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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur akustischen Bewertung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung, eine Steuereinheit für ein Ultraschallbetriebsassistenzsystem, ein Ultraschallbetriebsassistenzsystem als solches und eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere ein Fahrzeug.
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Im Bereich von Arbeitsvorrichtungen insbesondere bei Fahrzeugen, vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, werden vermehrt Ultraschallbetriebsassistenzsysteme zu Überwachung des Umfelds einer zu Grunde liegenden Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs eingesetzt. Andererseits ist bekannt, mit akustischen Mitteln den Betrieb von Arbeitsvorrichtungen und insbesondere von Fahrzeugen, vorzugsweise von Kraftfahrzeugen zu bewerten, um aus Geräuschmustern auf einen Betriebszustand und möglicherweise auf Defekte oder Fehlerquellen schließen zu können.
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Bisher müssen für eine akustische Bewertung oder Überwachung des Betriebs eine Arbeitsvorrichtung zusätzliche apparative Maßnahmen ergriffen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur akustischen Bewertung oder Überwachung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ohne zusätzliche apparative Mittel eine zuverlässige Bewertung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass ein Verfahren zur akustischen Bewertung oder Überwachung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung mit einem Ultraschallbetriebsassistenzsystem und insbesondere eines Fahrzeugs, geschaffen wird, bei welchem zumindest beim Betrieb der Arbeitsvorrichtung zur Erfassung akustischer Signale von Betriebskomponenten der Arbeitsvorrichtung und zumindest teilweise zur Bewertung der erfassten akustischen Signale das Ultraschallbetriebsassistenzsystem der Arbeitsvorrichtung verwendet wird. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ist es möglich, eine akustische Bewertung oder Überwachung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung auszuführen, ohne dass es zusätzlicher Einrichtungen bedarf, weil ein bei der Arbeitsvorrichtung schon vorhandenes Ultraschallbetriebsassistenzsystem dazu eingesetzt wird, akustische Signale als solche zu erfassen und zumindest teilweise auch zu bewerten.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich bei einem Ultraschallbetriebsassistenzsystem im Zusammenhang mit einem Fahrzeug insbesondere um ein System oder Teilsystem zum autonomen Fahren, zum Einparken und/oder zum Lenken handeln.
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Es ergibt sich eine besonders einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu akustischen Bewertung oder Überwachung des Betriebs einer Arbeitsvorrichtung dann, wenn zur Erfassung akustischer Signale von Betriebskomponenten der Arbeitsvorrichtung ausschließlich Ultraschallsensoren des Ultraschallbetriebsassistenzsystems der Arbeitsvorrichtung verwendet werden. Damit wird nämlich insbesondere erreicht, dass keine zusätzlichen Messeinrichtungen vorzusehen sind.
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Jedoch lässt sich bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein besonders hohes Maß an Genauigkeit erreichen, wenn zur Erfassung akustischer Signale von Betriebskomponenten der Arbeitsvorrichtung ergänzend zu vorhandenen Ultraschallsensoren des zu Grunde liegenden Ultraschallbetriebsassistenzsystems zusätzliche Ultraschallsensoren der Arbeitsvorrichtung verwendet werden.
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Dabei können zusätzlich verwendete Ultraschallsensoren von ihrer Funktion, ihrer Anordnung und Ausrichtung und/oder im Hinblick auf ihre Empfindlichkeit an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sein oder werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass ein oder mehrere zusätzliche Ultraschallsensoren der Arbeitsvorrichtung als dezidierte Ultraschallsensoren verwendet werden, welche mindestens einer bestimmten Betriebskomponente zugeordnet, zu dieser akustisch ausgerichtet oder orientiert und/oder zu dieser räumlich benachbart angeordnet sind oder werden. Somit ist es möglich, bestimmte Betriebskomponenten einer Vorrichtung mit einem zugeordneten Sensor auszubilden, um die zugeordnete Betriebskomponente einer konkreten Überwachung zuzuführen. So ist es denkbar, dass zum Beispiel ein Motor oder eine Motorkomponente mit einem entsprechenden Sensor in Zusammenhang gebracht wird.
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In diesem Zusammenhang können unter Betriebskomponenten aktive oder passive Komponenten verstanden werden. Eine aktive Komponente kann zum Beispiel ein Antrieb oder ein Motor sein oder ein Teil davon. Eine passive Komponente kann ruhend oder mitbewegt sein.
