DE102019219371A1

DE102019219371A1 - Messanordnung

Info

Publication number: DE102019219371A1
Application number: DE102019219371.4A
Authority: DE
Inventors: Dennis Pape; Vitali Wiebe; Christoph Werries; Luca Pansing
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-10-22

Abstract

Messanordnung mit einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Schallquelle (3), mittels welcher Schallwellen (4, 5) abgebbar sind, mehreren im Fahrzeug vorgesehenen und im Abstand (a) zueinander angeordneten Schallsensoren (6, 7), mittels welchen von der Schallquelle (3) abgegebene Schallwellen (4, 5) erfassbar und diese charakterisierende Messignale (S1, S2) erzeugbar sind, und einer mit den Schallsensoren (6, 7) verbundenen Auswerteeinheit (8), mittels welcher durch Auswertung von von den Schallsensoren (6, 7) erzeugten Messsignalen (S1, S2) die Position der Schallquelle (3) im Fahrzeug bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Schallquelle, mittels welcher Schallwellen abgebbar sind, und mehreren im Fahrzeug vorgesehenen und im Abstand zueinander angeordneten Schallsensoren, mittels welchen von der Schallquelle abgegebene Schallwellen erfassbar und diese charakterisierende Messignale erzeugbar sind.
Die DE 10 2018 010 275 A1 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen wenigstens eines Fahrwerkbauteils, welches in einem Fahrzeug eingebaut und mit einer Fahrzeugkomponente verbunden ist, mittels welcher in das Fahrzeug ein Anregungssignal eingeleitet wird, welches das Fahrwerkbauteil und/oder eine das Fahrwerkbauteil umfassende Bauteilgruppe zu einer mechanischen Schwingung anregt, wobei ein die mechanische Schwingung charakterisierendes Antwortsignal gemessen wird und dieses analysiert wird, wodurch wenigstens ein das Schwingungsverhalten des Fahrwerkbauteils und/oder der Bauteilgruppe charakterisierender Antwortwert bestimmt wird, der mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen dem wenigstens einen Antwortwert und dem wenigstens einen Referenzwert den Verschleißzustand und/oder die Funktionsfähigkeit des Fahrwerkbauteils charakterisiert.
Die DE 10 2009 059 136 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug, mit zumindest einem an dem Bauteil angeordneten Sensor zur Erfassung von Körperschallwellen und/oder transversalen Schallwellen und mit einer mit dem wenigstens einen Sensor kommunizierend verbundenen Auswerteeinrichtung zur Auswertung der vom Sensor empfangenen Signale, wobei der zumindest eine Sensor energieautark betrieben ist, das heißt seinen eigenen Energiebedarf aus seinem Umfeld erzeugt.
Eine Detektion von fehlerhaften/verschlissenen Bauteilen im Fahrzeug ist nur bei bestimmten Bauteilen möglich. Beispielsweise kann der Zustand der Bremsbeläge oder ein Öl-/Kühlwasserverbrauch angezeigt werden. Weitere auftretende Schäden werden meistens nur vom Nutzer/Fahrzeugführer über eine anormale Geräuschkulisse wahrgenommen. Es gibt Ansätze, auftretende Störgeräusche bei noch nicht ausgelieferten Fahrzeugen festzustellen. Ebenso gibt es Ansätze zur Kategorisierung von Störgeräuschen.
Der Zustand von Bauteilen im Fahrzeug ändert sich über dessen Lebensdauer. Eine Degradation der Bauteile kann durch den Nutzer in der Regel nicht oder nur unzureichend festgestellt werden. Ein typisches Beispiel für eine solch unzureichende Feststellung ist, dass der Nutzer ungewöhnliche Schallquellen nicht zuordnen kann und bei einem Werkstattbesuch lediglich mitteilt: „Irgendetwas klappert“ oder „Manchmal tritt ein seltsames Geräusch auf“.
Ausgehend hiervor liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ungewöhnliche Schallquelle in einem Fahrzeug lokalisieren zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Messanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Die erfindungsgemäße Messanordnung, insbesondere zur Schadenserkennung in einem Fahrzeug, weist eine in dem oder in einem Fahrzeug vorgesehene Schallquelle, mittels welcher Schallwellen abgebbar sind, mehrere im Fahrzeug vorgesehene und im Abstand zueinander angeordnete Schallsensoren, mittels welchen von der Schallquelle abgegebene oder die von der Schallquelle abgegebenen Schallwellen erfassbar und diese Schallwellen charakterisierende Messignale erzeugbar sind, und eine mit den Schallsensoren verbundene Auswerteeinheit auf, mittels welcher durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmbar ist.
