DE102019122727A1 - Method and device for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular a motor of an internal combustion engine with a crankshaft, and the number of drive units with the device - Google Patents

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Tobias Frank
Jörg Remele
Aron Toth
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors (110) einer Brennkraftmaschine (100) mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung (10) der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik (120) an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung (10):- ein Schallsignal (130) der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik (120) erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung (200) bereitgestellt wird,- mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit (140) aus dem Schallsignal (130) eine Anzahl Signalkennzeichnungen (141) festgestellt wird.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- eine Anzahl von Ereignissen (131) mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen (141) identifiziert wird in der Signalanalyseeinheit (140), insbesondere eine Signalkennzeichnung einem Ereignis für die drehende Antriebskomponente zugeordnet wird, und- eine einem Ereignis (131) zuzuordnende Signalkennzeichnung (141) in der Signalanalyseeinheit (140) mittels wenigstens einer Metrik (142) charakterisiert wird, wobei die Metrik (142) durch wenigstens einen Kenngrößenparameter (143) definiert ist, der das Ereignis am Schallsignal (130) festmacht, und- der Metrik (142) in der Signalanalyseeinheit (140) zur Übergabe an eine Auswerteeinheit (240) einer Auswerteeinrichtung (200) aufbereitet und bereitgestellt wird, insbesondere die wenigstens eine Signalanalyseeinheit an der wenigstens einen Antriebseinheit und die Auswerteeinheit entfernt von der Antriebseinheit bereitsteht, insbesondere durch eine drahtlose Verbindung kommunikativ verbunden sind.The invention relates to a method (1) for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular a motor (110) of an internal combustion engine (100) with a crankshaft, the monitoring being a sound monitoring (10) of the rotating drive component by means of an acoustic sensor system (120 ) takes place on the drive unit, and within the scope of the sound monitoring (10): - a sound signal (130) of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system (120) and made available for evaluation for an evaluation device (200), - by means of a signal analysis of the sound signal In a signal analysis unit (140) from the sound signal (130) a number of signal identifications (141) is determined. According to the invention it is provided that - a number of events (131) is identified by means of a number of signal identifications (141) in the signal analysis unit (140) , in particular a signal marking an event for the turn the drive component is assigned, and a signal identifier (141) to be assigned to an event (131) is characterized in the signal analysis unit (140) by means of at least one metric (142), the metric (142) being defined by at least one characteristic parameter (143), which fixes the event on the sound signal (130), and the metric (142) is processed and provided in the signal analysis unit (140) for transfer to an evaluation unit (240) of an evaluation device (200), in particular the at least one signal analysis unit on the at least one Drive unit and the evaluation unit is available remotely from the drive unit, in particular are communicatively connected by a wireless connection.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nämlich ein Verfahren zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung: ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird, und mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit aus dem Schallsignal eine Anzahl Signalkennzeichnungen festgestellt wird.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, namely a method for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular an engine of an internal combustion engine with a crankshaft, the monitoring being carried out as sound monitoring of the rotating drive component by means of acoustic sensors on the drive unit , and within the scope of sound monitoring: a sound signal of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system and made available for evaluation for an evaluation device, and a number of signal identifications are determined from the sound signal by means of a signal analysis of the sound signal in a signal analysis unit.

Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Signalanalyseeinheit und Auswerteeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung führt auch auf eine Antriebseinheit und ein System, insbesondere Flotte oder Farm, einer Anzahl von Antriebseinheiten und einer Auswerteeinrichtung mit einer Anzahl von Signalanalyseeinheiten.The invention also relates to a corresponding signal analysis unit and evaluation device for carrying out the method. The invention also leads to a drive unit and a system, in particular a fleet or farm, a number of drive units and an evaluation device with a number of signal analysis units.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weist insbesondere einen Motor sowie zumeist die Leistung des Motors unterstützende Einheiten auf, wie z.B. Turbolader und Abgas- und Zuluft-Führungen mit Einbauten. Auch die Leistung weitergebende Einheiten eines an die Brennkraftmaschine anschließenden Antriebsstrangs mit Kupplungen, Übersetzungseinheiten, Getrieben und sonstigen Antriebskomponenten weisen eingangs genannte drehende Antriebskomponenten auf. Eine Brennkraftmaschine kann auch Teil einer komplexen Antriebseinheit sein, nämlich beispielsweise eines Gen-Sets umfassend einen Generator und die Brennkraftmaschine. Eine drehende Antriebskomponente und von dieser angetriebene Komponenten wie etwa Kurbel- und Nockenwellen, Pleuel, Ventile, Lader und Getriebe oder ein Rotor eines Generators sind regelmäßig wesentlich für den Betrieb der Antriebseinheit und zugleich Verschleiß oder Fehler behaftet aufgrund deren intensiver Betriebsbelastungen.An internal combustion engine of the type mentioned at the outset has, in particular, an engine and, in most cases, units that support the performance of the engine, such as turbochargers and exhaust gas and supply air ducts with internals. The power-transmitting units of a drive train connected to the internal combustion engine with clutches, transmission units, gears and other drive components also have rotating drive components mentioned at the beginning. An internal combustion engine can also be part of a complex drive unit, namely, for example, a gene set comprising a generator and the internal combustion engine. A rotating drive component and components driven by it, such as crankshafts and camshafts, connecting rods, valves, superchargers and gears or a rotor of a generator, are regularly essential for the operation of the drive unit and at the same time are subject to wear and tear or defects due to their intensive operating loads.

So erfährt etwa ein Motor oder daran angeschlossene Komponenten des Antriebsstranges im Feld Verschleiß und daraus resultierend verschiedenste Fehler, die nur teilweise durch aufwendige Sensorik oder nur durch eine regelmäßige Überprüfung durch Servicepersonal erkannt und behoben werden können. Ein Beispiel für eine sich im Betrieb nach und nach entwickelnde Dejustage, eine unerwünschte Verstellung oder eine Verschleißentwicklung ist beispielsweise ein sich im Betrieb änderndes Ventilspiel oder ein zunehmend ausschlagendes Pleuel-Lager oder Pleuel-Auge - diese Art eines Verschleißes ist im Rahmen der normalen Auslegung der genannten Komponenten abhängig vom Betriebsprofil. Auch können sich als Folge -insofern sich ankündigend oder auch unangekündigt, da unerkannt-- gravierende Fehler oder Ausfälle ergeben; beispielsweise können Kolbenringe oder Ein- bzw. Auslassventile im Betrieb und unter Last brechen. Einige Verschleißentwicklungen oder Fehler können unmittelbar den Ausfall der Brennkraftmaschine, insbesondere des Motors, zur Folge haben.For example, a motor or the components of the drive train connected to it experience wear in the field and a wide variety of errors resulting from this, which can only be partially recognized and rectified by complex sensors or only by regular checks by service personnel. An example of a misalignment that gradually develops during operation, an undesired adjustment or a wear development is, for example, a valve clearance that changes during operation or an increasingly deflecting connecting rod bearing or connecting rod eye - this type of wear is within the scope of the normal design of the named components depending on the company profile. Serious errors or failures can also result as a result - to the extent that they are announced or even unannounced because they are undetected; For example, piston rings or inlet or outlet valves can break during operation and under load. Some wear developments or faults can directly result in the failure of the internal combustion engine, in particular the engine.

Einige Verschleißentwicklungen und Fehler sind erkennbar bzw. kündigen sich an, andere nicht; jedenfalls ist es wünschenswert, vorab eines offensichtlichen Auftretens oder jedenfalls unmittelbar danach eine Verschleißentwicklung oder Fehler zu erkennen - dies mit möglichst wenig Aufwand. Dieser Bedarf ergibt sich nicht nur aus Kostengründen, sondern er soll vor allem dazu dienen, die Lebensbetriebsdauer einer Brennkraftmaschine möglichst aufwandsfrei zu gestalten, jedenfalls aber einen Totalausfall zu vermeiden. Dies bedeutet bislang regelmäßig, dass bei Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise Großmaschinen (z.B. Großdiesel- oder Gasmotoren), zusätzlich zu einer an sich üblichen Überwachungssensorik jedenfalls ein Mindesteinsatz von Zusatzsensorik für eine erweiterte Sensorsignalisierung und eine entsprechende Signalverarbeitung vorgesehen ist. Dennoch spielen auch bei solchen Großmaschinen einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente Kosten eine Rolle, nicht nur für den Einsatz der Sensorik, sondern auch für die zugehörige Signalverarbeitung der durch die Sensorik gemessen Sensorsignalisierung und Signalverarbeitung.Some developments in wear and tear and defects are recognizable or announced, others are not; In any case, it is desirable to recognize a development of wear or a defect in advance of an obvious occurrence or at least immediately afterwards - this with as little effort as possible. This need arises not only for reasons of cost, but above all it should serve to make the service life of an internal combustion engine as effortless as possible, but in any case to avoid a total failure. Up to now, this has regularly meant that in internal combustion engines, such as large machines (e.g. large diesel or gas engines), in addition to a conventional monitoring sensor system, a minimum use of additional sensors is provided for extended sensor signaling and corresponding signal processing. Nevertheless, even with such large machines of a drive unit with a rotating drive component, costs play a role, not only for the use of the sensor system, but also for the associated signal processing of the sensor signaling and signal processing measured by the sensor system.

US 5,230,316 beschreibt beispielsweise ein an sich bekanntes Verfahren zur Detektion von Klopfzuständen einer internen Verbrennungsmaschine unter Auswertung von Frequenzspektren und abhängig vom Drehwinkel einer Kurbelwelle. Dabei wird eine Klopfintensität in Bezug auf Pegel- und Frequenz-Verschiebung eines charakteristischen Kurbelwinkels mittels eines Frequenzspektrums in einem Messfenster des Drehwinkels berücksichtigt. Ein solches Verfahren arbeitet mit den Rohdaten eines Vibrationssensors sowohl in Bezug auf den Drehwinkel als auch in Bezug auf eine Frequenzauflösung - ein Datenaufkommen ist entsprechend hoch. U.S. 5,230,316 describes, for example, a method known per se for detecting knocking conditions in an internal combustion engine by evaluating frequency spectra and depending on the angle of rotation of a crankshaft. A knock intensity is taken into account in relation to the level and frequency shift of a characteristic crank angle by means of a frequency spectrum in a measurement window of the rotation angle. Such a method works with the raw data of a vibration sensor both in terms of the angle of rotation and in terms of frequency resolution - the volume of data is correspondingly high.

Eine demgegenüber mit akustischen Rohdaten eines Schallsensors arbeitendes Verfahren zur Detektion von Anomalitäten bei einem Betrieb einer drehenden Maschine ist beispielsweise bekannt aus US 4,669,315 A . Dort ist beschrieben, wie bereits ein einhüllendes Signal eines akustischen Rohdatensignals eines Sensors einer drehenden Maschine gewonnen werden kann und im Rahmen eines Diagnosetools zur Aufdeckung von bestimmten Anomalitäten genutzt werden kann. Insofern ist dort eine eingangs genannte Überwachung als eine Schallüberwachung einer drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit beschrieben, wobei im Rahmen der Schallüberwachung ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird, wobei mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit aus dem Schallsignal eine Anzahl Signalkennzeichnungen festgestellt wird. Es werden aber für dieses und andere solche an sich bekannte Verfahren häufig für die Erkennung verschiedener Fehler verschiedene Sensoren und verschiedene Diagnosefunktionen benötigt, was wie im Falle der US 4,669,315 A durchaus komplex ist und mit Rechenaufwand verbunden ist. Außerdem werden bei Einbau und Wechsel --etwa bei Sensorausfall-- unnötige Kosten verursacht.In contrast, a method for detecting anomalies during operation of a rotating machine, which works with raw acoustic data from a sound sensor, is known from, for example U.S. 4,669,315 A . There it is described how an enveloping signal of an acoustic raw data signal of a sensor of a rotating machine can be obtained and used in the context of a diagnostic tool to detect certain anomalies. So there is one The monitoring mentioned at the beginning is described as a sound monitoring of a rotating drive component by means of an acoustic sensor system on the drive unit, with a sound signal of the rotating drive component being recorded by means of the acoustic sensor system and made available for evaluation for an evaluation device, with a signal analysis of the sound signal in a Signal analysis unit from the sound signal a number of signal identifications is determined. For this and other such methods known per se, however, different sensors and different diagnostic functions are often required for the detection of different errors, which is the case in the U.S. 4,669,315 A is quite complex and involves computational effort. In addition, installation and replacement - for example in the event of a sensor failure - cause unnecessary costs.

Darüber hinaus aber ist die Erkennung von Fehlern am Motor z. B. mit einem am Motor verbauten Diagnose- oder Steuergerät grundsätzlich aufwendig. Zum einen ist die Hardware teilweise anspruchsvollen Einsatzbedingungen wie Vibrationen, Temperaturen und Schmutz etc. ausgesetzt und muss diesen über extreme Betriebszustände und Betriebsdauern standhalten. Zum anderen ist die am Motor verbaute Diagnose- und Steuerhardware hinsichtlich Rechenleistung für Steuer- und Diagnosegeräte beschränkt und kann nur begrenzt erhöht werden. Auch eine Aktualisierung von Fehler- oder Verschleiß-Erkennungsalgorithmen und eine Aktualisierung an den Diagnose- und Steuergeräten an jedem Motor ist logistisch aufwendig, jedenfalls aber nur beschränkt zyklisch oder langwierig. Es kann zudem nur beschränkt auf akute Änderungen in Betriebszuständen oder Einsatzbedingungen reagiert werden.In addition, however, the detection of errors in the engine z. B. with a built-in on the engine diagnostic or control unit is generally expensive. On the one hand, the hardware is sometimes exposed to demanding operating conditions such as vibrations, temperatures and dirt, etc. and has to withstand these over extreme operating conditions and operating times. On the other hand, the diagnostic and control hardware installed on the engine is limited in terms of computing power for control and diagnostic devices and can only be increased to a limited extent. Updating fault or wear detection algorithms and updating the diagnostic and control devices on each engine is logistically complex, but in any case only cyclically or lengthy to a limited extent. In addition, it is only possible to react to acute changes in operating states or operating conditions to a limited extent.

Deswegen wird generell zukünftig eine Verlagerung des Signalverarbeitungsaufwandes extern der Antriebseinheit angestrebt, also z.B. derart beabstandet vom Motor, dass Rechenaufwand verfügbar wird und Einsatzbedingungen angemessen sind. Eine Verarbeitung von Sensordaten kann beispielsweise zentralisiert oder regional erfolgen, wie beispielsweise an einem regional vorteilhaften Ort für betroffene Fahrzeuge in einer Mine, in einem regionalen Hauptrechner eines Schiffes für alle Motoren des Schiffes oder eben zentral in einer Zentraldatenverarbeitung eines Anbieters oder Herstellers für alle Antriebseinheiten oder Motoren einer Flotte oder Farm - grundsätzlich können dann leistungsfähige große Standard-Rechner oder Datenverarbeitungsanlagen mit allen Vorteilen von Anwendungen zur erweiterten Datenanalyse, wie z.B. sogenannten BackUp-Anwendungen, BigData-Anwendungen oder dergleichen verwendet werden. Diese sind in dieser Anwendung auch relativ zu ihrer Leistungsfähigkeit billiger als kleine Einzelrechner und logistisch einfacher zu aktualisieren bzw. anzupassen. Zudem können Daten verschiedener oder ähnlicher Motoren verglichen werden - eine Option, die am einzelnen Motor in der Regel nicht zur Verfügung steht. So gestalten sich vor allem Trendanalysen und prädiktive Analyseverfahren für die im Feld befindlichen Brennkraftmaschinen als vorteilhaft.Therefore, in the future, the aim is generally to relocate the signal processing effort externally to the drive unit, e.g. at a distance from the motor in such a way that computing effort becomes available and the operating conditions are appropriate. Processing of sensor data can take place, for example, in a centralized or regional manner, for example at a regionally advantageous location for affected vehicles in a mine, in a regional main computer of a ship for all engines of the ship or even centrally in a central data processing system of a provider or manufacturer for all drive units or Motors of a fleet or farm - in principle, powerful large standard computers or data processing systems with all the advantages of applications for extended data analysis, such as so-called back-up applications, big data applications or the like, can then be used. In this application, these are cheaper than small individual computers in relation to their performance and are logistically easier to update or adapt. In addition, data from different or similar engines can be compared - an option that is usually not available on individual engines. Trend analyzes and predictive analysis methods for the internal combustion engines in the field are particularly advantageous.