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So ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, dass über Ultraschallsensoren des Ultraschallbetriebsassistenzsystems und/oder über zusätzliche Ultraschallsensoren ein Rad, ein Antrieb, eine Lenkung, eine Bremse und/oder ein oder mehrere Teile oder Komponenten davon als Betriebskomponente akustisch überwacht und/oder bewertet werden.
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Eine weitere Vereinfachung stellt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ein, wenn ein Bewerten erfasster akustischer Signale zumindest teilweise in einer Steuereinheit des zu Grunde liegenden Ultraschallbetriebsassistenzsystems erfolgt. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit des Vorsehens einer eigenen Steuereinheit zum Bewerten und Auswerten der erfassten akustischen Signale.
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Andererseits kann es bei komplexeren Bewertungsaufgaben, bei welchen zum Beispiel auf umfangreiche Vergleichsdaten zurückgegriffen werden muss, vorteilhaft sein, wenn gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Bewerten erfasster akustischer Signale zumindest teilweise in einer zum zu Grunde liegenden Ultraschallbetriebsassistenzsystem und/oder zur Arbeitsvorrichtung externen Auswerteeinheit erfolgt.
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Dabei kann es sich insbesondere bei der externen Auswerteeinheit um eine Auswerteeinheit in einer Cloud handeln, wobei zusätzlich oder alternativ eine Übertragung erfasster akustischer Signale oder dafür repräsentativer Daten an die externe Auswerteeinheit erfolgt, zum Beispiel über einen Kommunikationskanal und/oder in drahtloser Form.
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Ein besonders hohes Maß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit einer entsprechenden Bewertung stellt sich dann ein, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum oder beim Bewerten erfasster akustischer Signale erfasste akustische Signale mit vorgegebenen akustischen Mustern verglichen werden, insbesondere mit Geräuschmustern, auf der Grundlage einer Zuordnung zwischen Geräuschmustern und Betriebszuständen und/oder Systemzuständen, mittels neuronaler Netze und/oder mittels Verfahren des maschinellen Lernens.
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Als Zielsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Aufdeckung von Betriebszuständen, insbesondere von Betriebsfehlern, also von apparativen Defekten aufgefasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Bewertens erfasster akustischer Signale ein Betriebszustand der Arbeitsvorrichtung angepasst wird, dass eine Anzeigeeinheit der Arbeitsvorrichtung gesteuert oder geregelt wird, insbesondere zur Anzeige einer Warnmeldung, und/oder mit einem Ergebnis des Bewertens erfasster akustischer Signale im Zusammenhang stehende Daten an eine in Bezug auf die Arbeitsvorrichtung externe Einheit übertragen werden, insbesondere an eine Werkstatt oder Wartungsstelle.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für ein Ultraschallbetriebsassistenzsystem einer Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs geschaffen, welche eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur akustischen Bewertung oder Überwachung des Betriebs der Arbeitsvorrichtung und insbesondere des Fahrzeugs auszuführen, zu veranlassen und/oder zu steuern.
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Ferner wird durch die vorliegende Erfindung auch einen Ultraschallbetriebsassistenzsystem für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug bereitgestellt, welches zur Erfassung eines Umfelds der Arbeitsvorrichtung eingerichtet und mit einem oder mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren zur Aufnahme akustischer Signale zumindest aus dem Umfeld und mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinheit ausgebildet ist, welche zur Steuerung des Betriebs der Ultraschallsensoren, zur Erfassung von Ultraschallsensoren aufgenommener akustischer Signale und zur Bewertung erfasster akustischer Signale eingerichtet ist.
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Schließlich wird durch die vorliegende Erfindung auch eine Arbeitsvorrichtung als solche geschaffen, welche mit einem Aggregat, mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs des Aggregats und mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Ultraschallbetriebsassistenzsystem ausgebildet ist, wobei das Ultraschallbetriebsassistenzsystem als Teil der Steuereinheit und/oder mit Steuereinheit wirkverbunden ist.