Mit mehreren im Abstand zueinander angeordneten Schallsensoren ist eine Ortung der Schallquelle möglich. Bevorzugt ist die Position der Schallquelle im Fahrzeug mittels der Auswerteeinheit durch oder mittels oder unter Verwendung oder Einsatz von Triangulation oder Lateration bestimmbar. Bevorzugt ist die Messanordnung, insbesondere zur Schadenserkennung, in dem oder einem Fahrzeug vorgesehen.
Die Laufzeit der Schallwellen von der Schallquelle bis zu einem der Schallsensoren ist insbesondere abhängig von der Entfernung der Schallquelle zu dem jeweiligen Schallsensor. Bevorzugt ist mittels der Auswerteeinheit eine Zeitverschiebung zwischen den Messsignalen ermittelbar. Vorzugsweise ist mittels der Auswerteeinheit die Position der Schallquelle im Fahrzeug, insbesondere zusätzlich, aus der Zeitverschiebung bestimmbar.
Die Schallquelle ist bevorzugt durch ein, insbesondere schadhaftes, Fahrzeugbauteil gebildet. Vorzugsweise ist die Schallquelle oder das Fahrzeugbauteil in einem Fahrwerk des Fahrzeugs vorgesehen oder eingebaut. Insbesondere ist das Fahrzeugbauteil ein Fahrwerkbauteil. Vorteilhaft sind mittels der Schallquelle oder des Fahrzeugbauteils Schallwellen in Form von Körperschall, insbesondere direkt oder indirekt, an das oder ein Fahrwerk des Fahrzeugs abgebbar. Bevorzugt ist mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrwerk bestimmbar.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die Schallsensoren in das oder ein Fahrwerk des Fahrzeugs eingebaut. Bevorzugt sind die Schallsensoren zur Erfassung von Körperschall geeignet ausgebildet. Dies ist z.B. sinnvoll, wenn die Schallquelle durch ein Fahrwerkbauteil gebildet ist, da andernfalls von diesem abgegebene Schallwellen zu stark gedämpft werden könnten und/oder eine Beschädigung desselben zu spät erkannt werden könnte.
Die Schallsensoren sind bevorzugt an definierten Orten im Fahrzeug und/oder im Fahrwerk angeordnet. Vorzugsweise weisen die Schallsensoren einen definierten Abstand zueinander auf. Die Anzahl der Schallsensoren beträgt z.B. zwei oder wenigstens zwei oder drei oder wenigstens drei. Insbesondere ist mit Hilfe der Schallsensoren ein dreidimensionaler Messraum aufspannbar und/oder ein Messvolumen definierbar. Sind die Schallsensoren im Fahrwerk vorgesehen, können auch lediglich zwei Schallsensoren genügen, da in der Realität die Anzahl der möglichen schadhaften Stellen begrenzt ist und eine zweidimensionale Karte der Schadensstelle ggf. ausreichen könnte (z.B. projizierte 2D-Karte aus den 3D-Stellen).
Bei den Schallsensoren handelt es sich z.B. um Mikrofone. Bevorzugt handelt es sich bei den Schallsensoren um Körperschallsensoren. Beispielsweise handelt es sich bei den Schallsensoren um Körperschallmikrofone oder Beschleunigungssensoren. Bevorzugt ist mit jedem Schallsensor die Intensität und/oder die Richtung oder Ausbreitungsrichtung von von ihm oder der von ihm empfangenen Schallwellen, insbesondere am Ort des jeweiligen Schallsensors, erfassbar. Beispielsweise umfasst jeder Schallsensor mehrere, vorzugsweise zwei oder drei, Beschleunigungssensoren, die insbesondere in unterschiedlichen Raumrichtungen orientiert sind. Bevorzugt umfasst jeder Schallsensor zwei oder drei orthogonal zueinander ausgerichtete und/oder orthogonal aufeinander stehende Beschleunigungssensoren.