Ein in diesem Sinne vorteilhaftes Verfahren mit entsprechender Rechenlastaufteilung ist in US 5,157,610 A zur Steuerung eines Motors beschrieben - ein Überwachungsaufwand wird zwischen einer im Fahrzeug installierten Station und einer stationären Basisstation aufgeteilt, wobei bereits in der im Fahrzeug installierten Station die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden. Es werden Betriebszustände des Fahrzeugs erfasst, und von den für die erfassten Betriebszustände repräsentativen Daten, die keine Echtzeitverarbeitung erfordern, werden diejenigen, die dazu bestimmt sind, in der Basisstation verarbeitet zu werden, an die Basisstation übermittelt, wobei die Basisstation diese Daten von der im Fahrzeug installierten Station erhält. Eine Verarbeitung dieser Daten erfolgt entsprechend den in der Basisstation gespeicherten Daten, wobei die Basisstation die verarbeiteten Daten an einen Empfänger in der im Fahrzeug installierten Station und zu einer Steuereinrichtung in der im Fahrzeug installierten Station übermittelt, die mit dem im Fahrzeug installierten Empfänger verbunden ist. Die Steuereinrichtung der im Fahrzeug installierten Station ist so ausgeführt, dass sie die Betriebszustände des Fahrzeugs entsprechend den erhaltenen verarbeiteten Daten überprüft und/oder anzeigt.A method that is advantageous in this sense, with a corresponding computation load distribution, is shown in U.S. 5,157,610 A for controlling a motor - a monitoring effort is divided between a station installed in the vehicle and a stationary base station, the following method steps being carried out already in the station installed in the vehicle. Operating conditions of the vehicle are recorded, and of the data representative of the recorded operating conditions that do not require real-time processing, those that are intended to be processed in the base station are transmitted to the base station, the base station transferring these data from the im Vehicle installed station. These data are processed in accordance with the data stored in the base station, the base station transmitting the processed data to a receiver in the station installed in the vehicle and to a control device in the station installed in the vehicle which is connected to the receiver installed in the vehicle. The control device of the station installed in the vehicle is designed in such a way that it checks and / or displays the operating states of the vehicle in accordance with the processed data received.

Soll aber eine Signalverarbeitung extern der Antriebseinheit, also zentral oder regional, verlagert werden, müssen erhebliche Mengen an Sensordaten übertragen werden. Wie eingangs beschrieben erfolgt dies regelmäßig mittels einer Übertragung der anfallenden Rohdaten der Sensorik. Üblich sind bislang sogenannte Datenblogger, mit denen es möglich ist, Rohdaten der Sensoren als Sensordaten an eine Zentral- oder Regionalstelle zu übertragen. Es kann auch so erfolgen, dass die zur Verfügung gestellten Daten in ihrer Menge oder zeitlichen Auflösung beschränkt werden - so arbeiten Datenblogger oft mit geringen zeitlichen Auflösungen im Bereich von beispielsweise 1 Hz. Dadurch lässt sich schon eine maßgebliche Reduzierung der Datenmengen erreichen und eine sonst notwendige breitbandige Datenübertragung lässt sich aus Kosten- und Aufwandsgründen beschränken. Bei zunehmender Komplexität der Systeme ist jedoch abzusehen, dass die Übertragung vor allem großer Rohdatenmengen entweder zu teuer oder mangels Kapazitäten beschränkt ist. Es zeigt sich, dass solche Ansätze trotz an sich beispielsweise aus JP 2-130429 A bekannten Filter- und Analysemethoden auch für akustische Daten, bislang noch zu speziell und komplex sind - sie bieten nur beschränkt die Möglichkeit, ausreichend ausgewertet zu werden und reduzieren zudem nur in unzureichendem Maße die anfallenden Rohdatenmengen.However, if signal processing is to be relocated externally to the drive unit, i.e. centrally or regionally, considerable amounts of sensor data must be transmitted. As described above, this takes place regularly by means of a transmission of the raw data from the sensor system. So-called data bloggers, with which it is possible to transmit raw data from the sensors as sensor data to a central or regional office, have been common so far. It can also be done in such a way that the data made available is limited in terms of its quantity or temporal resolution - data bloggers often work with low temporal resolutions in the range of, for example, 1 Hz. This allows a significant reduction in the amount of data to be achieved and an otherwise necessary reduction Broadband data transmission can be restricted for reasons of cost and effort. With the increasing complexity of the systems, however, it can be foreseen that the transmission, especially of large amounts of raw data, is either too expensive or limited due to a lack of capacity. It turns out that such approaches in spite of in themselves for example JP 2-130429 A well-known filter and analysis methods, also for acoustic data, which have so far been too specific and complex - they only offer limited possibilities for adequate evaluation and also only insufficiently reduce the amount of raw data.

Wünschenswert ist es, möglichst allgemein Anomalitäten beim Betrieb einer Antriebseinheit, wie etwa unterschiedliche Fehler oder Verschleißerscheinungen mit an der Antriebseinheit vergleichsweise geringem Aufwand zu erkennen. D.h. es soll ein nur beschränkter Einsatz weiterer Hardware und Auswertekapazität, vorteilhaft ohne zusätzliche Sensorik, an der Antriebseinheit erforderlich sein und dennoch sollte eine Signalverarbeitung an der Antriebseinheit, insbesondere einem Motor zur Erkennung und Analyse von Anomalitäten überschaubar und gleichwohl hinreichend genau sein. Eine detaillierte Erkennung und Analyse von Anomalitäten wie Fehler oder Verschleiß an der Antriebseinheit soll extern der Antriebseinheit --also „remote“, insofern regional oder zentral-- erfolgen. Wünschenswert ist es --sei es an der Antreibseinheit oder „remote“ von dieser-- eine Datenmenge und damit Übertragungs- und/oder Analyseaufwand für Daten möglichst beschränkt zu halten.It is desirable to identify abnormalities in the operation of a drive unit as generally as possible, such as different faults or signs of wear, with comparatively little effort on the drive unit. This means that only limited use of additional hardware and evaluation capacity, advantageously without additional sensors, should be required on the drive unit, and signal processing on the drive unit, in particular a motor for the detection and analysis of anomalies, should nevertheless be manageable and nevertheless sufficiently precise. A detailed detection and analysis of anomalies such as errors or wear and tear on the drive unit should be carried out externally to the drive unit - i.e. "remotely", if regional or central. It is desirable - be it on the drive unit or "remotely" from it - to keep a data volume and thus the transfer and / or analysis effort for data as limited as possible.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die hinsichtlich der einleitend genannten Nachteile Verbesserungspotentiale bietet bei einer Schallüberwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, wobei eine zu übertragende Datenmenge zur Überwachung der Antriebseinheit, insbesondere eine zu übertragende Datenmenge nach extern, insofern vor allem „remote“, zur Antriebseinheit für eine weitergehende Analyse, beschränkt oder reduziert gehalten ist. Jedenfalls aber sollen einige der vorgenannten Aspekte adressiert werden. Insbesondere soll eine Einrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden, dessen Aufgabe es ist, auch einen möglichst generellen Ansatz zur Erkennung von Anomalitäten im Rahmen einer Schallüberwachung bei reduziertem Übertragungsaufwand für Sensorikdaten zu bieten.This is where the invention comes in, the object of which is to specify a method and a device of the type mentioned, which offers potential for improvement with regard to the disadvantages mentioned in the introduction in the sound monitoring of a drive unit with a rotating drive component, with a data volume to be transmitted for monitoring the Drive unit, in particular an amount of data to be transmitted externally, insofar as it is primarily “remote” to the drive unit for further analysis, is kept limited or reduced. In any case, some of the aforementioned aspects should be addressed. In particular, a device and a method of the type mentioned at the outset are to be specified, the task of which is also to offer the most general possible approach to the detection of anomalies in the context of sound monitoring with reduced transmission effort for sensor data.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine entsprechende Signalanalyseeinheit gemäß Anspruch 15, insbesondere als Teil einer Auswerteeinrichtung gemäß Anspruch 17.This object is achieved by a method according to claim 1 and a corresponding signal analysis unit according to claim 15, in particular as part of an evaluation device according to claim 17.

Die Erfindung geht betreffend das Verfahren aus von einem eingangs genannten Verfahren zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung:

  • - ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird,
  • - mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit aus dem Schallsignal eine Anzahl Signalkennzeichnungen festgestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
  • - eine Anzahl von Ereignissen mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen in der Signalanalyseeinheit identifiziert wird. So kann im Rahmen einer Weiterbildung mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass eine Signalkennzeichnung einem Ereignis für die drehende Antriebskomponente zugeordnet wird. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass
  • - eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit mittels wenigstens einer Metrik charakterisiert wird, wobei die Metrik durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert ist, der das Ereignis am Schallsignal festmacht.
With regard to the method, the invention is based on a method mentioned at the beginning for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular an engine of an internal combustion engine with a crankshaft, the monitoring being carried out as sound monitoring of the rotating drive component by means of an acoustic sensor system on the drive unit, and Sound monitoring framework:
  • - a sound signal of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system and made available for evaluation for an evaluation device,
  • a number of signal identifications are determined from the sound signal by means of a signal analysis of the sound signal in a signal analysis unit. According to the invention it is provided that
  • - a number of events is identified by means of a number of signal identifications in the signal analysis unit. Thus, within the scope of a further development, it can be provided with particular advantage that a signal identifier is assigned to an event for the rotating drive component. According to the invention it is further provided that
  • a signal identifier to be assigned to an event is characterized in the signal analysis unit by means of at least one metric, the metric being defined by at least one characteristic variable parameter which attaches the event to the sound signal.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Metrik in der Signalanalyseeinheit zur Übergabe an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung aufbereitet und bereitgestellt wird.According to the invention, it is further provided that the metric is processed and provided in the signal analysis unit for transfer to an evaluation unit of an evaluation device.

Die Erfindung geht betreffend die Vorrichtung entsprechend aus von einer eingangs genannten Signalanalyseeinheit einer Auswerteeinrichtung zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung:

  • - ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird,
  • - mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit aus dem Schallsignal eine Anzahl Signalkennzeichnungen festgestellt wird. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass
  • - eine Anzahl von Ereignissen mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen identifiziert in der Signalanalyseeinheit wird,
  • - eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit mittels wenigstens einer Metrik charakterisiert wird, wobei die Metrik durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert ist, der das Ereignis am Schallsignal festmacht, und
  • - die Metrik in der Signalanalyseeinheit zur Übergabe an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung aufbereitet und bereitgestellt wird.
The invention is based on a signal analysis unit of an evaluation device for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular a motor of an internal combustion engine with a crankshaft, the monitoring being carried out as sound monitoring of the rotating drive component by means of an acoustic sensor on the drive unit , and within the scope of sound monitoring:
  • - a sound signal of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system and made available for evaluation for an evaluation device,
  • a number of signal identifications are determined from the sound signal by means of a signal analysis of the sound signal in a signal analysis unit. According to the invention it is further provided that
  • a number of events is identified in the signal analysis unit by means of a number of signal identifications,
  • a signal identifier to be assigned to an event is characterized in the signal analysis unit by means of at least one metric, the metric by at least one Characteristic parameter is defined, which attaches the event to the sound signal, and
  • - The metric is processed and provided in the signal analysis unit for transfer to an evaluation unit of an evaluation device.

So kann im Rahmen einer Weiterbildung mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Signalanalyseeinheit an der wenigstens einen Antriebseinheit und die Auswerteeinheit entfernt von der Antriebseinheit bereitsteht, insbesondere durch eine drahtlose Verbindung kommunikativ verbunden sind.Thus, within the scope of a further development, it can be provided with particular advantage that the at least one signal analysis unit is available on the at least one drive unit and the evaluation unit is available away from the drive unit, in particular communicatively connected by a wireless connection.

Vereinfacht ausgedrückt sieht das Konzept der Erfindung damit vor, dass das Schallsignal mittels einer Signalanalyse in der Signalanalyseeinheit einer Vorauswertung unterworfen wird, insbesondere auf Grundlage der Rohdaten des Schallsignals. Im Ergebnis kann dabei eine Anzahl von Ereignissen mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen identifiziert in der Signalanalyseeinheit werden und es wird eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit mittels wenigstens einer Metrik charakterisiert. Die Metrik ist durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert.Put simply, the concept of the invention provides that the sound signal is subjected to a preliminary evaluation by means of a signal analysis in the signal analysis unit, in particular on the basis of the raw data of the sound signal. As a result, a number of events can be identified in the signal analysis unit by means of a number of signal identifications and a signal identification to be assigned to an event is characterized in the signal analysis unit by means of at least one metric. The metric is defined by at least one characteristic parameter.

Nach dieser Vorauswertung wird in der Signalanalyseeinheit die Metrik zur Übergabe an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung aufbereitet und bereitgestellt. Vorzugsweise erhält die Metrik und/oder der wenigstens eine Kenngrößenparameter dazu eine Zuordnungsinformation zum Ereignis. Bevorzugt wird ein Ereignis mittels einer Anzahl von Metriken charakterisiert, die in einem Ereignisfeld wie z.B. einem Ereignisvektor angeordnet werden können. Mehrere Ereignisse können so in einer Ereignismatrix aufgrund der zugeordneten Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit zusammengefasst und zur Auswerteeinheit übertragen werden. Das Schallsignal selbst und/oder die Signalkennzeichnung, insbesondere die Rohdaten des Schallsignals und/oder der Signalkennzeichnung, können vorteilhaft in der Signalanalyseeinheit verbleiben, insbesondere in der Signalanalyseeinheit überschrieben werden. Tatsächlich übertragen zur Auswerteeinheit wird dann bevorzugt nur die aufbereitete Metrik bzw. der Ereignisvektor. Das Konzept sieht im Ergebnis --verkürzt ausgedrückt-- ausgehend von einer allgemein verfügbaren und mit breitem Anwendungsgebiet versehenen Schallüberwachung eine externe Detailauswertung vor, wobei bevorzugt anstatt des Schallsignals selbst, nämlich der Rohdaten der Schallüberwachung, lediglich aus der lokalen Vorauswertung erlangte Metriken von zugeordneten Ereignissen an eine Auswerteeinheit zur bevorzugt externen Detailauswertung übertragen werden müssen. Eine entsprechende Signalanalyseeinheit zur Übergabe an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung zum Aufbereiten und Bereitstellen steht lokal an der Antriebseinheit als Einrichtung zur Vorauswertung und Übertragung zur Verfügung. Eine bevorzugt externe Auswerteeinheit zur Detailauswertung ist Teil einer Auswerteeinrichtung sowie System aus Brennkraftmaschine und Recheneinheit zur Analyse von Ereignisvektoren.After this preliminary evaluation, the metric is prepared and provided in the signal analysis unit for transfer to an evaluation unit of an evaluation device. For this purpose, the metric and / or the at least one characteristic variable parameter preferably receives assignment information about the event. An event is preferably characterized by means of a number of metrics that can be arranged in an event field such as an event vector. Several events can thus be combined in an event matrix based on the assigned signal identification in the signal analysis unit and transmitted to the evaluation unit. The sound signal itself and / or the signal identification, in particular the raw data of the sound signal and / or the signal identification, can advantageously remain in the signal analysis unit, in particular be overwritten in the signal analysis unit. Only the processed metric or the event vector is then actually transmitted to the evaluation unit. As a result, the concept provides - in abbreviated form - based on a generally available sound monitoring system with a broad field of application, an external detailed evaluation, whereby instead of the sound signal itself, namely the raw data of the sound monitoring system, metrics of assigned events obtained only from the local pre-evaluation are preferred must be transmitted to an evaluation unit for preferably external detailed evaluation. A corresponding signal analysis unit for transfer to an evaluation unit of an evaluation device for processing and provision is available locally on the drive unit as a device for pre-evaluation and transmission. A preferably external evaluation unit for detailed evaluation is part of an evaluation device and a system comprising an internal combustion engine and a computer unit for analyzing event vectors.