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Dabei ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der Steuerung des Betriebs des Aggregats das Ultraschallbetriebsassistenzsystem und deren Auswerteergebnisse einzubeziehen.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung kann als Fahrzeug ausgebildet sein, vorzugsweise als Kraftfahrzeug, als Personenkraftwagen, als Lastkraftwagen oder dergleichen. Denkbar sind auch Ausgestaltungsformen von unbemannten Transporteinrichtung, Robotern oder dergleichen.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Draufsicht nach Art eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ultraschallbetriebsassistenzsystems.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf 1 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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1 zeigt also in schematischer Draufsicht nach Art eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung 1 - nämlich in Form eines Fahrzeugs 1' - unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug 1' weist eine Karosserie 2 auf, an welcher Räder 4 angebracht sind, die über eine Antriebseinheit 41 und eine Lenk-/Bremseinheit 42 eines Antriebs-, Lenk- und Bremssystems 40 angetrieben, gelenkt bzw. gebremst werden und entsprechend über Antriebsmittel 43 bzw. Lenk-/Bremsmittel 44 mit der Antriebseinheit 41 bzw. mit der Lenk-/Bremseinheit 42 wirkverbunden sind.
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Zur Unterstützung des Betriebs des Fahrzeugs 1' ist ein Ultraschallbetriebsassistenzsystem 10 ausgebildet, wobei es sich um ein Fahrassistenzsystem, um ein Lenkassistenzsystem und/oder um ein Einparkassistenzsystem oder eine Kombination davon handeln kann.
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Das Ultraschallbetriebsassistenzsystem 10 wird gebildet von einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren 11, die über einen Bus 14 mit einer Steuereinheit 15 des Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10, zum Beispiel im Sinne eines Ultraschallfahrassistenzsystems verbunden sind. Die Ultraschallsensoren 11 sind insbesondere dazu ausgelegt, ein Umfeld des Fahrzeugs 1', zum Beispiel zur Detektion von Hindernissen, zu erfassen.
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Zwar können erfindungsgemäß die bereits vorhandenen Ultraschallsensoren 11 des am Fahrzeug 1' vorhandenen Fahrassistenzsystems 10 auch zur Detektion akustischer Signale bestimmter Betriebskomponenten, zum Beispiel der Räder 4, des Antriebs 41 oder der Lenk-/Bremseinheit 42, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft sind jedoch bei der Ausführungsform gemäß 1 die zusätzlich vorgesehenen Ultraschallsensoren 12 und 13, welche ebenfalls über den Bus 14 mit der Steuereinheit 15 verbunden sind. Im Gegensatz zu den allgemeinen Ultraschallsensoren 11 des Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10 handelt es sich bei den zusätzlichen Ultraschallsensoren 12 und 13 umso genannte zugeordnete oder dezidierte Ultraschallsensoren, nämlich bei dem Ultraschallsensor 12 um einen Ultraschallsensor, welcher einem Rad 4 zugeordnet ist, und beim Ultraschallsensor 13 um einen Ultraschallsensor, welcher dem Antrieb 41 zugeordnet ist.
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Es können zusätzliche Sensoren an anderen Fahrzeugkomponenten ausgebildet sein.
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In der Anwendung werden durch die Ultraschallsensoren 11, 12 und 13 akustische Signale, die im Ultraschallbereich liegen können aber auch im für den Menschen hörbaren Bereich, erfasst und über den Bus 14 an die Steuereinheit 15 übermittelt. Dort können sie einer Auswertung oder Bewertung unterzogen werden.
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Zusätzlich oder alternativ können über die Kommunikationseinheit 16 und den Kommunikationskanal 17 die erfassten akustischen Signale und/oder damit im Zusammenhang stehende Daten an eine externe Auswerteeinheit 20, zum Beispiel eine Cloud 20', übersandt werden, um dort eine komplexere Auswertung durchzuführen und dann ein Auswerteergebnis über die Kommunikationseinheit 16 und den Kommunikationskanal 17 an die Steuereinheit 15 des Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10 zu übertragen.
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Der Betrieb der Antriebseinheit 41 und/oder der Lenk-/Bremseinheit 42 kann durch die Steuereinheit 50 der Arbeitsvorrichtung 1 bzw. des Fahrzeugs 1' unter Einbeziehung der Auswertung durch das Ultraschallbetriebsassistenzsystem 10 bzw. durch die externe Auswerteeinheit 20 erfolgen. Dazu ist die Steuereinheit 50 des Fahrzeugs 1' über einen ersten Bus 51 mit der Antriebseinheit 41 und der Lenk-/Bremseinheit 42 und über einen zweiten Bus 52 mit der Steuereinheit 15 des Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10 verbunden.
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Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
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Die vorliegende Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass mit einem Ultraschallbetriebsassistenzsystem und insbesondere mit einem Ultraschallfahrassistenzsystem, welche auch kurz als Ultraschallsysteme bezeichnet werden können, auch Schall im vom Menschen hörbaren Bereich empfangen werden kann. Dabei können detektierte Rohsignale direkt vom Steuergerät ausgewertet und miteinander fusioniert werden können. Es ist denkbar, mithilfe zusätzlicher Mikrofone im Abgasstrang zum Beispiel die Beladung eines Partikelfilters zu diagnostizieren.