Insbesondere ist die Laufzeit der Schallwellen von der Schallquelle bis zu einem der Schallsensoren, vorzugsweise zusätzlich, abhängig von der Schallgeschwindigkeit, mit welcher sich die Schallwellen von der Schallquelle zu dem jeweiligen Schallsensor ausbreiten. Die Schallgeschwindigkeit ist insbesondere abhängig von dem Medium, in welchem sich die Schallwellen ausbreiten. In der Luft erfolgt die Ausbreitung der Schallwellen bevorzugt in alle Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit. Dies ist im Fahrwerk in der Regel nicht der Fall, beispielsweise weil im Fahrwerk unterschiedliche Materialien verbaut sind, in denen sich Schallwellen unterschiedlich schnell ausbreiten.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Auswerteeinheit lernfähig. Insbesondere ist die Auswerteeinheit fähig, maschinell zu lernen. Beispielsweise verfügt die Auswerteinheit über künstliche Intelligenz. Bevorzugt umfasst die Auswerteinheit einen Prozessor und/oder einen Rechner, insbesondere einen Digitalrechner, der vorzugsweise derart programmiert ist, dass er und/oder die Auswerteeinheit über künstliche Intelligenz verfügt. Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit eine Speichereinheit und/oder ist mit einer Speichereinheit verbunden oder verbindbar. Der Rechner oder Digitalrechner umfasst insbesondere den oder einen Prozessor und/oder die oder eine Speichereinheit.
Gemäß einer Ausgestaltung sind von oder mittels der Auswerteeinheit, insbesondere vorgegebene, Referenz-Entfernungen von, insbesondere vorgegebenen, unterschiedlichen Referenz-Orten im Fahrwerk zu den Schallsensoren durch Auswertung von Messsignalen einlernbar, die von den Schallsensoren als Antwort auf, insbesondere vorgegebene, akustische Anregungen des Fahrwerks an den Referenz-Orten erzeugbar sind. Vorteilhaft sind die, insbesondere vorgegebenen, akustischen Anregungen des Fahrwerks an den Referenz-Orten stoßförmig oder Stoßanregungen. Die vorgenannte Antwort ist somit insbesondere eine Stoßantwort.
Bevorzugt werden verschiedene Referenz-Orte im Fahrwerk mit einem definierten, insbesondere akustischen, Impuls angeregt, um durch verschiedene Übertragungsfunktionen zu den Schallsensoren, beispielsweise durch unterschiedliche Materialien, die oder die jeweiligen Entfernungen einzulernen. Somit ist es möglich, der Auswerteeinheit die Lage der Sensoren im Fahrwerk anzulernen. Der Impuls ist insbesondere ein Stoß. Ein stoßförmiges Anregen wird z.B. auch als Klopfen bezeichnet.
Bevorzugt sind in der Auswerteeinheit Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen hinterlegt und/oder gespeichert, die, insbesondere vorgegebene, Referenz-Entfernungen von, insbesondere vorgegebenen, unterschiedlichen Referenz-Orten des Fahrwerks zu den Schallsensoren charakterisieren. Vorzugsweise sind die Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen durch Auswertung von Messsignalen ermittelt worden oder ermittelbar, die von den Schallsensoren als Antwort auf, insbesondere vorgegebene, akustische Anregungen des Fahrwerks an den Referenz-Orten erzeugt worden oder erzeugbar sind. Vorteilhaft sind die, insbesondere vorgegebenen, akustischen Anregungen des Fahrwerks an den Referenz-Orten stoßförmig oder Stoßanregungen. Die vorgenannte Antwort ist somit insbesondere eine Stoßantwort.
Die Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen charakterisieren bevorzugt die akustischen Eigenschaften der, insbesondere akustischen, Pfade zwischen den Referenz-Orten und den Schallsensoren. Diese Pfade werden z.B. auch als, insbesondere akustische, Referenz-Pfade bezeichnet. Die Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen können z.B. auch als, insbesondere akustische, Referenz-Pfad-Informationen bezeichnet werden.
Vorteilhaft ist mittels der Auswerteeinheit, insbesondere zusätzlich, unter Berücksichtigung der eingelernten Referenz-Entfernungen oder der Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmbar. Bevorzugt ist der Auswerteeinheit mittels der eingelernten Referenz-Entfernungen oder der Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen die Position der Schallsensoren im Fahrwerk anlernbar.
Das Einlernen der Referenz-Entfernungen und/oder das Ermitteln der Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen erfolgt bevorzugt bevor mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmt wird. Vorzugsweise ist das Einlernen der Referenz-Entfernungen und/oder das Ermitteln der Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen nur einmal für ein neues Fahrzeug erforderlich und ist dann für alle anderen Fahrzeuge gleicher Bauart verwendbar (Baumusterprinzip).