Die Erfindung geht in ihrem Konzept zunächst davon aus, dass viele Fehler bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Motor, akustische Signaturen zeigen, die im Normalbetrieb nicht auftreten - dies kann beispielsweise in Form eines Geräuschs oder eines wiederauftretenden besonderen akustischen Signals gegeben sein. Insbesondere Großmotoren wie Diesel- oder Gasmotoren verwenden bereits serienmäßig akustische Sensoren wie etwa Klopf- oder Beschleunigungssensoren, um schädliche klopfende Verbrennung zu erkennen oder durch die Motorsteuerung auszuregeln, wie dies etwa beispielhaft anhand des eingangs genannten Stands der Technik erläutert ist. An Gasmotoren sind solche Sensoren also vorhanden bzw. könnten bei anderen Großmotoren wie Dieselmotoren ebenfalls problemlos verbaut werden. Es zeigt sich auch, dass solche akustischen Sensoren vergleichsweise kostengünstig installiert und nachinstalliert werden können, da sie regelmäßig zur Detektion von Körperschall ausgelegt sind und am Außenbereich einer Brennkraftmaschine nachgerüstet werden können. Körperschalldetektoren, insbesondere Akustik- oder Schalldetektoren, können außerdem in Bereichen einer Brennkraftmaschine installiert werden, die weniger extremen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Druck und Erschütterung ausgesetzt sind, und dennoch sind diese Körperschalldetektoren oder sonstige zur Detektion von akustischen Rohdaten geeigneten Akustiksensoren geeignet, Rohdaten zu liefern in Form von akustischen Signalen, die geeignet sind zur Auswertung und Erkennung von Fehlern oder Verschleiß einer Brennkraftmaschine bzw. deren Komponenten. Gleichermaßen gelten diese Überlegungen auch für Komponenten eines Antriebsstrangs an einer Brennkraftmaschine wie etwa eine Kupplung, ein Getriebe und für die Peripherie des Motors wie Turbolader, Abgas- oder Zuluftperipherie sowie darin vorhandene drehende Teile wie Klappen oder dergleichen. Insbesondere dient aber das Konzept der Erfindung dem Einsatz von akustischen Sensoren, um Fehler oder Verschleiß am Motor zu erkennen, und zwar Fehler und Verschleiß zu erkennen über eine übliche Klopferkennung hinaus.The concept of the invention is initially based on the assumption that many faults in an internal combustion engine, in particular an engine, show acoustic signatures that do not occur during normal operation - this can be given, for example, in the form of a noise or a recurring special acoustic signal. In particular, large engines such as diesel or gas engines already use acoustic sensors such as knock or acceleration sensors as standard in order to detect harmful knocking combustion or to regulate it through the engine control system, as explained by way of example using the prior art mentioned at the beginning. Such sensors are therefore available on gas engines or can also be installed in other large engines such as diesel engines without any problems. It is also shown that such acoustic sensors can be installed and retrofitted comparatively inexpensively, since they are regularly designed for the detection of structure-borne noise and can be retrofitted on the outside of an internal combustion engine. Structure-borne sound detectors, in particular acoustic or sound detectors, can also be installed in areas of an internal combustion engine that are exposed to less extreme conditions in terms of temperature, pressure and vibration, and yet these structure-borne sound detectors or other acoustic sensors suitable for detecting raw acoustic data are suitable for delivering raw data in Form of acoustic signals that are suitable for evaluating and recognizing errors or wear and tear in an internal combustion engine or its components. These considerations also apply to components of a drive train on an internal combustion engine, such as a clutch, a transmission, and to the periphery of the engine such as a turbocharger, exhaust gas or supply air peripherals and rotating parts such as flaps or the like. In particular, however, the concept of the invention is used to use acoustic sensors in order to identify faults or wear on the engine, specifically to identify faults and wear beyond the usual knock detection.

Ausgehend von diesen Überlegungen hat die Erfindung erkannt, dass akustische Daten eines Schallsignals zeitlich oder spektral durchaus hochaufgelöst sind und die anfallenden Rohdatenmengen dennoch reduziert werden können - die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass mehrere auftretende hundert oder tausend Abtastwerte pro Arbeitsspiel zu einer Rohdatenmenge von Sensorrohdaten führt, die deutlich reduziert werden kann.Based on these considerations, the invention has recognized that acoustic data of a sound signal are temporally or spectrally highly resolved and the raw data quantities that arise can nevertheless be reduced - the invention is based on the consideration that several hundred or thousand samples per Working cycle leads to a raw data volume of raw sensor data that can be significantly reduced.

Das Konzept der Erfindung schlägt mit der beanspruchten Lösung ein Verfahren und eine Einrichtung mit einer vergleichsweise reduzierten Signalverarbeitung am Motor oder dergleichen Antriebseinheit für gemessene akustische Signale vor, wobei einem tatsächlichen Ereignis am Motor ein Schallereignis im akustische Signal entspricht, d.h. eine das Schallereignis ausmachende Signalkennzeichnung für das Ereignis - die reduzierte Signalverarbeitung beruht auf der Verarbeitung der das Schallereignis ausmachenden Signalkennzeichnung für das Ereignis, insbesondere lediglich der das Schallereignis ausmachenden Signalkennzeichnung für das Ereignis.. Unter einem Schallereignis ist grundsätzlich jeder auffällige Geräuschanteil im akustischen Signal zu verstehen. Im Ergebnis führt das Konzept der Erfindung dazu, dass jedem tatsächlichen Ereignis am Motor, d.h. dem entsprechenden Schallereignis, eine oder mehrere geeignete Kenngrößen zugeordnet werden kann - vorliegend sind diese als eine oder mehrere Metriken beschrieben, die es erlauben, das Geräusch in Form des Schallereignisses bestmöglich zu charakterisieren und von anderen zu unterscheiden; die Metrik ist dazu durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert ist, der das Schallereignis am Schallsignal in Form einer charakteristischen Signalkennzeichnung oder eines charakteristischen Signalteils festmacht.The concept of the invention proposes a method and a device with a comparatively reduced signal processing on the engine or the like drive unit for measured acoustic signals with the claimed solution, with an actual event on the engine corresponding to a sound event in the acoustic signal, ie a signal identification for the sound event the event - the reduced signal processing is based on the processing of the signal identification for the event that makes up the sound event, in particular only the signal identification for the event that makes up the sound event. A sound event is basically any noticeable noise component in the acoustic signal. As a result, the concept of the invention means that one or more suitable parameters can be assigned to each actual event on the engine, ie the corresponding sound event - in the present case these are described as one or more metrics that allow the noise to be expressed in the form of the sound event to characterize and distinguish from others as best as possible; To this end, the metric is defined by at least one characteristic variable parameter which fixes the sound event on the sound signal in the form of a characteristic signal identifier or a characteristic signal part.

Das Konzept hat darüber hinaus erkannt, dass eine Anzahl von Metriken insofern zu einem Ereignis zusammengefasst und beispielsweise als ein Ereignisvektor --insbesondere statt der Rohdaten-- für ein Ereignis bzw. mehrere Metriken in einem Ereignisvektor für ein Ereignis oder mehrere Ereignisse an eine externe, bevorzugt zentrale oder regionale, Auswerteeinheit als Analysestelle übertragen werden können. Insbesondere werden eigentlich also nur die Kenngrößen für ein Ereignis --hier also wenigstens eine Metrik mit wenigstens einem Kenngrößenparameter-übertragen. Im Folgenden wird betreffend das Schallereignis vor allem auf die Signalkennzeichnung oder den Signalteil Bezug genommen, wobei das Schallereignis einem tatsächlichen Ereignis am Motor entspricht.The concept has also recognized that a number of metrics are combined to form an event and, for example, as an event vector - especially instead of the raw data - for an event or several metrics in an event vector for an event or several events to an external, preferably central or regional evaluation unit can be transmitted as an analysis point. In particular, only the parameters for one event - here at least one metric with at least one parameter parameter - are actually transmitted. In the following, with regard to the sound event, reference is primarily made to the signal identification or the signal part, the sound event corresponding to an actual event on the engine.

Dahingehend schlägt das Konzept der Erfindung also eine Vorauswertung bzw. Auswertung der Rohdaten bis zu wenigstens einer Metrik mit einer oder mehreren Kenngrößen für ein Ereignis vor. Dies führt zu einer drastischen Reduzierung der zu übertragenden und insofern vorausgewerteten Rohdatenmengen in Form der Metrik mit einer oder mehreren Kenngrößen für ein Ereignis.To this end, the concept of the invention proposes a preliminary evaluation or evaluation of the raw data up to at least one metric with one or more parameters for an event. This leads to a drastic reduction in the amount of raw data to be transmitted and therefore pre-evaluated in the form of metrics with one or more parameters for an event.

Dagegen hat das Konzept der Erfindung erkannt, dass beispielsweise im Rahmen des beanspruchten Systems eine weitere Analyse in der regionalen oder zentralen Auswertestelle erfolgen kann, die es erlaubt, eine für den jeweiligen Fehler spezifische und evtl. über die Laufzeit des Motors zu optimierende und weiterzuentwickelnde auf neue Fehler auszudehnende Erkennung von Fehlern anzuwenden. Gleichwohl zeigt sich, dass die Vorauswertung bis auf eine Metrik für ein Ereignis bzw. einen Ereignisvektor für ein Ereignis grundsätzlich auch anwendbar und umsetzbar ist bei der lokalen Steuer- und Recheneinheit an einer Brennkraftmaschine oder einem Antriebsstrang, insbesondere eines Motors.In contrast, the concept of the invention has recognized that, for example, within the framework of the claimed system, a further analysis can be carried out in the regional or central evaluation point, which allows a specific error to be optimized and developed over the running time of the engine new bug to apply bug detection. Nonetheless, it has been shown that the preliminary evaluation, apart from a metric for an event or an event vector for an event, can in principle also be used and implemented in the local control and computing unit on an internal combustion engine or a drive train, in particular an engine.

Kurz gesagt sieht die Erfindung also das Reduzieren der Rohdaten bis auf eine Metrik für ein oder mehrere Ereignisse in den Rohdaten der akustischen Sensoren vor; mehrere Metriken für ein Ereignis können in einem Ereignisvektor zusammengefasst werden - insofern können für mehrere Ereignisse mehrere Ereignisvektoren bzw. mehrere Metriken vorgesehen sein, die im Rahmen einer Vorauswertung einer Auswerteeinheit an der lokalen Steuer- und Recheneinheit dann vorliegen. Erst die Metrik bzw. der Ereignisvektor mit einer Anzahl von Metriken wird dann an eine externe Analyseeinheit übertragen, die zentral regional verortet und für eine umfassendere Analyse zur Verfügung steht.In short, the invention therefore provides for the raw data to be reduced to a metric for one or more events in the raw data of the acoustic sensors; Several metrics for an event can be combined in one event vector - in this respect several event vectors or several metrics can be provided for several events, which are then available in the context of a preliminary evaluation of an evaluation unit at the local control and processing unit. Only the metric or the event vector with a number of metrics is then transmitted to an external analysis unit, which is located centrally and regionally and is available for a more comprehensive analysis.

Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Antriebseinheit gemäß Anspruch 16 und eine entsprechende Auswerteeinrichtung gemäß Anspruch 17 mit der Signalanalyseeinheit und der Auswerteeinheit.In order to achieve the object, the invention also leads to a drive unit according to claim 16 and a corresponding evaluation device according to claim 17 with the signal analysis unit and the evaluation unit.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente weist eine Signalanalyseeinheit gemäß dem Konzept der Erfindung auf, insbesondere weist die Antriebseinheit einen Motor einer Brennkraftmaschine auf mit einer drehenden Antriebskomponente in Form einer Kurbelwelle, wobei zur Überwachung eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit vorgesehen ist.The drive unit according to the invention with a rotating drive component has a signal analysis unit according to the concept of the invention, in particular the drive unit has a motor of an internal combustion engine with a rotating drive component in the form of a crankshaft, with the monitoring of a sound monitoring of the rotating drive component by means of acoustic sensors on the drive unit is provided.

Die Antriebseinheit weist also eine Sensorik zur Schallüberwachung auf und eine geeignete Hardware der Signalanalyseeinheit zur Vorverarbeitung der Schallsignal-Daten im Rahmen der erfindungsgemäßen Signalanalyse sowie eine geeignete Hardware einer Übertragungseinrichtung zum Aufbereiten, Bereitstellen und Übergeben der Metrik aus der Signalanalyseeinheit an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung.The drive unit thus has a sensor system for sound monitoring and suitable hardware of the signal analysis unit for preprocessing the sound signal data within the scope of the signal analysis according to the invention and suitable hardware of a transmission device for processing, providing and transferring the metrics from the signal analysis unit to an evaluation unit of an evaluation device.

Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung weist die Signalanalyseeinheit und die Auswerteeinheit ausgebildet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung wenigstens eine Signalanalyseeinheit an der wenigstens einen Antriebseinheit auf, wobei die Auswerteeinheit entfernt von der Antriebseinheit bereitsteht, insbesondere sind diese durch eine drahtlose Verbindung kommunikativ verbunden. Die Auswerteeinrichtung weist somit gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft eine Anzahl von Signalanalyseeinheiten an und für eine Anzahl von Antriebseinheiten auf.The evaluation device according to the invention has the signal analysis unit and the evaluation unit designed to carry out the method according to the invention. In particular, the evaluation device according to the invention has at least a signal analysis unit on the at least one drive unit, the evaluation unit being available remotely from the drive unit, in particular these are communicatively connected by a wireless connection. According to the concept of the invention, the evaluation device thus advantageously has a number of signal analysis units on and for a number of drive units.

Die Auswerteinrichtung weist entsprechende Hardware einer Empfangseinheit zum Empfang der Metrik aus der Signalanalyseeinheit auf sowie ein Speichermedium und eine vorzugsweise externe, insbesondere regionale oder zentrale, Auswerteeinheit zum Speichern und Auswerten der Metrik auf, insbesondere einer Anzahl von Ereignisvektoren. Gleichwohl kann das Konzept der Erfindung auch umsetzbar sein mit einer lokalen Auswerteeinheit am Ort der Signalanalyseeinheit.The evaluation device has corresponding hardware of a receiving unit for receiving the metric from the signal analysis unit as well as a storage medium and a preferably external, in particular regional or central, evaluation unit for storing and evaluating the metric, in particular a number of event vectors. Nevertheless, the concept of the invention can also be implemented with a local evaluation unit at the location of the signal analysis unit.

Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein System gemäß Anspruch 18, d.h. ein System, insbesondere Flotte oder Farm, einer Anzahl von Antriebseinheiten nach Anspruch 16 und einer Anzahl von Signalanalyseeinheiten nach Anspruch 15 und der Auswerteeinrichtung nach Anspruch 17.To achieve the object, the invention also leads to a system according to claim 18, i.e. a system, in particular a fleet or farm, a number of drive units according to claim 16 and a number of signal analysis units according to claim 15 and the evaluation device according to claim 17.

Ein Vorteil des Konzepts der Erfindung ergibt sich zunächst daraus, dass eine Sensorik für die Schallüberwachung vergleichsweise kostengünstig ist. Insbesondere für Gasmotoren ist die Sensorik ohnehin für die Klopfregelung des Motors notwendig und insofern standardmäßig vorhanden, d.h. es ist keine Zusatzsensorik erforderlich. Ein und dieselbe Sensorik kann verwendet werden, um mehrere verschiedene Fehler zu erkennen. Beispiele sind ein geändertes Ventilspiel an Ein- und Auslassventil, Bruch von Kolbenringen --hier kann bereits ein sich ankündigender Fehler erkannt werden--, gebrochene Ventile, ausgeschlagene Pleuellager oderZündaussetzer. Durch die Bestimmung weniger Metriken für jedes erkannte Ereignis können die Daten mit wenig Aufwand also an eine externe, vorzugsweise regionale oder zentrale, Auswerteeinheit als Auswertestelle übertragen werden, wo eine aufwändigere, detaillierte Auswertung, z. B. in Form einer Trendanalyse oder Vorhersage der weiteren Entwicklung durchgeführt werden kann. Dadurch wird der Aufwand zur Signalverarbeitung am Motor geringgehalten.One advantage of the concept of the invention results first of all from the fact that a sensor system for sound monitoring is comparatively inexpensive. For gas engines in particular, the sensor system is necessary for engine knock control anyway and is therefore available as standard, i.e. no additional sensor system is required. One and the same sensor system can be used to detect several different errors. Examples are a changed valve clearance on the inlet and outlet valve, breakage of piston rings - an impending fault can already be recognized here - broken valves, worn connecting rod bearings or misfiring. By determining fewer metrics for each detected event, the data can be transmitted with little effort to an external, preferably regional or central, evaluation unit as an evaluation point, where a more complex, detailed evaluation, e.g. B. can be carried out in the form of a trend analysis or forecast of further development. This keeps the signal processing effort on the motor low.

Das Verfahren und die Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung hat auch den Vorteil, dass es für alle Fehlerarten gleichermaßen greift: Es werden bevorzugt standardisierte Metriken für jedes erkannte Geräusch ermittelt und diese Metriken werden übertragen. Damit entsteht für neue zu erkennende Fehler kein Aufwand für die Anpassung des Verfahrens am Motor. Es müssen lediglich die Erkennungsalgorithmen in der externen, vorzugsweise regionalen oder zentralen, Auswerteeinheit als Auswertestelle angepasst werden, was logistisch deutlich vereinfacht ist gegenüber bisherigen Vorgehensweisen.The method and the device according to the concept of the invention also has the advantage that it applies equally to all types of errors: standardized metrics are preferably determined for each detected noise and these metrics are transmitted. This means that there is no effort to adapt the method on the engine for new errors to be detected. It is only necessary to adapt the recognition algorithms in the external, preferably regional or central, evaluation unit as the evaluation point, which is logistically significantly simplified compared to previous procedures.