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Insbesondere kann daran gedacht werden, zum Beispiel mit einer Anzahl von MEMS-Mikrofonen und einer Auswerteeinheit Akustiksignale im Fahrbetrieb auszuwerten und zu klassifizieren. Dabei können neben den akustischen Signalen auch Daten des Fahrzeugbetriebszustandes, zum Beispiel aus verfügbaren CAN-Bussen verarbeitet werden.
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Eine derartige Verarbeitung kann mit Methoden des maschinellen Lernens und der maschinellen Musterkennung erfolgen, zum Beispiel im Hinblick auf eine Regressionsmodellierung und/oder unter Verwendung neuronaler Netzwerke.
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Insbesondere sollen erfindungsgemäß bei Arbeitsvorrichtungen und/oder bei Fahrzeugen auch ohne die Hilfe von Fahrer und Werkstattmitarbeitern ungewöhnliche Geräusche erkannt werden, die auf einen Defekt hindeuten. Dazu sollen nicht zwingend zusätzlichen Komponente im Fahrzeug verbaut und verwendet werden müssen.
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Das Ultraschallsteuergerät eines bereits in der Vorrichtung 1 oder im Fahrzeug 1' vorhandenen Ultraschallbetriebsassistenzsystems und insbesondere eines Ultraschallfahrassistenzsystems 10 soll erfindungsgemäß die vom Fahrzeug 1' oder allgemein von der Arbeitsvorrichtung 1 verursachten Geräusche erkennen und/oder bewerten und insbesondere anhand der Geräusche auf den Zustand bestimmter Komponenten Baugruppen schließen.
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Die Signalerfassung erfolgt mittels derselben Sensoren 11 und die Auswertung durch dasselbe Steuergerät 15, wie sie zur Erfassung des Umfeldes eingesetzt werden.
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Die Erfassung und Bewertung der akustischen Signale im Hinblick auf den Zustand der Arbeitsvorrichtung 1 und ihrer Komponenten kann abwechselnd oder gleichzeitig zusammen mit der Objekterkennung und Umfelderfassung durch Ultraschallechoortung erfolgen.
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Fahrzeuge verursachen in den jeweiligen Betriebspunkten charakteristische Geräuschmuster. Weichen die im Betrieb gemessenen Geräusche von derartigen Geräuschmustern ab, kann das auf einen bestimmten Zustand einzelner Komponenten und/oder einen Fehler hinweisen. Die im Fahrzeug befindliche Recheneinheit - zum Beispiel im Zusammenhang mit der Steuereinheit 15 eines Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10 - berechnet geeignete akustische Merkmale wie z.B. Frequenzspektren, zeitbasierte Merkmale, Tonalität, Impulshaltigkeit oder Modulationscharakteristik aus den Sensorsignalen und vergleicht diese mit Referenzmerkmalen an bestimmten Betriebspunkten. Weichen die Merkmalsgrößen in unerwarteter Weise ab, dann kann das Fahrzeug den Merkmalssatz und gegebenenfalls auch Rohsignale des aktuellen Zeitpunktes an eine Cloud 20' oder eine geeignete andere externe Auswerteeinheit 20 übersenden.
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Dort kann zum Beispiel geprüft werden, ob das Geräuschmuster bereits bekannten Geräuschmustern anderer Fahrzeuge 1' entspricht und wie viele dieser Fahrzeuge welche Fehler hatten. Lässt sich auf diese Art dem Geräuschmuster eindeutig ein Fehler zuordnen, der es rechtfertigt, das Fahrzeug 1' sofort in die Werkstatt zu schicken, dann aktiviert das Fahrzeug 1' zum Beispiel eine Fehlerlampe. Ist der Fehler nicht eindeutig zuordenbar, dann kann die Cloud 20' dem Werkstattpersonal entsprechende Hinweise darauf geben, auf welche möglichen Fehler das Fahrzeug 1' explizit untersucht werden soll.
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Ein hoher Beladungszustand des Partikelfilters kann das Ultraschallsteuergerät 15 daran erkennen, dass weniger hohe Frequenzanteile im Verbrennungsgeräusch vorhanden sind und die Verbrennungsgeräusche auch insgesamt leiser sind. Für die Erkennung sind die Sensoren 11, 12, 13 in der Nähe des Auspuffs besonders gut geeignet.