Gemäß einer Weiterbildung ist, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, von oder mittels der Auswerteeinheit wenigstens ein Referenz-Geräuschniveau einlernbar.
Bevorzugt sind in der Auswerteeinheit Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen hinterlegt und/oder gespeichert, die wenigstens ein Referenz-Geräuschniveau, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, charakterisieren. Vorzugsweise sind die Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen vorzugsweise durch Auswertung von Messsignalen ermittelt worden oder ermittelbar, die von den Schallsensoren, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, erzeugt worden oder erzeugbar sind.
Durch das eingelernte Referenz-Geräuschniveau und/oder die Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen ist es insbesondere möglich, eine ungewöhnliche Schallquelle zu erkennen, die z.B. durch ein schadhaftes Fahrzeugbauteil gebildet wird.
Vorteilhaft ist mittels der Auswerteeinheit unter Berücksichtigung des eingelernten Referenz-Geräuschniveaus und/oder unter Berücksichtigung der Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen die Schallquelle dem oder einem schadhaften Fahrzeugbauteil oder einer, insbesondere im Fahrzeug oder im Fahrwerk vorliegenden, Beschädigung zuordenbar.
Das Einlernen des Referenz-Geräuschniveaus und/oder das Ermitteln der Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen erfolgt bevorzugt bevor mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmt wird. Vorzugsweise ist das Einlernen des Referenz-Geräuschniveaus und/oder das Ermitteln der Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen nur einmal für ein neues Fahrzeug erforderlich und ist dann für alle anderen Fahrzeuge gleicher Bauart verwendbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist, insbesondere mittels eines, vorzugsweise globalen, Ortungssystems, der Ort des Fahrzeugs, insbesondere global, erfassbar. Bevorzugt sind, insbesondere der Auswerteeinheit zugängliche, Straßenkartendaten vorgesehen und/oder gespeichert und/oder hinterlegt, die Informationen über die Beschaffenheit von Fahrbahndecken von Straßen umfassen. Die Straßenkartendaten sind bevorzugt in der Auswerteeinheit und/oder in der oder einer mit der Auswerteeinheit verbundenen oder verbindbaren Speichereinheit und/oder in einer mit der Auswerteeinheit verbundenen oder verbindbaren Datenbank hinterlegt und/oder gespeichert.
Gemäß einer Weiterbildung sind, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, von oder mittels der Auswerteeinheit unterschiedliche Referenz-Geräuschniveaus einlernbar, die sich bei unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke ergeben.
Bevorzugt sind in der Auswerteeinheit Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen hinterlegt und/oder gespeichert, die unterschiedliche Referenz-Geräuschniveaus, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, charakterisieren. Vorzugsweise sind die Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen durch Auswertung von Messsignalen ermittelt worden oder ermittelbar, die von den Schallsensoren, insbesondere bei schadensfreiem Fahrzeug, bei unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke erzeugt worden oder erzeugbar sind.
Durch die unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveaus und/oder die Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen ist es insbesondere möglich, auch bei unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke eine ungewöhnliche Schallquelle zu erkennen, die z.B. durch ein schadhaftes Fahrzeugbauteil gebildet wird.
Die unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke können z.B. dadurch gegeben sein, dass die Fahrbahndecke glatt oder eben ist, dass die Fahrbahndecke Kopfsteinpflaster umfasst oder dass die Fahrbahndecke Schotter aufweist etc.
Vorteilhaft ist mittels der Auswerteeinheit unter Berücksichtigung der eingelernten unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveaus und/oder unter Berücksichtigung der Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen die Schallquelle dem oder einem, insbesondere schadhaften, Fahrzeugbauteil oder einer, insbesondere im Fahrzeug oder im Fahrwerk vorliegenden, Beschädigung zuordenbar.