Das Verfahren und die Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung bildet die Basis sowohl für eine Reihe von interessanten Diagnosefunktionen für aktuelle Fehler (die ggf. sofort repariert werden sollten oder müssen) als auch für prädiktive Verfahren (auch bekannt unter den Themenschlagworten „Predictive Maintenance“, „Condition Based Maintenance“), die eine Vorhersage über die zukünftige Entwicklung eines sich anbahnenden Fehlers möglich machen, indem sie die Metriken eines Ereignisses beobachten. Es werden damit Service-Kosten gespart und es werden durch Früherkennung teure Folgeschäden vermieden.The method and the device according to the concept of the invention form the basis for a number of interesting diagnostic functions for current errors (which should or must be repaired immediately if necessary) and for predictive methods (also known under the subject keywords "Predictive Maintenance", "Condition Based Maintenance"), which make it possible to predict the future development of an impending fault by observing the metrics of an event. This saves service costs and prevents expensive consequential damage through early detection.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims and indicate in detail advantageous options for realizing the concept explained above within the scope of the task and with regard to further advantages.

Vorteilhaft ist wie bereits erläutert vorgesehen, dass eine Anzahl Metriken in einem Ereignisvektor oder dergleichen Ereignisfeld zusammengefasst werden und dem Ereignis zugeordnet werden. Es können also mit Vorteil versehen mehrere Ereignisse in einem Ereignisfeld mit entsprechenden Ereignisvektoren zur kennzeichnenden Beschreibung einer Anzahl von Signalkennzeichnungen kompakt zusammengefasst werden.As already explained, it is advantageously provided that a number of metrics are combined in an event vector or similar event field and assigned to the event. A plurality of events can therefore advantageously be combined in an event field with corresponding event vectors for the characteristic description of a number of signal identifications.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Schallsignal der drehenden Antriebskomponente als Körperschall an der Antriebseinheit mit einem akustischen Sensor erfasst wird. Körperschall lässt sich ohne großen Aufwand und an vergleichsweise ungefährlichen Stellen der Antriebseinheit mit unkritischen Umgebungsbedingungen erfassen.It is advantageously provided that the sound signal of the rotating drive component is recorded as structure-borne noise on the drive unit with an acoustic sensor. Structure-borne noise can be recorded without great effort and at comparatively harmless points on the drive unit with uncritical environmental conditions.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine und/oder einen Generator aufweist, wobei ein Motor der Brennkraftmaschine die wenigstens eine drehende Antriebskomponente als eine Kurbelwelle und/oder Nockenwelle aufweist und/oder der Generator die wenigstens eine drehende Antriebskomponente als einen Rotor aufweist. So kann vorteilhaft vorgesehen, dass der akustische Sensor an einem Zylinder des Motors angeordnet ist. Das Konzept ist also nicht beschränkt auf eine Antriebseinheit in Form einer Brennkraftmaschine - der akustische Sensor kann beispielsweise an einem Pol des Generators angeordnet sein.It is advantageously provided that the drive unit has an internal combustion engine and / or a generator, a motor of the internal combustion engine having the at least one rotating drive component as a crankshaft and / or camshaft and / or the generator having the at least one rotating drive component as a rotor. It can advantageously be provided that the acoustic sensor is arranged on a cylinder of the engine. The concept is therefore not limited to a drive unit in the form of an internal combustion engine - the acoustic sensor can be arranged, for example, on a pole of the generator.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Schallsignal als transiente oder frequenzaufgelöste Rohdaten zur Verfügung gestellt wird; sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich oder in beiden Bereichen lassen sich Rohdaten als Schallsignal zur Schallüberwachung generieren. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Rohdaten einen transienten Schallsignalverlauf und/oder ein frequenzaufgelöstes Schallfrequenzspektrum für wenigstens einen Teil eines Arbeitsspiels der drehenden Antriebskomponente aufweisen. Es kann beispielsweise auch nur für einen bestimmten zeitlichen Bereich des Arbeitsspiels ein Frequenzspektrum als Rohdaten für eine Vorauswertung im Sinne des Konzepts der Erfindung zur Verfügung stellen. So ist mit Vorteil versehen beispielsweis vorgesehen, dass der transiente Schallsignalverlauf des Arbeitsspiels eine Schallsignalamplitude der akustischen Sensorik über einen Drehwinkel des Arbeitsspiels der drehenden Antriebskomponente aufweist.It is advantageously provided that the sound signal is made available as transient or frequency-resolved raw data; both in the time domain and in the frequency domain or in Both areas can be used to generate raw data as a sound signal for sound monitoring. It is advantageously provided that the raw data have a transient sound signal curve and / or a frequency-resolved sound frequency spectrum for at least part of a working cycle of the rotating drive component. For example, it can also only provide a frequency spectrum as raw data for a pre-evaluation within the meaning of the concept of the invention for a specific time range of the work cycle. For example, it is advantageously provided that the transient sound signal curve of the working cycle has a sound signal amplitude of the acoustic sensor system over a rotation angle of the working cycle of the rotating drive component.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die die Signalkennzeichnung charakterisierende Metrik als Repräsentant des Schallsignals, insbesondere der Signalkennzeichnung, zur Übergabe an die Auswerteeinrichtung aufbereitet wird. Dies kann, muss aber nicht, die einzige zur Übertragung vorgesehen Information aus dem Schallsignal nach dessen Vorauswertung in der Signalanalyseeinheit sein, wobei die Vorteile des Konzepts der Erfindung besonders gut zum Tragen kommen. Vorteilhaft ist beispielsweise vorgesehen, dass das Schallsignal selbst und/oder die Signalkennzeichnung, insbesondere die Rohdaten des Schallsignals und/oder der Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit verbleiben, insbesondere in der Signalanalyseeinheit überschrieben werden.As part of a particularly advantageous development, it is provided that the metric characterizing the signal identification is processed as a representative of the sound signal, in particular the signal identification, for transfer to the evaluation device. This can, but does not have to be, the only information provided for transmission from the sound signal after its preliminary evaluation in the signal analysis unit, the advantages of the concept of the invention being particularly effective. It is advantageously provided, for example, that the sound signal itself and / or the signal identification, in particular the raw data of the sound signal and / or the signal identification, remain in the signal analysis unit, in particular are overwritten in the signal analysis unit.

Eine einem Ereignis zuzuordnenden Signalkennzeichnung, also ein Schallereignis, mit wenigstens einer Metrik ist mit Vorteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lage, Ausdehnung und Energie des Ereignisses, und kann anhand des Schallsignals charakterisiert werden. Dies ist im Sinne dieser Weiterbildung eine besonders vorteilhafte Charakterisierung einer jeden Signalkennzeichnung, die auf Ereignis zurückgeht. Vorteilhaft ist dazu vorgesehen, dass die Signalkennzeichnung und/oder die zugehörige Metrik dem Ereignis zugeordnet wird. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Metrik mittels einer oder mehrerer Kenngrößenparameter des Schallsignals bestimmt wird.A signal identifier to be assigned to an event, that is to say a sound event, with at least one metric is advantageously selected from the group consisting of the position, extent and energy of the event and can be characterized on the basis of the sound signal. In the sense of this development, this is a particularly advantageous characterization of each signal identification that is based on an event. To this end, it is advantageously provided that the signal identification and / or the associated metric is assigned to the event. It is advantageously provided that the metric is determined by means of one or more characteristic variable parameters of the sound signal.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist zur Umsetzung des Konzepts vorgesehen, dass die Signalanalyse eine Amplituden-Analyse von transienten oder frequenzaufgelösten Rohdaten des Schallsignals umfasst.In the context of a particularly advantageous development, it is provided to implement the concept that the signal analysis includes an amplitude analysis of transient or frequency-resolved raw data of the sound signal.

Vorteilhaft ist im Rahmen einer ersten besonders bevorzugten Variante vorgesehen, dass die transienten Rohdaten des Schallsignals als absolute oder relative Schallamplitude bereitgestellt werden. So kann -wie anhand der Ausführungsbespiele zu dieser ersten Variante erläutert-insbesondere die Amplituden-Analyse eine Schwellwert-Analyse in Bezug auf eine Anzahl von Schwellwerten umfassen.In a first particularly preferred variant, it is advantageously provided that the transient raw data of the sound signal are provided as absolute or relative sound amplitude. As explained on the basis of the exemplary embodiments of this first variant, the amplitude analysis in particular can include a threshold value analysis in relation to a number of threshold values.

Vorteilhaft ist im Rahmen einer zweiten besonders bevorzugten Variante vorgesehen, dass die transienten Rohdaten des Schallsignals als kumulative Schallamplitude bereitgestellt werden. So kann -wie anhand der Ausführungsbespiele zu dieser zweiten Variante erläutert-- insbesondere die Amplituden-Analyse eine Differenzwert-Analyse in Bezug auf eine Anzahl von Referenzen umfassen, insbesondere in Bezug auf eine kumulative Schallamplitude.In a second particularly preferred variant, it is advantageously provided that the transient raw data of the sound signal are provided as a cumulative sound amplitude. As explained with reference to the exemplary embodiments of this second variant, the amplitude analysis in particular can include a difference value analysis with respect to a number of references, in particular with respect to a cumulative sound amplitude.

Vorteilhaft ist generell, insbesondere auch im Rahmen der ersten und zweiten Variante vorgesehen, dass für die Metrik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lage, Ausdehnung und Energie mittels einer Amplituden-Analyse der Schallamplitude eine oder mehrere Kenngrößenparameter bestimmt werden; d.h. in Bezug auf eine absolute oder relative oder kumulative Schallamplitude.It is generally advantageous, in particular also within the scope of the first and second variant, that one or more characteristic parameters are determined for the metric selected from the group consisting of position, extent and energy by means of an amplitude analysis of the sound amplitude; i.e. in terms of an absolute or relative or cumulative sound amplitude.

So kann für ein transientes Signal einer absoluten oder relativen Schallamplitude eine erste und/oder zweite oder auch weitere Schwellen definiert werden. Es kann mittels eines mittleren Lage-Kurbelwinkels eine auf ein Ereignis zurückgehende Signalkennzeichnung im Schallsignal, also ein Schallereignis, definiert werden. Es kann die Ausdehnung als Start- und Endpunkt eines Kurbelwinkels definiert werden. Es kann die Energie des Ereignisses als Amplitude der Signalkennzeichnung definiert werden. Dies hat sich insbesondere in Bezug auf eine absolute oder relative Schallamplitude als vorteilhaft erwiesen.For a transient signal of an absolute or relative sound amplitude, a first and / or second or even further thresholds can be defined. By means of a mean position crank angle, a signal identification based on an event can be defined in the sound signal, i.e. a sound event. The extension can be defined as the start and end point of a crank angle. The energy of the event can be defined as the amplitude of the signal characterization. This has proven to be particularly advantageous with regard to an absolute or relative sound amplitude.

Es kann auch generell ein Wert auf einer horizontalen Achse, der zu einer größten Steigung oder Abstandsvergrößerung (Punkt maximaler Steigung oder Intensitätsmaximum) gehört, als Kenngrößenparameter für eine Metrik d.h. Lage eines Ereignisses genutzt werden; dies hat ebenfalls einen gewissen Bezug zur Dauer des Ereignisses. In Bezug auf eine Dauer des Ereignisses kann als Lage ein Wert auf der horizontalen Achse, der zu der Mitte zwischen den Werten zu Beginn und Ende des Ereignisses auf der vertikalen Achse gehört, genutzt werdenIn general, a value on a horizontal axis that belongs to a greatest gradient or distance increase (point of maximum gradient or intensity maximum) can be used as a characteristic parameter for a metric, i.e. location of an event; this also has a certain relation to the duration of the event. With regard to a duration of the event, a value on the horizontal axis that belongs to the middle between the values at the beginning and end of the event on the vertical axis can be used as the position

In Bezug auf eine Dauer des Ereignisses kann als Lage auch eine Mitte zwischen Beginn und Ende des Ereignisses auf der horizontalen Achse genutzt werden. Diese Abwandlungen haben sich insbesondere in Bezug auf eine kumulative Schallamplitude als vorteilhaft erwiesen.With regard to the duration of the event, a middle point between the beginning and the end of the event on the horizontal axis can also be used as the location. These modifications have proven to be particularly advantageous with regard to a cumulative sound amplitude.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung, vor allem der Auswerteinheit -also extern der Signalanalyseeinheit--, ist vorgesehen, dass der Kenngrößenparameter der Metrik ausgebildet ist zur Erkennung einer Ereignisentwicklung anhand einer Musterentwicklung des dem Ereignis zugeordneten Kenngrößenparameters der Metrik in einem Parameterraum. Beispielsweise kann ein Trend einer Veränderung zeitlich am Geräuschanteil festgemacht werden.In the context of a particularly advantageous development, above all the evaluation unit - i.e. external to the signal analysis unit - it is provided that the characteristic parameter of the metric is formed for recognizing an event development based on a pattern development of the characteristic variable parameter of the metric assigned to the event in a parameter space. For example, a trend of a change can be determined over time in the noise component.

Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung, vor allem der Auswerteinheit -also extern der Signalanalyseeinheit--, ist vorgesehen, dass eine Musterentwicklung des dem Ereignis zugeordneten Kenngrößenparameters der Metrik eine Liste für Ursachen oder Maßnahmen für das Ereignis zugeordnet und hinterlegt wird. Dies ist vorteilhaft für und zur Anzeige einer von der Musterentwicklung ausgehenden Ursachenerkennung im Rahmen der Auswerteinrichtung, welche insofern ausgebildet ist eine Rückmeldung an den Anwender oder die Steuerung der Antriebseinheit zu geben.In the context of a particularly advantageous development, especially the evaluation unit - i.e. external to the signal analysis unit - it is provided that a pattern development of the characteristic parameter of the metric assigned to the event is assigned a list of causes or measures for the event and is stored. This is advantageous for and for displaying a cause recognition proceeding from the pattern development in the context of the evaluation device, which is designed to give feedback to the user or the control of the drive unit.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

  • 1 ein Schema einer bevorzugten grundsätzlichen Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Signalanalyseeinheit zur Vorauswertung von Daten aus einer Schallüberwachung als Teil eines Systems und zur Übertragung von Ereignisvektoren im Rahmen einer Auswerteeinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
  • 2A ein Beispiel gemessener akustischer Rohdaten in Form eines Schallsignals mit typischen Schallsignalamplituden aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel als Grundlage für die Vorauswertung von Daten aus Schallüberwachung und Übertragung von Ereignisvektoren;
  • 2B ein illustrierendes Beispiel für eine erste Ausführungsform einer Methodik zur Erkennung von Ereignissen, d.h. Schallereignissen im Schallsignal, im Schallsignal der 2A im Rahmen der Vorauswertung von Daten aus der Schallüberwachung mit einer Signalanalyseeinheit;
  • 3A ein illustrierendes Beispiel für eine zweite Ausführungsform einer Methodik zur Erkennung von Ereignissen, d.h. Schallereignissen im Schallsignal, im Schallsignal der 2B im Rahmen der Vorauswertung von Daten aus der Schallüberwachung;
  • 3B ein Detail zur zweiten Ausführungsform einer Methodik der 3A;
  • 4 ein Schema eines Ereignisfeldes mit Metriken in Beziehung zu einem Ereignis und mit einer Liste von Ursachen oder Maßnahmen in Bezug auf das Ereignis;
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten grundsätzlichen Ablaufs eines Verfahrens zur Überwachung einer Brennkraftmaschine zur Vorauswertung von Daten aus einer Schallüberwachung und Übertragung von Ereignisvektoren gemäß dem Konzept der Erfindung.
Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing in comparison to the prior art, which is also shown in part. This is not necessarily intended to represent the embodiments to scale; rather, the drawing, where useful for explanation, is shown in a schematic and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings that can be seen directly from the drawing, reference is made to the relevant prior art. It must be taken into account here that various modifications and changes relating to the shape and detail of an embodiment can be made without deviating from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be essential for the development of the invention both individually and in any combination. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not restricted to the exact form or the detail of the preferred embodiment shown and described below or restricted to an object that would be restricted in comparison to the object claimed in the claims. In the case of the specified measurement ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and be able to be used and claimed as required. Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of the preferred embodiments and with reference to the drawing; this shows in:
  • 1 a diagram of a preferred basic embodiment of an internal combustion engine with a signal analysis unit for pre-evaluating data from sound monitoring as part of a system and for transmitting event vectors within the scope of an evaluation device according to the concept of the invention;
  • 2A an example of measured acoustic raw data in the form of a sound signal with typical sound signal amplitudes plotted over the crankshaft angle as a basis for the preliminary evaluation of data from sound monitoring and the transmission of event vectors;
  • 2 B an illustrative example of a first embodiment of a method for recognizing events, ie sound events in the sound signal, in the sound signal of FIG 2A as part of the preliminary evaluation of data from sound monitoring with a signal analysis unit;
  • 3A an illustrative example of a second embodiment of a method for recognizing events, ie sound events in the sound signal in the sound signal of FIG 2 B as part of the preliminary evaluation of data from noise monitoring;
  • 3B a detail of the second embodiment of a methodology of 3A ;
  • 4th a schema of an event field with metrics related to an event and with a list of causes or actions related to the event;
  • 5 a flowchart of a preferred basic sequence of a method for monitoring an internal combustion engine for preliminary evaluation of data from sound monitoring and transmission of event vectors according to the concept of the invention.