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Die Beladung mit Ruß hat besonders großen Einfluss auf hohe Frequenzen, wobei durch modernes Motormanagement diese hohen Frequenzen generell vermieden werden. Daher ist es von Vorteil, dass immer wenn eine Beladungsmessung notwendig wird, der Motor gezielt so eingestellt wird, dass er möglichst intensive hohe Frequenzen erzeugt. Hohe Frequenzen entstehen bei einer schnellen Verbrennung und bei hohen Abgasvolumenströmen.
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Folgende Aspekte können erfindungsgemäß bei der Analyse erfasster akustischer Signale berücksichtigt werden:
- - Beim Ottomotor kann der Zündwinkel so „spät“ verstellt werden, dass die Verbrennung noch nicht abgeklungen ist, obwohl der Zylinderauslass bereits geöffnet wird. Alternativ kann der Zündwinkel in Richtung „früh“ verstellt werden, wodurch der Motor anfängt leicht zu klopfen.
- - Beim Dieselmotor können die Nacheinspritzungen so spät vorgenommen werden, dass die Verbrennung noch nicht abgeklungen ist, obwohl der Zylinderauslass bereits geöffnet wird. Alternativ können die Voreinspritzungen weggelassen und die Haupteinspritzung in Richtung „früh“ verstellt werden, wodurch der Motor anfängt zu nageln.
- - Bei aufgeladenen Motoren kann durch Verstellen des Wastegateventils oder des VTG-Stellers der Ladedruck und damit die Verlustleistung erhöht werden. Gegebenenfalls können durch späte Zündung bzw. Einspritzung zusätzliche Verluste erzeugt werden.
- - Bei Motoren mit Abgasrückführung kann diese abgestellt werden, damit kein rückgeführtes Abgas die Verbrennung verlangsamen kann.
- - Bei Hybridfahrzeugen kann gezielt die Last des Verbrennungsmotors erhöht werden.
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Ein Turbolader erzeugt bei hoher Drehzahl ein sehr intensives Geräusch, das in manchen Fahrzeugen deutlich im Innenraum zu hören ist. Wegen der hohen Drehzahl ist eine direkte Drehzahlmessung sehr aufwendig und teuer, weshalb sich zusätzliche Sensoren nicht durchgesetzt haben. Das Geräusch des Turboladers ist sehr charakteristisch und wegen der hohen Drehzahl auch sehr hoch und darum hervorragend dazu geeignet, per Ultraschallsensorik diagnostiziert zu werden. So kann die Drehzahl des Turboladers vom Ultraschallsteuergerät erfasst und dem Motorsteuergerät übermittelt werden. Dabei kann die Turboladerdrehzahl verwendet werden, um den Turbolader vor einer zu hohen Drehzahl zu schützen. Durch diesen Schutz kann der Turbolader näher an der Maximaldrehzahl betrieben bei gleicher Leistung kleiner dimensioniert werden. Außerdem kann bei bekannter Turboladerdrehzahl besser vorausberechnet werden, wie sich der Ladedruck verändern wird.
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Eine Undichtigkeit oder ein Loch im Abgasstrang führen zu einem lauteren Verbrennungsgeräusch, wobei vor allem auch die hohen Frequenzanteile lauter werden. Für die Erkennung sind die Sensoren in der Nähe der Abgasstränge besonders gut geeignet. Um eine kleine Undichtigkeit im Abgasstrang von einem leeren Partikelfilter unterscheiden zu können, wird die Diagnose immer dann durchgeführt, wenn der Partikelfilter zuvor geleert ist. Das ist nach einer längeren Fahrt mit hoher Last zum Beispiel auf der Autobahn der Fall. Bei einer Undichtigkeit ist das Geräusch nahe des Auspuffs lauter als es bei komplett leerem Partikelfilter aber intakter Auspuffanlage ist.
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Viele weitere Komponenten können ebenso auf diese Art diagnostiziert werden. Für die Diagnose sind insbesondere bewegliche Komponenten gut geeignet. Darunter befinden sich z.B. auch eine trocken gelaufene Ölpumpe, ein defektes Radlager oder verschlissene Bremsen. Je höher die Frequenz des charakteristischen Geräuschs einer defekten Komponente, umso leichter lässt sich der Defekt mit Hilfe der Ultraschallsensorik erkennen.