Das Einlernen der unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveaus und/oder das Ermitteln der unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen erfolgt bevorzugt bevor mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmt wird. Vorzugsweise ist das Einlernen der unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveaus und/oder das Ermitteln der unterschiedlichen Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen nur einmal für ein neues Fahrzeug erforderlich und ist dann für alle anderen Fahrzeuge gleicher Bauart verwendbar.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann sich die Messanordnung, vorzugsweise in einem Neuzustand des Fahrzeugs, auf ein, insbesondere normales, schadensfreies Geräuschniveau anlernen. Beispielsweise ist dabei der Einsatz von künstlicher Intelligenz sowie die Nutzung einer Informationen über die Beschaffenheit von Fahrbahndecken von Straßen umfassenden Straßenkarte (Road Condition Monitoring Map) möglich, um Geräusche oder Messsignale einzulernen und/oder zu vergleichen, die durch unterschiedlich beschaffene Fahrbahndecken hervorgerufen werden. Hierbei können z.B. verschiedene Geräusche oder Messsignale für verschiedene Fahrbahndecken-Beschaffenheiten kategorisiert werden (wie z.B.: „gut auf Schotter“, „gut auf glatter Straße“ etc.). Ferner können Messsignalwert-Muster für schadhafte Fahrzeugbauteile angelegt werden (wie z.B.: „geschädigt auf Kopfsteinpflaster“ etc.).
Gemäß einer Ausgestaltung sind in der Auswerteeinheit Messsignalwert-Muster hinterlegt und/oder gespeichert, die wenigstens ein oder mehrere schadhafte Fahrzeugbauteile charakterisieren. Beispielsweise sind von oder mittels der Auswerteeinheit Messsignalwert-Muster einlernbar, die wenigstens ein oder mehrere schadhafte Fahrzeugbauteile charakterisieren. Bevorzugt umfassen die Messsignalwert-Muster, insbesondere jeweils, ein oder mehrere Muster-Messignalwerte.
Vorzugsweise sind für das wenigstens eine oder für jedes Fahrzeugbauteil unterschiedliche Datensätze an Messsignalwert-Mustern hinterlegt. Die unterschiedlichen Datensätze charakterisieren z.B. unterschiedliche Verschleißzustände des oder des jeweiligen Fahrzeugbauteils und/oder unterschiedliche Fahrbahndecken-Beschaffenheiten, durch welche das oder das jeweilige Fahrzeugbauteil zu akustischen Schwingungen angeregt worden oder anregbar ist.
Bevorzugt sind die Messsignalwert-Muster durch Auswertung von Messsignalen ermittelt worden oder ermittelbar, die von den Schallsensoren, insbesondere bei dem oder dem jeweiligen schadhaften Fahrzeugteil oder den schadhaften Fahrzeugteilen, vorzugsweise bei unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke und/oder bei unterschiedlichen Verschleißzuständen, erzeugt worden oder erzeugbar sind.
Das Ermitteln oder Einlernen der Messsignalwert-Muster erfolgt bevorzugt bevor mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug bestimmt wird. Vorzugsweise ist das Ermitteln oder Einlernen der Messsignalwert-Muster nur einmal für ein neues Fahrzeug erforderlich und ist dann für alle anderen Fahrzeuge gleicher Bauart verwendbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist mittels der Auswerteeinheit, insbesondere durch Auswertung der Messignale und/oder unter Berücksichtigung der Messsignalwert-Muster, ein schadhaftes Fahrzeugbauteil oder das oder das jeweilige schadhafte Fahrzeugbauteil identifizierbar und/oder lokalisierbar.
Gemäß einer Ausgestaltung sind in einer mit der Auswerteeinheit verbundenen oder verbindbaren Datenbank Störgeräusch-Messsignal-Informationen hinterlegt, die, insbesondere bekannte oder bestimmte, Defekte oder Schäden bei wenigstens einem oder mehreren, insbesondere bestimmten oder vorgegebenen, Fahrzeugbauteilen des Fahrzeugs charakterisieren. Die Datenbank ist z.B. in der Auswerteeinheit und/oder in der oder einer mit der Auswerteeinheit verbundenen oder verbindbaren Speichereinheit gespeichert und/oder hinterlegt. Bei den Störgeräusch-Messsignal-Informationen handelt es sich z.B. um die oder um einen Teil der Messsignalwert-Muster. Beispielsweise umfassen die Messsignalwert-Muster die Störgeräusch-Messsignal-Informationen und/oder die Störgeräusch-Messsignal-Informationen umfassen die Messsignalwert-Muster.