1 zeigt schematisch in einem Blockschema eine Kombination 1000 einer Antriebseinheit und einer Auswerteeinrichtung, hier beispielhaft eine Brennkraftmaschine 100 in Kombination mit einer zentralen oder regionalen Auswerteeinrichtung 200. Die Auswerteeinrichtung 200 umfasst eine Auswerteeinheit 240 zur weitergehenden Auswertung von Daten im Rahmen einer Überwachung der Brennkraftmaschine 100, wobei die Auswerteeinheit 240 im vorliegenden Fall entfernt von der Signalanalyseeinheit 140 an der Brennkraftmaschine 100 bereitsteht - die Signalanalyseeinheit 140 an der Brennkraftmaschine 100 und die extern dazu vorgesehene Auswerteeinheit 240 der Auswerteeinrichtung 200 sind über eine Drahtlosverbindung 300 zur Daten übermittelnden Kommunikation verbunden. 1 shows schematically a combination in a block diagram 1000 a drive unit and an evaluation device, here an internal combustion engine as an example 100 in combination with a central or regional evaluation device 200 . The evaluation device 200 includes an evaluation unit 240 for further evaluation of data in the context of monitoring the internal combustion engine 100 , the evaluation unit 240 in the present case remote from the signal analysis unit 140 on the internal combustion engine 100 is ready - the signal analysis unit 140 on the internal combustion engine 100 and the evaluation unit provided externally for this purpose 240 the evaluation device 200 are over a wireless connection 300 connected to data transmitting communication.

In einem anderen Ausführungsbeispiel muss die Antriebseinheit nicht notwendigerweise eine Brennkraftmaschine umfassen, sondern kann anders gebildet sein. Insofern steht hier die Brennkraftmaschine 100 stellvertretend für eine grundsätzlich beliebige andere Komponente einer Antriebseinheit in anderen Ausführungsbeispielen - dies kann beispielsweise eine Komponente wie ein Generator oder auch ein Genset sein, das die Brennkraftmaschine 100 und einen Generator umfasst. Grundsätzlich kann eine Antriebseinheit auch einen Elektroantrieb, eine Brennstoffzelle oder dergleichen Antriebseinheit mit einer drehenden Komponente umfassen.In another exemplary embodiment, the drive unit does not necessarily have to include an internal combustion engine, but can be designed differently. So here is the Internal combustion engine 100 In principle, it is representative of any other component of a drive unit in other exemplary embodiments - this can, for example, be a component such as a generator or a genset that the internal combustion engine 100 and comprises a generator. In principle, a drive unit can also comprise an electric drive, a fuel cell or a similar drive unit with a rotating component.

Vorliegend ist in 1 schematisch ersichtlich, dass die Brennkraftmaschine 100 bevorzugt im Rahmen eines Systems 1001 auch Teil einer Flotte oder Farm 101 mit einer Anzahl von Antriebseinheiten -vorliegend einer Anzahl von Brennkraftmaschinen 100.1, 100.2 ... 100.n-sein kann, wobei die Anzahl n von jeweils einer Brennkraftmaschine 100.1, 100.2 ... 100.n zugeordneten Analyseeinheiten 140.1, 140.2 ... 140.n ebenfalls Teil der Auswerteeinrichtung 200 sind. Das heißt, die Auswerteeinrichtung 200 umfasst insofern eine Anzahl n von an den Antriebseinheiten mit den Brennkraftmaschinen 100.1, 100.2 100.n angeordneten Signalanalyseeinheiten 140.1, 140.2 ... 140.n, sowie eine externe, vorliegend zentral oder regional, angeordnete Auswerteeinheit 240 der Auswerteeinrichtung 200.The present is in 1 it can be seen schematically that the internal combustion engine 100 preferably within a system 1001 also part of a fleet or farm 101 with a number of drive units - presently a number of internal combustion engines 100.1 , 100.2 ... 100.n-, where the number n of each internal combustion engine 100.1 , 100.2 ... 100.n assigned analysis units 140.1 , 140.2 ... 140.n also part of the evaluation device 200 are. That is, the evaluation device 200 in this respect includes a number n of the drive units with the internal combustion engines 100.1 , 100.2 100.n arranged signal analysis units 140.1 , 140.2 ... 140.n , as well as an external, centrally or regionally, arranged evaluation unit 240 the evaluation device 200 .

In Weiterbildung des Konzepts der Erfindung ist gemäß der Ausführungsform der 1 vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine 100 einen Motor 110 und eine akustische Sensorik 120 für diesen Motor 110 aufweist. Der Motor 110 selbst hat eine Reihe von drehenden Antriebskomponenten, von denen hier beispielhaft lediglich einige symbolisch dargestellt sind wie beispielsweise hier eine Anzahl von Zylindern 111 mit entsprechendem Kolbentrieb, entsprechenden Ventilen 112 für die Zylinder 111, einer Nockenwelle 113 sowie einer Kurbelwelle 114. Eine solche grundsätzliche Ausbildung eines Motors 100 ist insbesondere bei Diesel-, Gas- oder Ottomotoren vorhanden- die Motoren weisen im Falle eines Dieselmotors regelmäßig einen oder mehrere Injektoren 115 zur Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 111 auf - ähnlich sind bei einem Gasmotor Gasdosierungs-Einrichtungen oder dergleichen vorgesehen.In a further development of the concept of the invention, according to the embodiment 1 provided that the internal combustion engine 100 an engine 110 and an acoustic sensor system 120 for this engine 110 having. The motor 110 itself has a number of rotating drive components, of which only a few are shown symbolically here by way of example, such as a number of cylinders here 111 with corresponding piston drive, corresponding valves 112 for the cylinders 111 , a camshaft 113 and a crankshaft 114 . Such a basic design of an engine 100 is present in particular in diesel, gas or Otto engines - in the case of a diesel engine, the engines regularly have one or more injectors 115 for injecting fuel into the cylinders 111 on - similarly, gas metering devices or the like are provided in a gas engine.

Die akustische Sensorik 120 ist vorliegend mit einer Anzahl von akustischen Sensoren 121 ausgestattet, wobei wenigstens ein akustischer Sensor 121 an einem Zylinder 111 des Motors 110 zur Erfassung des Körperschalls an dem Zylinder angeordnet ist. Im vorliegenden Fall erfasst der akustische Sensor 121 als einer von einer Anzahl von solchen Sensoren 121 der Sensorik 120 ein Schallsignal 130, das beispielsweise transient oder frequenzaufgelöste Rohdaten zur Verfügung stellt; vorliegend nach einem Filter 160 . Im Folgenden ist als ein Beispiel zur Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform --jedoch nicht beschränkend-- ein Schallsignal als transientes Rohdatensignal zur Verfügung gestellt, wobei das transiente Schallsignal 130 einen transienten Schallsignalverlauf über ein Arbeitsspiel der drehenden Antriebskomponente, nämlich hier einer Kurbelwelle 114 darstellt und in 2A noch beispielhaft erläutert wird.The acoustic sensors 120 is present with a number of acoustic sensors 121 equipped, with at least one acoustic sensor 121 on a cylinder 111 of the motor 110 is arranged on the cylinder to detect the structure-borne noise. In the present case, the acoustic sensor detects 121 as one of a number of such sensors 121 the sensors 120 a sound signal 130 that provides, for example, transient or frequency-resolved raw data; in the present case after a filter 160 . In the following, a sound signal is provided as a transient raw data signal as an example to explain the preferred embodiment, but not in a limiting manner, the transient sound signal 130 a transient sound signal curve over a working cycle of the rotating drive component, namely a crankshaft here 114 represents and in 2A will be explained by way of example.

Das mittels der akustischen Sensorik 120 erfasste Schallsignal 130 ist zur Auswertung in der Auswerteeinrichtung 200 vorgesehen.That by means of the acoustic sensors 120 detected sound signal 130 is for evaluation in the evaluation device 200 intended.

Gemäß dem Konzept der Erfindung umfasst die Auswerteeinrichtung 200 eine Signalanalyseeinheit 140 zur Vorauswertung der Rohdaten des transienten Schallsignals 130 und eine zentrale Auswerteeinheit 240 zur detaillierten Auswertung von Daten; allerdings nicht der Rohdaten, was im Einzelnen noch erläutert wird.According to the concept of the invention, the evaluation device comprises 200 a signal analysis unit 140 for preliminary evaluation of the raw data of the transient sound signal 130 and a central evaluation unit 240 for detailed evaluation of data; but not the raw data, which will be explained in detail later.

Zunächst werden die Rohdaten des Schallsignals 130 nach dem genannten Filter 160 der Signalanalyseeinheit 140, also am Ort des Motors 110 der Brennkraftmaschine 100 zur Verfügung gestellt. Die Signalanalyseeinheit 140 ist ausgebildet, in dem Schallsignal 130 anhand der Rohdaten desselben eine einem Ereignis 131 beim Betrieb des Motors 110 zuzuordnende Signalkennzeichnung 141 festzustellen.First, the raw data of the sound signal 130 after the said filter 160 the signal analysis unit 140 , i.e. at the location of the engine 110 the internal combustion engine 100 made available. The signal analysis unit 140 is formed in the sound signal 130 based on the raw data of the same an event 131 when operating the engine 110 Signal identification to be assigned 141 ascertain.

Eine solche Signalkennzeichnung 141 ist hier schematisch dargestellt und wird mittels einer Metrik 142 charakterisiert, wobei einer Metrik 142 wenigstens ein Kenngrößenparameter 143 zugeordnet ist, welcher das Ereignis 141 am Schallsignal festmacht. Eine einem Ereignis 131 zuzuordnenden Signalkennzeichnung 141 mit wenigstens einer Metrik 142 ist mit Vorteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lage, Ausdehnung und Energie des Ereignisses, und kann anhand des Schallsignals charakterisiert werden. Dies ist im Sinne dieser Weiterbildung eine besonders vorteilhafte Charakterisierung einer jeden Signalkennzeichnung 141, die auf ein Ereignis 131 zurückgeht. Die Signalkennzeichnung 141 und/oder die zugehörige Metrik 142 wird also dem Ereignis 131 zugeordnet, wobei die Metrik mittels einer oder mehrerer Kenngrößenparameter des Schallsignals bestimmt wird.Such a signal identification 141 is shown here schematically and is based on a metric 142 characterized, being a metric 142 at least one characteristic parameter 143 is assigned to which the event 141 attached to the sound signal. One an event 131 assignable signal identification 141 with at least one metric 142 is advantageously selected from the group consisting of the location, extent and energy of the event and can be characterized on the basis of the sound signal. In the sense of this development, this is a particularly advantageous characterization of each signal identification 141 on an event 131 going back. The signal identification 141 and / or the associated metric 142 so becomes the event 131 assigned, the metric being determined by means of one or more characteristic parameters of the sound signal.

Unter einem Ereignis ist im Grunde jeder zeitliche oder in seiner Frequenz ausgedehnte Vorgang gemeint, der --ursächlich aus einer normalen oder anormalen Betriebssituation der Antriebseinrichtung heraus-- akustische Phänomene im Schallsignal 130 über dem Grundrauschen hervorruft; also eine Signalkennzeichnung 141, die mittels einer Metrik 142 umschrieben werden kann. Die Anzahl der Ereignisse 131 ist am Schallsignal nicht auf ein einziges beschränkt, sondern es können eine Vielzahl von Ereignissen 131 identifiziert werden und jeweils mit einer oder mehreren Signalkennzeichnungen 141 ausgemacht werden - jede der Signalkennzeichnungen 141 kann mit einer oder mehreren Metriken 142 --wiederum definierbar mit einer oder mehreren Kenngrößen 143-- am Schallsignal festgemacht werden. Im Ergebnis wird in der Signalanalyseeinheit zur Übergabe an eine Auswerteeinheit 240 der Auswerteeinrichtung 200 die Metrik 142 aufbereitet, also z. B. mit einer Kennzeichnung 144 versehen, welche dem Ereignis 131 zugeordnet wird und entsprechend formatiert für eine Übergabeeinrichtung bereitgestellt wird. Die Übergabeeinrichtung 150 kann eine oder mehrere Schnittstellen zur drahtlosen Kommunikation mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung 250 der zentralen Auswerteeinheit 240 ausgebildet sein.An event basically means any process that occurs over time or has an extended frequency, which - caused by a normal or abnormal operating situation of the drive device - acoustic phenomena in the sound signal 130 causes above the noise floor; thus a signal identification 141 that by means of a metric 142 can be circumscribed. The number of events 131 is not limited to a single sound signal, but a large number of events can occur 131 identified and each with one or more signal identifiers 141 can be identified - each of the signal labels 141 can be with one or more metrics 142 - again definable with one or more parameters 143 - can be attached to the sound signal. The result is in the signal analysis unit for transfer to an evaluation unit 240 the evaluation device 200 the metric 142 processed, so z. B. with a label 144 provided which the event 131 is assigned and provided accordingly formatted for a transfer device. The transfer device 150 can have one or more interfaces for wireless communication with a corresponding receiving device 250 the central evaluation unit 240 be trained.

Die zentrale Auswerteeinrichtung 200 umfasst insofern die Empfangseinheit 250, einen Speicher 220 für die Ereignisse 131 im Rahmen von einer oder mehreren Metriken 142, die als Ereignisvektoren 230 abgelegt sein können. Die Ereignisvektoren 230 können dann der Auswerteeinheit 240 zur Anwendung weiterer Auswertevorgänge zur Verfügung gestellt werden. The central evaluation device 200 thus includes the receiving unit 250 , a memory 220 for the events 131 as part of one or more metrics 142 that act as event vectors 230 can be filed. The event vectors 230 can then the evaluation unit 240 can be made available for the application of further evaluation processes.

Die Auswerteeinheit 240 weist insofern eine Anzahl von Auswertemodulen 260 auf, die etwa zur Mustererkennung, Trendanalyse oder sonstigen weiteren detaillierten Auswertung auf Grundlage der Ereignisvektoren 230 ausgebildet sind. Die Auswerteeinheit 240 weist außerdem eine dort hinterlegte Korrelation mit einer Liste 270 von Ursachen oder Maßnahmen auf, die einem bestimmten Muster oder Trend oder Ereignisvektor 230 zugeordnet werden können.The evaluation unit 240 has a number of evaluation modules 260 for example, for pattern recognition, trend analysis or other further detailed evaluation based on the event vectors 230 are trained. The evaluation unit 240 also has a correlation stored there with a list 270 of causes or actions based on a particular pattern or trend or event vector 230 can be assigned.

Im Ergebnis kann mit der Kombination 100, 200 bzw. dem System 1000 also unter erheblicher Datenreduktion in Bezug auf die Rohdaten aus einer Schallüberwachung eine Reihe von Ereignissen 131 und zugeordneten Ereignisvektoren 230 identifiziert und an eine Auswerteeinheit 240 übertragen werden; die Ereignisvektoren 230 dienen dann zur Erkennung von Trends, Ursachen und Maßnahmen in Bezug auf ein Ereignis 131. Dies wird m Folgenden anhand von einigen konkreten Beispielen erläutert.As a result, with the combination 100 , 200 or the system 1000 a series of events with a considerable data reduction in relation to the raw data from a sound monitoring 131 and associated event vectors 230 identified and sent to an evaluation unit 240 be transmitted; the event vectors 230 are then used to identify trends, causes and measures related to an event 131 . This is explained below with the aid of a few specific examples.

