren, um das Signal positiv zu machen. Nach diesem Schritt wird ein Durchschnitts- und Dezimationsfilter 34 auf das Signal angewendet. Der Durchschnitts- und Dezimationsfilter 34 kann zum Berechnen des Durchschnittwerts des positiven Signals und zum Reduzieren des Signals verwendet werden, da es nicht notwendig ist, viele Punkte für den nächsten Schritt, d.h. die Detektion der Geschwindigkeits- und Schwingungsfrequenzen, zu haben.
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Das Ergebnis 36 dieser Vorverarbeitung wird weiter in der folgenden Verarbeitung, wie in 3 erklärt ist, verwendet. Es sollte beachtet werden, dass die Vorverarbeitung der Schritte 26 bis 36 unter Verwendung von unterschiedlichen Bandpassfiltern durchgeführt werden kann, was in mehreren Ausgaben resultiert.
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In einer weiteren Vorverarbeitung, die in 4b gezeigt ist, wird ein Durchschnittsschwingungsergebnis bestimmt. Das Eingangssignal 38 wird einem FIR-Filter 40 zugeführt. Diese Filterung kann zum Einhüllen des Signals verwendet werden, was in einem Durchschnittssignal resultiert. Indem das Signal eingehüllt wird, kann eine glatte Kurve des nicht-glatten Sensorsignals erzeugt werden. Nach dieser Filtereinheit 40 wird ein absoluter Wert dieses Signals bestimmt 42. Wie in Schritt 32 wird der negative Teil des Signals grundsätzlich mit -1 multipliziert, um das Signal positiv zu machen. Nach diesem Schritt wird ein Durchschnitts- und Dezimationsfilter 44 auf das Signal angewendet, um den Durchschnittswert des positiven Signals zu berechnen und das Signal analog zu Schritt 34 zu reduzieren. Das Ergebnis 46 dieser Vorverarbeitung wird weiter in der folgenden Verarbeitung, wie sie in 3 erklärt ist, verwendet.
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Zurückkehrend zu 3 existieren nach der Vorverarbeitung 18 von 4 drei Durchschnittsschwingungswerte, die zu einer Signalanalyse 20 weitergeleitet werden. Abhängig von der Anzahl von Bandpässen, die in der Vorverarbeitung verwendet werden, kann die Anzahl von Durchschnittsschwingungswerten mehr oder weniger als drei sein. Wenn eine höhere Anzahl von Messungen verwendet wird, können die Ergebnisse verbessert werden.
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Zusätzlich wird ein Geschwindigkeitswert in der Vorverarbeitung 18 bestimmt, der zu einer Geschwindigkeitsanalyseeinheit 14 weitergeleitet wird, die weiter in 5 beschrieben ist.
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Die Geschwindigkeitsanalyseeinheit 14 wendet eine FFT 50, beispielsweise einen Görtzelalgorithmus, auf das Sensorsignal 48 an. Nach der FFT 50 ist das Signal in dem Frequenzbereich. Anschließend werden die beispielsweise drei höchsten Maxima des Frequenzbereichssignals bestimmt, 52. In einem folgenden Schritte 54 werden die Maxima analysiert. Beispielsweise wird bestimmt, welches der Maxima in einem Frequenzbereich liegt, der für die Geschwindigkeit erwartet ist. Das Maximum, das als die Geschwindigkeit betrachtet wird, wird ausgegeben, 56.
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Wenn es mehr als eine Frequenzlinie über einem bestimmten Schwellwert gibt, tritt eine erhebliche Modulation zwischen Raddrehung (Geschwindigkeit) und Achsenresonanz auf und eine zuverlässige Geschwindigkeitsbestimmung ist nicht möglich. In einem solchen Fall kann die Messung beispielsweise wiederholt werden oder ein Signal kann ausgegeben werden, dass eine zuverlässige Bestimmung nicht möglich ist.
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Zurückkehrend zu 3 wird der Geschwindigkeitswert verwendet, um zu entscheiden, ob der Geschwindigkeitswert wahr ist, 22. Diese Entscheidung kann beispielsweise auf dem Wert der Geschwindigkeit basiert werden, ob der Wert vernünftig ist. Wenn der Geschwindigkeitswert wahr ist, wird die Geschwindigkeit in einer folgenden Analyse der Schwingungsfrequenzen verwendet, die weiter in 6 beschrieben ist.
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Zuerst wird ein Frequenzbereich jedes Spektrums der Bandpässe berechnet, 58. Dies wird unter Verwendung der Geschwindigkeit gemacht 56. Danach wird eine FFT 60, beispielsweise ein Görtzelalgorithmus, verwendet, um das Signal in den Frequenzbereich übertragen. Dies wird unter Verwendung des Ergebnisses 36 der Vorverarbeitung von 4 gemacht.
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Anschließend werden die beispielsweise fünf höchsten Maxima des Frequenzbereichssignals bestimmt, 62. In einem folgenden Schritt 64 wird ein Durchschnittswert des Spektrums ohne die Maxima berechnet. Dieser Durchschnittswert wird dann in Schritt 66 verwendet, um zu bestätigen, dass die bestimmten Maxima als echte Maxima und nicht nur als ein zufällig hoher Wert des Signals betrachtet werden können.
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Nach der Bestätigung 66 wird die Frequenz der bestätigen Maxima skaliert, 68. Dies bedeutet, dass der Wert der Frequenz normiert werden kann, um in der Lage zu sein, Messungen, die bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten gemacht wurden, zu vergleichen. Nach der Skalierung 68 kann das Ergebnis zu einer Datenbank hinzugefügt werden, 70, und kann dann ausgegeben werden, 72.
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Zurückkehrend zu 3 können die Ergebnisse der Frequenzanalysen, wie sie in 6 ausgeführt wurden, zu einer Einheit 24 weitergeleitet werden. In dieser Einheit 24 können Signale, beispielsweise Warnsignale, erzeugt werden, eine Historie der Frequenzen (und der korrespondierenden Schäden) kann gespeichert werden o. ä.
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Die oben beschriebene Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit und einer Schwingung eines Radkopfs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, benötigt nur einen einzelnen Sensor, um sowohl Geschwindigkeit als auch Schwingung des Radkopfs zu messen. Dank eines piezoelektrischen Sensors und einer Frequenzanalyse kann die Geschwindigkeit von derselben Messung wie die Schwingungsdaten extrahiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kosten der Gesamtvorrichtung reduziert werden können, während dieselben Leistungen behalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Sensoreinheit
- 4
- Bestimmungseinheit
- 6
- Sensor
- 8
- Verstärkungs- und Filtereinheit
- 10
- Analog-zu-Digital-Wandler
- 12
- Softwareeinheit
- 14
- Geschwindigkeitsfrequenzanalyseeinheit
- 16
- Schwingungsfrequenzanalyseeinheit
- 18
- Vorverarbeitungseinheit
- 20
- Schwingungsfrequenzanalyse
- 22
- Vergleich
- 24
- Einheit
- 26 - 36
- Verfahrensschritte
- 38 - 46
- Verfahrensschritte
- 48 - 56
- Verfahrensschritte
- 58 - 72
- Verfahrensschritte