Gemäß einer Weiterbildung ist mittels der Auswerteeinheit, insbesondere durch Auswertung der Messignale und/oder unter Berücksichtigung der Störgeräusch-Messsignal-Informationen, ein schadhaftes Fahrzeugbauteil oder das oder das jeweilige schadhafte Fahrzeugbauteil identifizierbar und/oder lokalisierbar.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann mittels der Auswerteeinheit ein Zugriff auf eine Datenbank mit verschiedenen typischen Störgeräuschen zum Vergleich möglich auftretender Störgeräusche erfolgen. Die Datenbank kann z.B. nach Geräuscharten oder aber nach typischen Geräuschen bei Defekten an bestimmten Fahrzeugbauteilen strukturiert sein (z.B. ein pulsierendes Geräusch als Hinweis auf ein defektes Radlager). Es können ebenfalls weitere Daten herangezogen werden wie z.B. der Lenkeinschlag. Beispiel: oszillierendes Geräusch bei Lenkeinschlag und Querbelastung.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist es möglich, zum Erfassen der Schallwellen und/oder zur, insbesondere groben, Bestimmung der Position der Schallquelle bereits im Fahrzeug verbaute Sensoren zu nutzen, wie z.B. einen Klopfsensor und/oder einen ESP-Sensor. Hierdurch kann ggf. der Aufwand zur Realisierung der Messanordnung reduziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung sind in der Auswerteeinheit oder in der oder einer mit der Auswerteeinheit verbundenen oder verbindbaren Speichereinheit Bauteilinformationen hinterlegt und/oder gespeichert, welche Identität und Position mehrerer Fahrzeugbauteile des Fahrzeugs charakterisieren. Bevorzugt ist mittels der Auswerteeinheit, insbesondere unter Berücksichtigung der oder einer mittels der Auswerteeinheit bestimmten Position der Schallquelle, durch Zugriff auf die Bauteilinformationen eines der Fahrzeugbauteile als Schallquelle identifizierbar.
Im Stand der Technik wird z.B. versucht, den Verschleißzustand von Fahrwerken durch den Verschließ von Kugelzapfen von im Fahrwerk eingebauten Kugelgelenken zu ermitteln. Dies kann z.B. mit Beschleunigungssensoren und/oder oder Höhenstandsensoren erfolgen. Hydrolager oder Gummilager wurden dabei bislang aber kaum beachtet, obwohl sie in der Regel früher ausfallen als Kugelzapfen von Kugelgelenken. Bei einem Fahrwerklenker oder bei einer Spurstange etc. hängt der Kugelzapfen üblicherweise mit am Gummilager und wird bei verschlissenem Gummilager in der Regel ohnehin mit getauscht. Bei der Bestimmung des Verschleißzustands von Fahrwerken sollte der Fokus somit bei Gummilagern liegen, da diese früher ausfallen als Kugelgelenke.
In Tests wurde versucht, bei der Messung des Verschleißzustands eines im Fahrwerk eingebauten Gummilagers das Fahrwerk als Resonanzkörper zu nutzen. Allerdings wurden die Schallwellen durch das Gummilager stark gedämpft, sodass das von den Schallsensoren zu erfassende Signal sehr schwach war. Eine direkte Überwachung des Gummilagers mit integrierten Sensoren könnte Abhilfe schaffen, ist aber schwierig, da sie einvulkanisiert und angebunden werden müssen.
Während des Verschleißes eines Gummilagers tritt ein stetiger Steifigkeitsabfall auf und die Dämpfung wird herabgesetzt. Nimmt ein Schallsensor ungewöhnlich hohe Schallwellen aus der ungefederten Masse auf, kann dies als Indikator für ein verschlissenes Gummilager herangezogen werden. Durch eine Bandpassfilterung kann der Schallsensor dabei auf bestimmte Frequenzen eingestellt werden, sodass je nach Fahrzeug eine oder abwechselnd mehrere individuelle Frequenzbereiche überwacht werden können.
Insbesondere wird als Kenngröße für den Verschleiß die Dämpfung und/oder die Steifigkeit und/oder die Elastizität des Gummilagers genutzt, um den Zustand des Lagers beschreiben und/oder ableiten zu können. Diese Kenngröße wird z.B. durch die Fähigkeit beschrieben, Körperschall weitertransportieren zu können. Die Auswertung mit Hilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz und/oder durch Mittelwertbildung der auftretenden Frequenzen in einem bestimmten Bereich ist oder sind dabei eine mögliche Option der Weiterverarbeitung. Das Senden von Informationen über den Verschleißzustand an eine Daten-Cloud, beispielsweise um einen Flottenbetreiber zu informieren, wenn der Verschleißzustand erreicht wurde, ist ebenfalls möglich.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Auswerteinheit mehrere Bandpassfilter, denen die Messignale, insbesondere vor oder zu ihrer Auswertung, zuführbar sind, wobei die Bandpassfilter unterschiedlichen Fahrzeugbauteilen zugeordnet sind. Bevorzugt weisen unterschiedlichen Fahrzeugbauteilen zugeordnete Bandpassfilter unterschiedliche Durchlassbereiche auf.