In Bezug auf 2A ist im Rahmen eines Ausführungsbeispiels zu einer ersten Variante eine erste Methode zur Identifikation von Ereignissen 131 beschrieben. Die in 2A dargestellten transienten Rohdaten des Schallsignals 130 stehen als absolute Schallamplitude 130A über einen Kurbelwinkel 130W zur Verfügung. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren sollen zunächst die Schallsignale 130 an mehreren Stellen des Motors - vorzugsweise an jedem Zylinder 111, --in der Praxis jeweils mit einem Sensor für mehrere Zylinder- erfasst werden. Zur Erfassung dienen Klopf- oder Beschleunigungssensoren. Vorzugsweise erfolgt die Messung der Schallamplitude 130A winkelsynchron für jedes vollständige Arbeitsspiel und mit einer Auflösung Δα von z. B. Δα =1° oder Δα =0.1° Kurbelwellenwinkel 130W. Das Schallsignal 130 hat vorliegend einige regelmäßig bzw. als normal einzuschätzende Signalanteile, d.h. innerhalb der Markierung der charakteristischen Signalteile E1, E3 und E6, welche auch als charakteristische Signalkennzeichnungen aufgefasst werden können.In relation to 2A is within the scope of an exemplary embodiment of a first variant a first method for identifying events 131 described. In the 2A shown transient raw data of the sound signal 130 stand as absolute sound amplitude 130A over a crank angle 130W to disposal. In the proposed method, the sound signals should first 130 at several points on the engine - preferably on each cylinder 111 - in practice, each with a sensor for several cylinders. Knock or acceleration sensors are used for detection. The sound amplitude is preferably measured 130A Angular synchronous for each complete work cycle and with a resolution Δα of z. B. Δα = 1 ° or Δα = 0.1 ° crankshaft angle 130W . The sound signal 130 in the present case has some signal components that are to be assessed regularly or as normal, ie within the marking of the characteristic signal components E1 , E3 and E6 , which can also be understood as characteristic signal labels.

Ein typisches Schallsignal 130 hat einen in 2A dargestellten Verlauf, in dem mehrere charakteristische Signalteile E1, E2, E3, E4, E5, E6 markiert sind. Z.B. stellt das Schallsignal 130 innerhalb der Markierung des charakteristischen Signalteils E1 das Aufschlaggeräusch des schließenden Auslassventils als ein erstes Ereignis dar, welches als Schallereignis mit dem charakteristischen Signalteil E1 erkennbar ist. Das Schallsignal innerhalb der Markierung des charakteristischen Signalteils E3 stellt das Aufschlaggeräusch des schließenden Einlassventils als ein drittes Ereignis dar, welches als Schallereignis mit dem charakteristischen Signalteil E3 erkennbar ist. Das Schallsignal innerhalb der Markierung des charakteristischen Signalteils E4 stellt das Verbrennungsgeräusch, als ein viertes Ereignis dar, welches als Schallereignis mit dem charakteristischen Signalteil E4 erkennbar ist. Das Schallsignal innerhalb der Markierung des charakteristischen Signalteils E6 sollte im Normalzustand des Motors keine Signalanteile mit nennenswerter Intensität aufweisen; also kann ein Untergrund als Schallereignis mit dem insofern ebenfalls charakteristischen Signalteil E6 (hier Untergrund / Grundrauschen) vorliegend dem Normalzustand des Motors als sechstes Ereignis zugeordnet werden.A typical sound signal 130 has an in 2A illustrated course in which several characteristic signal parts E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 are marked. Eg represents the sound signal 130 within the marking of the characteristic signal part E1 the impact noise of the closing exhaust valve as a first event, which is a sound event with the characteristic signal part E1 is recognizable. The sound signal within the marking of the characteristic signal part E3 represents the impact noise of the closing inlet valve as a third event, which is a sound event with the characteristic signal part E3 is recognizable. The sound signal within the marking of the characteristic signal part E4 represents the combustion noise as a fourth event, which is a sound event with the characteristic signal part E4 is recognizable. The sound signal within the marking of the characteristic signal part E6 In the normal state of the engine, it should not have any signal components with significant intensity; So a background can be a sound event with the signal part which is also characteristic in this respect E6 (here background / background noise) can be assigned to the normal state of the engine as the sixth event.

Das vorgeschlagene Verfahren erkennt nun Bereiche des Signals mit davon abweichender nennenswerter Signalintensität mit entsprechenden charakteristischen Signalteilen und identifiziert diese als weitere „Ereignisse“ 131. Diese Erkennung ist in 2B beispielhaft dargestellt. Es werden hier -mit den bereits vorgenannten Ereignissen-- sechs Ereignisse 131 aufgrund der charakteristischen Signalteile E1, E2, E3, E4, E5, E6 (E5, E6 hier anormale „echte“ Schallereignisse über dem Untergrund / Grundrauschen) erkannt. Dies erfolgt im Rahmen einer Amplituden-Analyse, welche vorliegend eine nachfolgend erläuterte Schwellwert-Analyse in Bezug auf eine Anzahl von Schwellwerten vorsieht.The proposed method now detects areas of the signal with significant signal intensity deviating therefrom with corresponding characteristic signal parts and identifies these as further "events" 131 . This detection is in 2 B shown as an example. There are - with the aforementioned events - six events 131 due to the characteristic signal parts E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 ( E5 , E6 here abnormal "real" sound events above the background / background noise) detected. This takes place in the context of an amplitude analysis, which in the present case provides a threshold value analysis explained below with reference to a number of threshold values.

Die Erkennung kann z. B. durch die Erkennung lokaler Maxima im Schallsignal 130 erfolgen, die eine bestimmte Schwelle So (über dem „Untergrund / Grundrauschen“ des Signals) überschreiten. Die Schwelle So ist hier als obere strich-punktierte Linie angedeutet. Hierbei kann vor der Erkennung der lokalen Maxima das Schallsignal 130 beispielsweise gleichgerichtet werden, d. h. das Vorzeichen der negativen Signalanteile des Schallsignals 130 wird invertiert, und es kann in dem genannten Filter 160 eine Filterung des Schallsignals 130 vorgesehen werden, um die starken Schwankungen des Schallsignals 130 zu glätten.The detection can e.g. B. by recognizing local maxima in the sound signal 130 which exceed a certain threshold So (above the "background / background noise" of the signal). The threshold So is indicated here as the upper dash-dotted line. The sound signal can be used before the local maxima are recognized 130 be rectified, for example, ie the sign of the negative signal components of the sound signal 130 is inverted and it can be in the said filter 160 a filtering of the sound signal 130 be provided about the strong fluctuations in the sound signal 130 to smooth.

Für jedes identifizierte Ereignis 131 können nun Metriken 142 bestimmt werden, die das Ereignis 131 anhand dessen Signalkennzeichnung 141 näher charakterisieren; diese Metrik 142 charakterisiert jeweils die entsprechende Signalkennzeichnung 141. Insbesondere die folgenden - -in 4 als Teil eines Ereignisvektors I gemäß einer ersten Ausführungsform-- dargestellten Metriken 142 werden vorgeschlagen:

  • - eine erste Metrik 142.M1 in Form einer Lage der dem Ereignis 131 zugordneten Signalkennzeichnung 141 innerhalb des Arbeitsspiels, z.B. definiert durch einen Kenngrößenparameter in Form einer Position des lokalen Maximums auf der horizontalen Achse, z. B. für das erste Ereignis 131 beim Kurbelwellenwinkel α =43 °; der genannte Kurbelwellenwinkel α bildet somit vorliegend einen geeigneten Kenngrößenparameter 143 für eine Metrik 142; hier die erste Metrik 142.M1.
  • - eine zweite Metrik 142.M2 in Form einer Ausdehnung der dem Ereignis 131 zugordneten Signalkennzeichnung 141, z. B. beschrieben durch einen Kenngrößenparameter in Form eines Winkelbereichs, den das Ereignis 131 abdeckt. Dieser kann z. B. aufgefasst werden als der Bereich, in dem die Signalwerte bzw. ihr Betrag eine zweite Schwelle Su mehrheitlich nicht unterschreiten, wobei diese zweite Schwelle Su hier als untere gestrichelte Linie dargestellt ist. Der Winkelbereich kann beschrieben werden durch Kenngrößenparameter in Form eines Startpunkts und eines Endpunkts des Ereignisses 131 oder durch seine Breite, z. B. für das vierte Ereignis 131, das durch den charakteristischen Signalteil E4 erkennbar ist, durch den Startpunkt beim Kurbelwellenwinkel αS =355° und den Endpunkt beim Kurbelwellenwinkel αE =485° bzw. durch die Breite, die gegeben ist durch einen Bereich von Kurbelwellenwinkeln 485° - 355° = 130°; die genannten Kurbelwellenwinkel αS und αE bilden somit vorliegend geeignete Kenngrößenparameter 143 für eine Metrik 142; hier die zweite Metrik 142.M2.
  • - eine dritte Metrik 142.M3 in Form einer die Energie des Ereignisses 131 charakterisierende Größe ist z. B. beschrieben durch Kenngrößenparameter in Form einer Summe aller quadrierten Abtastwerte des Signals zwischen αS und αE. Aus Gründen der Ersparnis von Signalverarbeitungsaufwand kann die Quadratur der Abtastwerte durch eine Absolutwertbildung (weglassen des Vorzeichens) ersetzt werden; die genannte Summe aller quadrierten Abtastwerte des Signals zwischen Kurbelwellenwinkel αS und αE Kurbelwellenwinkel bilden somit vorliegend geeignete Kenngrößenparameter 143 für eine Metrik 142; hier die dritte Metrik 142.M3.Weitere Metriken 142.M1, 142.M2, 142.M3, ... 142.Mn können vorgesehen sein; die Aufzählung ist nicht abschließend.
For each identified event 131 can now use metrics 142 be determined who the event 131 based on its signal identification 141 characterize in more detail; this metric 142 each characterizes the corresponding signal identification 141 . In particular the following - -in 4th as part of an event vector I according to a first embodiment - metrics shown 142 are suggested:
  • - a first metric 142.M1 in the form of a location of the event 131 assigned signal identification 141 within the work cycle, for example defined by a characteristic parameter in the form of a position of the local maximum on the horizontal axis, e.g. B. for the first event 131 at the crankshaft angle α = 43 °; the crankshaft angle α mentioned thus forms a suitable characteristic parameter in the present case 143 for a metric 142 ; here the first metric 142.M1 .
  • - a second metric 142.M2 in the form of an extension of the event 131 assigned signal identification 141 , e.g. B. described by a characteristic parameter in the form of an angular range that the event 131 covers. This can e.g. B. can be understood as the range in which the signal values or their magnitude do not mostly fall below a second threshold Su, this second threshold Su being shown here as a lower dashed line. The angular range can be described by characteristic parameters in the form of a starting point and an end point of the event 131 or by its width, e.g. B. for the fourth event 131 , that by the characteristic signal part E4 can be recognized by the starting point at crankshaft angle α S = 355 ° and the end point at crankshaft angle α E = 485 ° or by the width, which is given by a range of crankshaft angles 485 ° - 355 ° = 130 °; the crankshaft angles α S and α E mentioned thus form suitable parameters in the present case 143 for a metric 142 ; here is the second metric 142.M2 .
  • - a third metric 142.M3 in the form of the energy of the event 131 characterizing variable is z. B. described by parameter parameters in the form of a sum of all squared samples of the signal between α S and α E. In order to save signal processing effort, the quadrature of the sampled values can be replaced by an absolute value formation (omitting the sign); the stated sum of all squared sampled values of the signal between crankshaft angle α S and α E crankshaft angle thus form suitable parameter parameters in the present case 143 for a metric 142 ; here is the third metric 142.M3 .Other metrics 142.M1 , 142.M2 , 142.M3 , ... 142 Mn can be provided; the list is not exhaustive.

Anhand von 3A ist im Rahmen eines Ausführungsbeispiels zu einer zweiten Variante eine zweite Methode zur Identifikation von Ereignissen 131 erläutert, was eine zweite bevorzugte Alternative zur Identifikation der Ereignisse anhand der charakteristischen Signalteile E1, E2, E3, E4, E5, E6 bietet - diese kann wie folgt umgesetzt werden. Dazu ist ein typischer aus dem Schallsignal 130 der 2A gewonnener Verlauf einer kumulativen Summe S130 der Absolutwerte des Schallsignals 130 in 3A dargestellt, in dem wiederum mehrere charakteristische Signalteile E1, E2, E3, E4, E5, E6 markiert sind; diesmal in Bezug auf die kumulative Summe S130 der Absolutwerte (alle negativen Vorzeichen werden invertiert) des Schallsignals 130. Dieses sogenannte Summensignal S130 des Schallsignals 130 hat einen Verlauf, wie er in 3A als durchgezogene Linie beispielhaft dargestellt ist im Vergleich mit gestrichelt dargestellten Referenzgeraden - in Bezug auf die gestrichelt dargestellten Referenzgeraden kann ein charakteristischer Signalteil E1, E2, E3, E4, E5, E6 erkannt werden, also ob ein Ereignis 131 vorliegt. Während sich die Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5 an den stufenartigen Plateaus P1, P2, P3, P4, P5 des Summensignals S130 des Schallsignals 130 parallel ausrichten, verläuft in dem Fall eines charakteristischen Signalteil E1, E2, E3, E4, E5, E6 das kumulierte Signal S130 nicht mehr parallel zur Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5. Ein Bereich eines nicht-parallelen Signalteils E1, E2, E3, E4, E5, E6 zeigt einen Bereich eines Ereignis 131 - verläuft das in 3A dargestellte Summensignal des Schallsignals 130 wieder parallel zur Referenzgeraden liegt kein Ereignis vor. Im Beispiel sind wiederum sechs Ereignisse E1 ... E6 gezeigt, deren Metrik 142 mittels Kenngrößenparameter als Beginn und Ende jeweils durch eine senkrechte punktierte Linie markiert ist. Ein Algorithmus, der nach diesem Prinzip die Metriken M142.M1, M142.M2, M142.M3 der Ereignisse im Rahmen der zweiten Variante --in 4 als Teil eines Ereignisvektors II gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt-- bestimmt, kann wie folgt umgesetzt werden. Zunächst wird (z. B. durch a priori ausgewertete Signale) offline die Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5 an den stufenartigen Plateaus P1, P2, P3, P4, P5 des Summensignals S130 des Schallsignals 130 bestimmt, indem deren Steigung parallel und auf Höhe der Plateaus übernommen wird - die stufenartigen Plateaus P1, P2, P3, P4, P5 des Summensignals S130 werden mittels der Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5 extrapoliert. Es wird anschließend der Abstand A (beispielhaft eingezeichnet in 3A) vorzugsweise jedes Punktes des kumulierten Summensignals S130 zur Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5 auch über die stufenartigen Plateaus P1, P2, P3, P4, P5 des Summensignals S130 hinaus durch einfache Differenzbildung bestimmt. Ggf. wird das kumulierte Summensignal S130 vor und/oder nach der Summenbildung noch gefiltert in einem oben genannten Filter 160. Bleibt der Abstand zur Referenzgeraden konstant, liegt kein Ereignis vor. Vergrößert sich der Abstand zu einer Referenzgeraden R1, R2, R3, R4 (nicht gezeigt), R5 über einen parametrierbaren Schwellwert So hinaus, wird der Beginn eines Ereignisses 131 -d.h. ein Signalteil E1, E2, E3, E4, E5, E6 als eine dem Ereignis 131 zugeordnete Signalkennzeichnung 141-- markiert. Unterschreitet die Abstandsänderung einen weiteren parametrierbaren Schwellwert Su, wird das Ende des Ereignisses 131 markiert.Based on 3A is within the scope of an exemplary embodiment of a second variant a second method for identifying events 131 explains what a second preferred alternative for identifying the events using the characteristic signal parts E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 offers - this can be implemented as follows. There is also a typical sound signal 130 of the 2A gained history of a cumulative sum S130 the absolute values of the sound signal 130 in 3A shown, in which in turn several characteristic signal parts E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 are marked; this time in terms of the cumulative total S130 the absolute values (all negative signs are inverted) of the sound signal 130 . This so-called sum signal S130 of the sound signal 130 has a course like that in 3A is shown by way of example as a solid line in comparison with reference straight lines shown in dashed lines - with respect to the reference straight line shown in dashed lines, a characteristic signal part can be E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 be recognized, so whether an event 131 present. While the reference line R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 on the step-like plateaus P1 , P2 , P3 , P4 , P5 of the sum signal S130 of the sound signal 130 align parallel, runs in the case of a characteristic signal part E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 the cumulative signal S130 no longer parallel to the reference line R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 . An area of a non-parallel part of the signal E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 shows an area of an event 131 - it runs in 3A sum signal of the sound signal shown 130 again parallel to the reference line, there is no event. In the example there are again six events E1 ... E6 shown their metric 142 is marked by means of characteristic parameters as the beginning and end each by a vertical dotted line. An algorithm that uses this principle to generate the metrics M142.M1, M142.M2, M142.M3 of the events in the second variant --in 4th Shown as part of an event vector II according to a second embodiment - determined can be implemented as follows. First of all, the reference straight line is taken offline (e.g. by means of signals evaluated a priori) R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 on the step-like plateaus P1 , P2 , P3 , P4 , P5 of the sum signal S130 of the sound signal 130 determined by adopting their slope parallel and at the level of the plateaus - the step-like plateaus P1 , P2 , P3 , P4 , P5 of the sum signal S130 are using the reference line R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 extrapolated. The distance A (shown as an example in 3A) preferably each point of the cumulative sum signal S130 to the reference line R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 also over the step-like plateaus P1 , P2 , P3 , P4 , P5 of the sum signal S130 determined by simple subtraction. If necessary, the accumulated sum signal S130 before and / or after the summation still filtered in an above-mentioned filter 160 . If the distance to the reference line remains constant, there is no event. If the distance to a reference line increases R1 , R2 , R3 , R4 (Not shown), R5 beyond a parameterizable threshold value So, the start of an event 131 - a signal part E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 as one of the event 131 assigned signal identification 141-- marked. If the change in distance falls below a further parameterizable threshold value Su, the end of the event is 131 marked.