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Abhängig von den Umgebungsbedingungen und der Fahrzeug- bzw. Komponentenbetriebsart können die Beladungsmessung, die Dichtheitsprüfung sowie weitere Diagnosen unterschiedlich gut durchgeführt werden.
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Zum Beispiel eignen sich der Leerlauf und der Motorstart, sowie der Übergang von Volllast in den Schub für eine Verstellung der Betriebsparameter für eine Beladungsmessung. Für die Erkennung einer Undichtigkeit im Abgasstrang eignet sich vor allem eine hohe Motorleistung bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit. Ein defektes Radlager kann besonders gut bei hohen Querbeschleunigungen erkannt werden und verschlissene Bremsen besonders gut bei starken Bremsungen bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Die Richtung der Geräuschquelle kann das Ultraschallsteuergerät 15 bestimmen, indem es zum Beispiel eine Kreuzkorellationsberechnung der Signale zweier Sensoren 11, 12 vornimmt oder auch charakteristische Pegeldifferenzen in den akustischen Merkmalen auswertet. Durch die Richtungsberechnung zweier Sensorpaare lässt sich per Triangulationsverfahren der genaue Ort einer Schallquelle identifizieren. Auf diese Art kann herausgefunden werden, welche Schallquellen sich innerhalb und welche außerhalb des Fahrzeugs 1' befinden.
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Der Einfluss der Geräusche, die von außerhalb des Fahrzeugs 1' kommen, können mit Hilfe der Ortung identifiziert werden und bei schmalbandiger Ausprägung aus dem Frequenzspektrum herausgefiltert werden. Alternativ kann die Analyse des Geräuschmusters auch beim Einfluss externer Schallquellen zwischenzeitlich unterbrochen werden. Das bietet sich besonders bei sehr starken externen Schallquellen an, oder wenn der Rechenaufwand für die Kompensation externer Schallquellen nicht investiert werden soll.
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Die räumliche Ortung der Geräusche funktioniert für hohe Frequenzanteile besonders gut, da hier die Wellenlänge besonders klein ist. Gegebenenfalls kann mit Hilfe dieser hohen Frequenzanteile sogar der genaue Ort innerhalb des Fahrzeugs 1' bestimmt und basierend darauf die fehlerhafte Komponente leichter identifiziert werden.
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Generell stößt die Ortung der Geräusche sehr niedriger Frequenzen aber auch an physikalische Grenzen, die in etwa dort liegen dürften, wo auch der Mensch die Richtung einer Schallquelle nicht mehr zuverlässig orten kann.
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Es können bevorzugt zusätzliche Ultraschallsensoren 12 und 13 im Inneren des der Arbeitsvorrichtung 1 oder des Fahrzeugs 1' angebracht werden, um die internen Geräusche noch besser erfassen und lokalisieren zu können.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft und kostengünstig diese Sensoren 11, 12, 13 mit demselben Steuergerät zu verbinden. Ferner können dabei auch Sensoren mit abweichender Bauart, zum Beispiel Elektretmikrofone oder Körperschallsensoren, zum Einsatz kommen.
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Erfindungsgemäß stellen sich fern folgende Vorteile ein:
- - Die erheblichen Kosten für ein zusätzliches Steuergerät 15 und ggf. auch für zusätzliche Sensoren 12 und 13 entfallen.
- - Durch die hohe Anzahl der Ultraschallsensoren 11, 12, 13 - gewöhnlich bis zu 12 Stück pro Fahrzeug - können Umgebungsgeräusche von internen Geräuschen besonders gut unterschieden und aus dem zu analysierenden Frequenzspektrum herausgerechnet werden
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Das erfindungsgemäße Vorgehen und das System können prinzipiell in allen Arbeitsvorrichtungen 1 und Fahrzeugen 1' eingesetzt werden, für welche eine Ausstattung mit Ultraschallsensorik - im Sinne eines Ultraschallbetriebsassistenzsystems 10 oder Ultraschallfahrassistenzsystems - in Frage kommt.
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Aktuell sind zum Beispiel etwa 50% der Fahrzeuge 1' mit Ultraschallsensorik ausgestattet.
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Darüber hinaus ist auch denkbar, eine akustische Umfeldanalyse mit Ultraschallsensoren 11, 12, 13 auch für andere stationäre Anwendungen in Fertigungsbereichen oder bei der Gebäudeüberwachung anzuwenden.
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In diesen Fällen ist insbesondere eine Kombination mit anderen Sensoren 11, 12, 13 wie Mikrofonen und Beschleunigungsaufnehmern sinnvoll.