Wie in 3B dargestellt ist kann eine erste Metrik 142.M1 in Form einer Lage des Ereignisses 131 für diesen Ansatz z. B. definiert werden als

  • - eine Lage L1: Punkt oder Wertepaar, hier also Wert auf der horizontalen Achse, der zu der größten Abstandsvergrößerung (Punkt maximaler Steigung oder Intensitätsmaximum) gehört, die in der Dauer des Ereignisses, also dem im Schallsignal erkennbaren Schallereignis zu dem tatsächlichen Ereignis am Motor, auftritt,
  • - eine Lage L2: Punkt oder Wertepaar, hier also Wert auf der horizontalen Achse, der zu der Mitte zwischen den Werten zu Beginn und Ende des Ereignisses, also dem im Schallsignal erkennbaren Schallereignis zu dem tatsächlichen Ereignis am Motor, auf der vertikalen Achse gehört,
  • - eine Lage L3: Punkt oder Wertepaar, hier also Mitte zwischen Beginn und Ende des Ereignisses, also dem im Schallsignal erkennbaren Schallereignis zu dem tatsächlichen Ereignis am Motor, auf der horizontalen Achse.
As in 3B a first metric can be shown 142.M1 in the form of a location of the event 131 for this approach z. B. can be defined as
  • - a location L1 : Point or pair of values, in this case the value on the horizontal axis that belongs to the greatest increase in distance (point of maximum slope or maximum intensity) that occurs in the duration of the event, i.e. the sound event recognizable in the sound signal to the actual event on the engine,
  • - a location L2 : Point or pair of values, in this case the value on the horizontal axis that belongs to the middle between the values at the beginning and end of the event, i.e. the sound event recognizable in the sound signal for the actual event on the engine, on the vertical axis,
  • - a location L3 : Point or pair of values, in this case the middle between the beginning and the end of the event, i.e. the sound event recognizable in the sound signal to the actual event on the engine, on the horizontal axis.

Die zweite Metrik 142.M2 in Form einer Ausdehnung definiert sich analog zum ersten Vorschlag als Differenz zwischen Beginn und Ende des Ereignisses.The second metric 142.M2 in the form of an extension, analogous to the first suggestion, is defined as the difference between the beginning and the end of the event.

Die dritte Metrik 142.M3 in Form einer Energie des Ereignisses 131 beschreibende Größe definiert sich als Differenz zwischen den Werten zu Beginn und Ende des Ereignisses auf der vertikalen Achse.The third metric 142.M3 in the form of an energy of the event 131 Descriptive quantity is defined as the difference between the values at the beginning and the end of the event on the vertical axis.

Weitere Metriken 142.M1, 142.M2, 142.M3, ... 142.Mn können vorgesehen sein; die Aufzählung ist nicht abschließend.More metrics 142.M1 , 142.M2 , 142.M3 , ... 142 Mn can be provided; the list is not exhaustive.

Im Rahmen beider Ausführungsbeispiele der ersten und zweiten Variante können weitere Metriken 142.Mn vorgesehen sein, um die Form der Signale für die einzelnen Ereignisse näher zu beschreiben und weiter voneinander abzugrenzen, z. B. die Anstiegsgeschwindigkeit der Signalintensität oder ähnliches ist für beide Ansätze denkbar. Insbesondere die Summe aller quadrierten Abtastwerte oder wahlweise die Summe der Absolutwerte des gesamten Schallsignals 130 über ein Arbeitsspiel, also wiederum ein Summensignal S130 kann als interessante globale Metrik 142.Mn dienen, abzuschätzen, ob im Signal generell eine signifikante Änderung aufgetreten ist oder nicht.In the context of both exemplary embodiments of the first and second variant, further metrics 142 Mn be provided to describe the shape of the signals for the individual events in more detail and to further delimit them, e.g. B. the rate of increase of the signal intensity or the like is conceivable for both approaches. In particular, the sum of all squared samples or, optionally, the sum of the absolute values of the entire sound signal 130 over a work cycle, i.e. again a sum signal S130 can be used as an interesting global metric 142 Mn serve to estimate whether a significant change has generally occurred in the signal or not.

Insbesondere aus der ersten Metrik 142.M1 einer Lage eines Ereignisses -d.h. eines Signalteils E1, E2, E3, E4, E5, E6 als eine dem Ereignis 131 zugeordnete Signalkennzeichnung 141-- kann später auf die Ursache des Ereignisses zurückgeschlossen werden. Z. B. ist bekannt, dass für Kurbelwellenwinkel um 40° das Aufschlaggeräusch des schließenden Auslassventils zu erwarten ist, wohingegen z. B. im Bereich um 400° das Verbrennungsgeräusch des entsprechenden Zylinders zu erwarten ist.In particular from the first metric 142.M1 a location of an event - i.e. a signal part E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 as one of the event 131 assigned signal identification 141-- can later be inferred to the cause of the event. For example, it is known that for crankshaft angles around 40 ° the impact noise of the closing exhaust valve is to be expected, whereas z. B. in the range of 400 ° the combustion noise of the corresponding cylinder is to be expected.

Die Metriken 142.M1, 142.M2, 142.M3, ... 142.Mn für jedes Ereignis können nun in einen Ereignisvektor 230 zusammengefasst und zu einer Auswerteeinheit 240 wie oben erläutert übertragen werden. Die Auswerteeinheit 240 kann z. B. zentral beim Hersteller verortet sein. Es ist auch ein regionaler Hauptrechner auf einem Schiff denkbar, der die Daten aller Schiffsmotoren auswertet und die Ergebnisse über das Automationssystem des Schiffs zur Verfügung stellt. Es kann auch ein regionaler Hauptrechner in einer Mine genutzt werden, der die Daten aller Minenfahrzeuge für die Region der Mine auswertet. Weiterhin ist natürlich als Sonderfall immer auch eine lokale Auswertung unmittelbar am Motor vorstellbar.The metrics 142.M1 , 142.M2 , 142.M3 , ... 142 Mn for each event can now be in an event vector 230 combined and into one evaluation unit 240 as explained above. The evaluation unit 240 can e.g. B. be located centrally at the manufacturer. A regional main computer on a ship is also conceivable, which evaluates the data from all ship engines and makes the results available via the ship's automation system. A regional main computer can also be used in a mine, which evaluates the data from all mining vehicles for the region of the mine. Furthermore, a local evaluation directly on the engine is always conceivable as a special case.

Der Vorteil der Identifikation von Ereignissen 131 und der Beschreibung der Ereignisse 131 mit wenigen Metriken 142.M1, 142.M2, 142.M3, ... 142.Mn in Bezug auf einen Signalteil E1, E2, E3, E4, E5, E6 als eine dem Ereignis 131 zugeordnete Signalkennzeichnung 141 führt dazu, dass so die wesentliche ein Ereignis 131 charakterisierende Information sehr kompakt zusammengefasst wird und mit wenig Aufwand (d. h. wenig Übertragungskapazität) an die Auswerteeinheit übermittelt werden kann.The advantage of identifying events 131 and the description of the events 131 with few metrics 142.M1 , 142.M2 , 142.M3 , ... 142 Mn in relation to a signal part E1 , E2 , E3 , E4 , E5 , E6 as one of the event 131 assigned signal identification 141 makes so essential an event 131 characterizing information is summarized very compactly and can be transmitted to the evaluation unit with little effort (ie little transmission capacity).

Beispielsweise kann in Bezug auf eine Datenreduktion als Anhaltspunkt die Überlegung dienen, dass in der vollen Ausbaustufe des Verfahrens pro Arbeitsspiel für jeden Zylinder je nach Auflösung z. B. 720 bis 7200 Abtastwerte anfallen. Bei 1800 U/min dauert ein Arbeitsspiel wie es in 2A dargestellt ist etwa 66 ms. Wird jeder Wert mit 32 Bit aufgelöst, fallen also pro Sekunde für einen 20V Motor bis zu 70 Mbit/s an Rohdaten an. Werden im Signal z. B. zehn Ereignisse 131 (E1 ...E10) erkannt, die sich jeweils mit vier Metriken 142.M1, 142.M2, 142.M3, 142.M4 beschreiben lassen, fallen nur noch 390 kbit/s an - eine Reduktion der anfallenden Datenmenge um Faktor einhundertachtzig. Aus Gründen der Ersparnis von Signalverarbeitungsaufwand bzw. Rechenleistung und Übertragungsbandbreite kann evtl. auf eine Erfassung jedes Arbeitsspiels verzichtet werden und nur jedes zweite oder dritte etc. Arbeitsspiel erfasst werden oder es kann die Auflösung reduziert werden.For example, in relation to a data reduction, the consideration that in the full expansion stage of the method per work cycle for each cylinder depending on the resolution z. B. 720 to 7200 samples. At 1800 rpm, a work cycle like the one in 2A shown is about 66 ms. If each value is resolved with 32 bits, up to 70 Mbit / s of raw data are generated per second for a 20V motor. Are in the signal z. B. ten events 131 ( E1 ... E10 ) recognized each with four metrics 142.M1 , 142.M2 , 142.M3 , 142.M4 can only be written to 390 kbit / s on - a reduction in the amount of data generated by a factor of one hundred and eighty. In order to save signal processing effort or computing power and transmission bandwidth, it may be possible to dispense with recording every working cycle and only record every second or third etc. working cycle, or the resolution can be reduced.

Eine Datenstruktur aus Ereignisvektoren 230 und entsprechenden Korrelationen weist insofern auf ein Ereignis 131 hin, das mit einer Signalkennzeichnung 141 im Schallsignal 130 oder dem Summensignal A130 oder einem anderen dergleichen Rohdatensignal erkennbar ist, sowie einen diesem Ereignis 131 im Schallsignal 130, S130 zugeordneten Ereignisvektor 230. Der Ereignisvektor 230 weist eine Anzahl von die Signalkennzeichnung 141 kennzeichnenden Metriken 142, 142.2, 142.3 usw. auf - diese sind vorliegend als Lageausdehnung und Energie des Ereignisses beispielhaft aufgeführt. Weitere Metriken 142 können darüber hinaus vorgesehen sein - die Liste ist insofern nicht beschränkt auf die genannten Metrikarten. Jede der Metriken 142 kann durch ein oder mehrere Kenngrößenparameter definiert sein, von denen einige an obigen Ausführungsbeispielen erläutert sind. Beispielsweise ist für die erste Metrik 142.M1 in Form der Lage vorliegend ein Kenngrößenparameter als eine Drehwinkelposition in einem Arbeitsspiel, nämlich der Kurbelwellenwinkel angegeben. Hinsichtlich der Ausdehnung als Metrik 142.M2 ist vorliegend ein Kenngrößenparameter als ein Bereich auf dem Kurbelwellenwinkel mit einem unteren Kurbelwellenwinkel und einem oberen Kurbelwellenwinkel für den Bereich als Kenngröße definiert.A data structure made up of event vectors 230 and corresponding correlations points to an event 131 out that with a signal identification 141 in the sound signal 130 or the sum signal A130 or another such raw data signal is recognizable, as well as one of this event 131 in the sound signal 130 , S130 associated event vector 230 . The event vector 230 has a number of the signal identification 141 identifying metrics 142 , 142.2, 142.3 etc. - these are listed here as an example of the spatial expansion and energy of the event. More metrics 142 can also be provided - the list is not limited to the mentioned metric cards. Any of the metrics 142 can be defined by one or more characteristic parameters, some of which are explained in the above exemplary embodiments. For example, for the first metric 142.M1 In the present case, a characteristic variable parameter is specified in the form of the position as a rotational angle position in a working cycle, namely the crankshaft angle. Regarding the extent as a metric 142.M2 In the present case, a characteristic parameter is defined as a range on the crankshaft angle with a lower crankshaft angle and an upper crankshaft angle for the range as a characteristic.

Für die Energie des Ereignisses als dritte Metrik 142.M3 ist vorliegend ein Kenngrößenparameter als eine Amplitude des Ereignisses definiert. Der so gebildete Ereignisvektor 230 mit einer Anzahl von Metriken 142 und zughörigen Kenngrößenparametern beschreibt also eine Anzahl von Signalkennzeichnungen 141 jeweils für ein Ereignis 131 in dem Schallsignal 130.For the energy of the event as a third metric 142.M3 In the present case, a characteristic parameter is defined as an amplitude of the event. The event vector formed in this way 230 with a number of metrics 142 and the associated characteristic parameters thus describe a number of signal identifications 141 each for one event 131 in the sound signal 130 .

Über eine Betriebsdauer des Motors 110 können nun eine Trendentwicklung, Mustererkennung oder dergleichen Entwicklung für ein so identifiziertes Ereignis anhand der Entwicklung des Ereignisvektors 230 festgemacht, überwacht und einer Ursache, Maßnahme oder sonstigen Information für den Betrieb des Motors 110 zugeordnet werden. Eine entsprechende Liste 270 mit Ursachen und Maßnahmen verknüpft kann in der Liste 270 hinterlegt sein und zur Steuerung der Brennkraftmaschine am Motor 110 zurückgekoppelt werden, was in 1 schematisch dargestellt ist.Over the service life of the engine 110 a trend development, pattern recognition or similar development for an event identified in this way can now be performed on the basis of the development of the event vector 230 fixed, monitored and a cause, measure or other information for the operation of the engine 110 be assigned. A corresponding list 270 linked to causes and measures can be found in the list 270 be stored and to control the internal combustion engine on the engine 110 fed back what is in 1 is shown schematically.

Die an die Auswerteeinheit 240 als Zentralstelle der Auswerteeinrichtung 200 übertragenen Ereignisvektoren 230 werden anschließend dort ausgewertet. Die Ereignisvektoren 230 bilden Muster, die soweit bekannt einer Liste 270 hinterlegt sein können, und eindeutig verschiedenen Ursachen und damit verschiedenen Fehlern zugeordnet werden können über die Liste 270. Die Veränderung einzelner Metriken in bestimmten Ereignisvektoren ermöglicht eine Beobachtung der zeitlichen Entwicklung eines Ereignisses, also - physikalisch gedeutet - die zeitliche Veränderung eines Geräuschanteils. So kann beispielsweise aus der Beobachtung der zeitlichen Entwicklung oder Muster der Metriken 142 in den Ereignisvektoren 230 eine Trendanalyse oder (z. B. durch einfache Extrapolation) eine Vorhersage der zukünftigen Entwicklung eines Fehlers abgeleitet werden.The to the evaluation unit 240 as the central point of the evaluation device 200 transmitted event vectors 230 are then evaluated there. The event vectors 230 form patterns which, as far as known, form a list 270 can be stored and clearly different causes and thus different errors can be assigned via the list 270 . The change in individual metrics in certain event vectors enables the development of an event over time to be observed, i.e. - in physical terms - the change in a noise component over time. For example, from the observation of the temporal development or pattern of the metrics 142 in the event vectors 230 a trend analysis or (e.g. by simple extrapolation) a prediction of the future development of an error can be derived.

Beispielsweise kann aus dem Muster eines Ereignisvektors 230 eindeutig erkannt werden, dass dieser Ereignisvektor 230 das Aufschlaggeräusch des Auslassventils beschreibt. Durch die Beobachtung der Lagemetrik als erste Metrik 142.M1 über der Zeit kann eine Veränderung des Ventilspiels festgestellt werden. Durch Extrapolation kann darüber hinaus z. B. geschätzt werden, wann das Ventilspiel einen vorab festgelegten Wert überschreiten wird und durch ServicePersonal nachgestellt werden muss. Hierdurch wird beispielsweise eine regelmäßige (und oft überflüssige) Überprüfung des Ventilspiels durch manuelle Messungen vor Ort durch ServicePersonal überflüssig.For example, from the pattern of an event vector 230 clearly recognized that this event vector 230 describes the impact sound of the exhaust valve. By observing the location metric as the first metric 142.M1 A change in the valve clearance can be determined over time. By extrapolation, z. For example, it can be estimated when the valve clearance will exceed a predetermined value and has to be readjusted by service personnel. As a result, for example, regular (and often superfluous) checking of the valve clearance through manual measurements on site by service personnel is superfluous.

5 zeigt ein Ablaufschema für ein erfindungsgemäßes Verfahrens 1 zur Überwachung einer Antriebseinheit 100 wie zuvor beschrieben, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung 10 der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit erfolgt. Im Rahmen der Schallüberwachung 10 wird in einem ersten Schritt 20 ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und dann zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt 30. Mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Schallsignalanalyseeinheit wird aus dem Schallsignal eine Anzahl von Signalkennzeichnungen festgestellt 40. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit mittels wenigstens einer Metrik charakterisiert wird 41, wobei die Metrik durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert ist 42, der das Ereignis am Schallsignal festmacht. Danach wird die Metrik in der Signalanalyseeinheit zur Übergabe 50 an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung aufbereitet 51 und bereitgestellt 52. 5 shows a flow chart for a method 1 according to the invention for monitoring a drive unit 100 as previously described, the monitoring being a sound monitoring 10 the rotating drive component is carried out by means of acoustic sensors on the drive unit. As part of sound monitoring 10 will be a first step 20th a sound signal of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system and then made available for evaluation for an evaluation device 30th . By means of a signal analysis of the sound signal in a sound signal analysis unit, a number of signal identifications is determined from the sound signal 40. According to the concept of the invention, provision is made for a signal identification to be assigned to an event to be characterized in the signal analysis unit by means of at least one metric 41, the metric by at least a characteristic parameter is defined 42 that attaches the event to the sound signal. The metric is then transferred to the signal analysis unit 50 processed to an evaluation unit of an evaluation device 51 and provided 52 .

Eine weitere Auswertung 60 mit einem Auswertealgorithmus erfolgt in der Auswerteeinheit 240 und das Ergebnis einer Mustererkennung oder Trendanalyse wird anhand einer Liste 270 einem Katalog von Maßnahmen oder Ursachen gegenübergestellt 70. Auf diese Weise kann im Rahmen einer Rückkopplung 80 Einfluss genommen werden auf den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 zur Steuerung 81 derselben oder aber zur Übermittlung von Steuerinformationen oder sonstigen zusätzlichen Informationen 82 an den Betreiber oder den Führer der Antriebseinheit.Another evaluation 60 with an evaluation algorithm takes place in the evaluation unit 240 and the result of a pattern recognition or trend analysis is based on a list 270 juxtaposed with a catalog of measures or causes 70. In this way, as part of a feedback 80 The operation of the internal combustion engine can be influenced 100 for controlling 81 the same or for the transmission of tax information or other additional information 82 to the operator or the operator of the drive unit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

10011001
Systemsystem
10001000
Kombinationcombination
142.M1, 142.M2, ... 142.Mn142.M1, 142.M2, ... 142.Mn
Anzahl von MetrikenNumber of metrics
140.1, 140.2 ... 140.n140.1, 140.2 ... 140.n
Anzahl von SignalanalyseeinheitenNumber of signal analysis units
100.1, 100.2 ... 100.n100.1, 100.2 ... 100.n
Anzahl von BrennkraftmaschinenNumber of internal combustion engines
300300
DrahtlosverbindungWireless connection
270270
Listelist
260260
Anzahl von AuswertemodulenNumber of evaluation modules
250250
EmpfangseinrichtungReceiving device
240240
AuswerteeinheitEvaluation unit
230230
EreignisvektorEvent vector
220220
SpeicherStorage
200200
AuswerteeinrichtungEvaluation device
160160
Filterfilter
150150
ÜbergabeeinrichtungTransfer device
144144
KennzeichnungLabelling
143143
KenngrößeParameter
142142
MetrikMetric
141141
SignalkennzeichnungSignal identification
140140
SignalanalyseeinheitSignal analysis unit
131131
Ereignisevent
130130
SchallsignalSound signal
130A130A
SchallamplitudeSound amplitude
130W130W
Kurbelwinkel αCrank angle α
121121
akustischer Sensoracoustic sensor
120120
akustische Sensorikacoustic sensors
114114
Kurbelwellecrankshaft
113113
Nockenwellecamshaft
112112
VentilValve
111111
Zylindercylinder
110110
Motorengine
101101
Farmfarm
100100
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
8282
Übermittlung von SteuerinformationenTransmission of tax information
8181
Steuerung der BrennkraftmaschineControl of the internal combustion engine
8080
RückkopplungFeedback
7070
Gegenüberstellung der MetrikComparison of the metrics
6060
Auswertungevaluation
5252
Bereitstellung der MetrikProvision of the metric
5151
Aufbereitung der MetrikPreparation of the metric
5050
Übergabe der MetrikTransfer of the metric
4242
Definition der MetrikDefinition of the metric
3030th
Auswertungevaluation
2020th
erster Schrittfirst step
1010
SchallüberwachungSound monitoring
A130A130
SummensignalSum signal
E1, E2, ... EnE1, E2, ... En
charakteristische Signalteile bzw Signalkennzeichnungcharacteristic signal parts or signal identification
L1, L2, ... LnL1, L2, ... Ln
Lagelocation
P1, P2, ... PnP1, P2, ... Pn
stufenartiges Plateaustep-like plateau
R1, R2, ... RnR1, R2, ... Rn
ReferenzgeradeReference line
S130S130
kumulativen Summecumulative total

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • US 4669315 A [0007]US 4669315 A [0007]
  • US 5157610 A [0010]US 5157610 A [0010]
  • JP 2130429 A [0011]JP 2130429 A [0011]

Claims (18)

Verfahren (1) zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors (110) einer Brennkraftmaschine (100) mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung (10) der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik (120) an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung (10): - ein Schallsignal (130) der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik (120) erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung (200) bereitgestellt wird, - mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit (140) aus dem Schallsignal (130) eine Anzahl Signalkennzeichnungen (141) festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Anzahl von Ereignissen (131) mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen (141) identifiziert wird in der Signalanalyseeinheit (140), insbesondere eine Signalkennzeichnung einem Ereignis für die drehende Antriebskomponente zugeordnet wird, und - eine einem Ereignis (131) zuzuordnende Signalkennzeichnung (141) in der Signalanalyseeinheit (140) mittels wenigstens einer Metrik (142) charakterisiert wird, wobei die Metrik (142) durch wenigstens einen Kenngrößenparameter (143) definiert ist, der das Ereignis am Schallsignal (130) festmacht, und - der Metrik (142) in der Signalanalyseeinheit (140) zur Übergabe an eine Auswerteeinheit (240) einer Auswerteeinrichtung (200) aufbereitet und bereitgestellt wird, insbesondere die wenigstens eine Signalanalyseeinheit an der wenigstens einen Antriebseinheit und die Auswerteeinheit entfernt von der Antriebseinheit bereitsteht, insbesondere durch eine drahtlose Verbindung kommunikativ verbunden sind.Method (1) for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular a motor (110) of an internal combustion engine (100) with a crankshaft, the monitoring being a sound monitoring (10) of the rotating drive component by means of an acoustic sensor system (120) on the drive unit takes place, and within the scope of the sound monitoring (10): - a sound signal (130) of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system (120) and provided for evaluation for an evaluation device (200), - by means of a signal analysis of the sound signal in a signal analysis unit ( 140) a number of signal identifications (141) is determined from the sound signal (130), characterized in that - a number of events (131) is identified by means of a number of signal identifications (141) in the signal analysis unit (140), in particular a signal identifier Assigned event for the rotating drive component et is, and - a signal identifier (141) to be assigned to an event (131) is characterized in the signal analysis unit (140) by means of at least one metric (142), the metric (142) being defined by at least one characteristic parameter (143) which defines the Event on the sound signal (130), and - the metric (142) is processed and provided in the signal analysis unit (140) for transfer to an evaluation unit (240) of an evaluation device (200), in particular the at least one signal analysis unit on the at least one drive unit and the evaluation unit is available remotely from the drive unit, in particular are communicatively connected by a wireless connection. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Metriken (142.M1, ... 142.Mn) in einem Ereignisvektor (230) oder dergleichen Ereignisfeld zusammengefasst werden und dem Ereignis zugeordnet werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a number of metrics (142.M1, ... 142.Mn) are combined in an event vector (230) or the like event field and assigned to the event. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallsignal (130) der drehenden Antriebskomponente als Körperschall an der Antriebseinheit mit einem akustischen Sensor erfasst wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the sound signal (130) of the rotating drive component is recorded as structure-borne noise on the drive unit with an acoustic sensor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine und/oder einen Generator aufweist, wobei ein Motor der Brennkraftmaschine die wenigstens eine drehende Antriebskomponente als eine Kurbelwelle und/oder Nockenwelle aufweist und/oder der Generator die die wenigstens eine drehende Antriebskomponente als einen Rotor aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit has an internal combustion engine and / or a generator, wherein an engine of the internal combustion engine has the at least one rotating drive component as a crankshaft and / or camshaft and / or the generator has the at least one rotating Has drive component as a rotor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallsignal als transiente oder frequenzaufgelöste Rohdaten zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sound signal is made available as transient or frequency-resolved raw data. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohdaten einen transienten Schallsignalverlauf und/oder ein frequenzaufgelöstes Schallfrequenzspektrum für wenigstens einen Teil eines Arbeitsspiels der drehenden Antriebskomponente aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the raw data have a transient sound signal curve and / or a frequency-resolved sound frequency spectrum for at least part of a working cycle of the rotating drive component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Signalkennzeichnung charakterisierende Metrik (142) als Repräsentant des Schallsignals (130), insbesondere der Signalkennzeichnung (141), zur Übergabe an die Auswerteeinrichtung (200) aufbereitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metric (142) characterizing the signal identification is processed as a representative of the sound signal (130), in particular the signal identification (141), for transfer to the evaluation device (200). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallsignal selbst und/oder die Signalkennzeichnung, insbesondere die Rohdaten des Schallsignals und/oder der Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit (140) verbleiben, insbesondere in der Signalanalyseeinheit überschrieben werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sound signal itself and / or the signal identification, in particular the raw data of the sound signal and / or the signal identification, remain in the signal analysis unit (140), in particular are overwritten in the signal analysis unit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung mit wenigstens einer Metrik (142) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Lage (142.M1), Ausdehnung (142.M1) und Energie (142.M3), und anhand des Schallsignals (130) charakterisiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a signal identification to be assigned to an event with at least one metric (142) is selected from a group consisting of position (142.M1), extent (142.M1) and energy (142.M3) , and is characterized on the basis of the sound signal (130). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanalyse eine Amplituden-Analyse von transienten oder frequenzaufgelösten Rohdaten des Schallsignals umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal analysis comprises an amplitude analysis of transient or frequency-resolved raw data of the sound signal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transienten Rohdaten des Schallsignals (130) als absolute oder relative Schallamplitude (130A) bereitgestellt werden, insbesondere die Amplituden-Analyse eine Schwellwert-Analyse in Bezug auf eine Anzahl von Schwellwerten (So, Su) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transient raw data of the sound signal (130) is provided as an absolute or relative sound amplitude (130A), in particular the amplitude analysis is a threshold value analysis with reference to a number of threshold values (So, Su ) includes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transienten Rohdaten des Schallsignals (130) als kumulative Schallamplitude (S130) bereitgestellt werden, insbesondere die Amplituden-Analyse eine Differenzwert-Analyse in Bezug auf eine Anzahl von Referenzen umfasst, insbesondere in Bezug auf eine kumulative Schallamplitude.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transient raw data of the sound signal (130) are provided as cumulative sound amplitude (S130), in particular the amplitude analysis comprises a difference value analysis with respect to a number of references, in particular with respect to a cumulative sound amplitude. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kenngrößenparameter der Metrik (142) ausgebildet ist zur Erkennung einer Ereignisentwicklung anhand einer Musterentwicklung (260) des dem Ereignis zugeordneten Kenngrößenparameters der Metrik in einem Parameterraum.The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Characteristic parameter of the metric (142) is designed to recognize an event development on the basis of a pattern development (260) of the characteristic parameter of the metric assigned to the event in a parameter space. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Musterentwicklung des dem Ereignis zugeordneten Kenngrößenparameters der Metrik eine Liste (270) für Ursachen oder Maßnahmen für das Ereignis zugeordnet und hinterlegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a list (270) for causes or measures for the event is assigned and stored to the pattern development of the characteristic variable parameter of the metric assigned to the event. Signalanalyseeinheit (140) einer Auswerteeinrichtung (200) zur Überwachung einer Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente, insbesondere eines Motors einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, wobei die Überwachung als eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit erfolgt, und im Rahmen der Schallüberwachung: - ein Schallsignal der drehenden Antriebskomponente mittels der akustischen Sensorik erfasst und zur Auswertung für eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt wird, - mittels einer Signalanalyse des Schallsignals in einer Signalanalyseeinheit aus dem Schallsignal eine Anzahl Signalkennzeichnungen festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Anzahl von Ereignissen mittels einer Anzahl von Signalkennzeichnungen identifiziert wird in der Signalanalyseeinheit, insbesondere eine Signalkennzeichnung einem Ereignis für die drehende Antriebskomponente zugeordnet wird, und - eine einem Ereignis zuzuordnende Signalkennzeichnung in der Signalanalyseeinheit mittels wenigstens einer Metrik charakterisiert wird, wobei die Metrik durch wenigstens einen Kenngrößenparameter definiert ist, der das Ereignis am Schallsignal festmacht, und - der Metrik in der Signalanalyseeinheit zur Übergabe an eine Auswerteeinheit einer Auswerteeinrichtung aufbereitet und bereitgestellt wird, insbesondere die wenigstens eine Signalanalyseeinheit an der wenigstens einen Antriebseinheit und die Auswerteeinheit entfernt von der Antriebseinheit bereitsteht, insbesondere durch eine drahtlose Verbindung kommunikativ verbunden sind.Signal analysis unit (140) of an evaluation device (200) for monitoring a drive unit with a rotating drive component, in particular a motor of an internal combustion engine with a crankshaft, the monitoring being carried out as sound monitoring of the rotating drive component by means of acoustic sensors on the drive unit, and as part of the sound monitoring - a sound signal of the rotating drive component is detected by means of the acoustic sensor system and provided for evaluation for an evaluation device, - a number of signal identifications is determined from the sound signal by means of a signal analysis of the sound signal in a signal analysis unit, characterized in that - a number of events by means of a Number of signal identifications is identified in the signal analysis unit, in particular a signal identification is assigned to an event for the rotating drive component, and one is assigned to an event assigning signal identifier is characterized in the signal analysis unit by means of at least one metric, the metric being defined by at least one characteristic parameter which fixes the event on the sound signal, and - the metric is processed and provided in the signal analysis unit for transfer to an evaluation unit of an evaluation device, in particular the at least one signal analysis unit is available on the at least one drive unit and the evaluation unit is remote from the drive unit, in particular are communicatively connected by a wireless connection. Antriebseinheit mit einer drehenden Antriebskomponente und einer Signalanalyseeinheit nach Anspruch 15, insbesondere ein Motor (110) einer Brennkraftmaschine (100) mit einer Kurbelwelle, wobei zur Überwachung eine Schallüberwachung der drehenden Antriebskomponente mittels einer akustischen Sensorik an der Antriebseinheit vorgesehen ist.Drive unit with a rotating drive component and a signal analysis unit according to Claim 15 , in particular a motor (110) of an internal combustion engine (100) with a crankshaft, a sound monitoring of the rotating drive component by means of an acoustic sensor system on the drive unit being provided for monitoring. Auswerteeinrichtung (200) mit der Signalanalyseeinheit (140) und der Auswerteeinheit (240) ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Evaluation device (200) with the signal analysis unit (140) and the evaluation unit (240) designed to carry out the method according to one of the Claims 1 to 14th . System (1001), insbesondere Flotte oder Farm, einer Anzahl von Antriebseinheiten (100.1 ... 100.n) nach Anspruch 16 und einer Anzahl von Signalanalyseeinheiten (140.1 ... 140.n) nach Anspruch 15 und der Auswerteeinrichtung (200) nach Anspruch 17.System (1001), in particular a fleet or farm, a number of drive units (100.1 ... 100.n) Claim 16 and a number of signal analysis units (140.1 ... 140.n) Claim 15 and the evaluation device (200) Claim 17 .
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