Gemäß einer Weiterbildung ist, insbesondere entlang eines akustischen Pfads, zwischen den oder zwischen beiden oder zwischen zwei der Schallsensoren ein Gummilager angeordnet. Bevorzugt ist mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale wenigstens ein den Verschleißzustand des Gummilagers charakterisierender Wert bestimmbar. Dies ist möglich, da von der Schallquelle abgegebene Schallwellen, die, insbesondere entlang des akustischen Pfads, durch das Gummilager hindurch laufen, von einem der beiden Schallsensoren durch das Gummilager gedämpft und von dem anderen der beiden Schallsensoren nicht durch das Gummilager gedämpft empfangen werden. Das Gummilager ist z.B. ein einfaches oder trockenes Gummilager oder ein Hydrolager.
Befindet sich ein Sensor vor dem Gummilager und ein Sensor dahinter, kann z.B. auch mittels einer „Übertragungsfunktion“ eine Aussage über den Zustand des Gummilagers gemacht werden.
Insbesondere ist das Gummilager an einem ersten Fahrzeugbauteil vorgesehen, welches mittels des Gummilagers, vorzugsweise gelenkig, mit einem zweiten Fahrzeugbauteil verbunden ist. Bevorzugt ist ein erster der Schallsensoren an dem ersten Fahrzeugbauteil und ein zweiter der Schallsensoren an dem zweiten Fahrzeugbauteil vorgesehen. Vorzugsweise ist die oder eine Schallquelle an dem ersten oder an dem zweiten Fahrzeugbauteil oder an einem damit verbundenen Fahrzeugbauteil vorgesehen. Vorteilhaft ist der jeweilige oder zugehörige Schallsensor zwischen der Schallquelle und dem Gummilager vorgesehen. Das erste Fahrzeugbauteil ist bevorzugt ein Fahrwerkbauteil. Das zweite Fahrzeugbauteil ist vorzugsweise ein Fahrwerkbauteil.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der oder einer, insbesondere erfindungsgemäßen, Messanordnung, vorzugsweise zur Bestimmung der Position der Schallquelle im Fahrzeug oder Fahrwerk, wobei mittels der Auswerteeinheit durch Auswertung von von den Schallsensoren erzeugten Messsignalen oder der von den Schallsensoren erzeugten Messsignale die Position der Schallquelle im Fahrzeug oder Fahrwerk bestimmt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Messanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Fahrwerkbauteil, welches eine aus 1 ersichtliche Schallquelle bildet und
3 eine schematische Ansicht einer Messanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Aus 1 ist eine Messanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich, wobei die Messanordnung 1 eine in einem Fahrwerk 2 eines Fahrzeug vorgesehene Schallquelle 3, mittels welcher Schallwellen 4 und 5 abgegeben werden, mehrere im Fahrwerk 2 vorgesehene und im definierten Abstand a zueinander angeordnete Schallsensoren 6 und 7, mittels welchen die von der Schallquelle 3 abgegebenen Schallwellen 4 und 5 erfasst und diese charakterisierende Messignale S1 und S2 erzeugt werden, und eine mit den Schallsensoren 6 und 7 verbundene Auswerteeinheit 8 aufweist, mittels welcher durch Auswertung der von den Schallsensoren 6 und 7 erzeugten Messsignale S1 und S2 die Position P0 der Schallquelle 3 im Fahrwerk bestimmt wird. Die Position der Schallquelle 3 ist dabei z.B. in fahrwerkfesten Koordinaten x und y angebbar. Obwohl nur die beiden Schallsensoren 6 und 7 dargestellt sind, beträgt die Anzahl der Schallsensoren bevorzugt drei oder mehr.
Die Schallquelle 3 ist durch ein im Fahrwerk 2 eingebautes Fahrwerkbauteil 9 gebildet, welches beispielhaft als Kugelgelenk ausgebildet und schematisch in 2 gezeigt ist. Das Fahrwerkbauteil 9 ist verschlissen und führt daher im Betrieb des Fahrzeugs zu unerwünschten akustischen Schwingungen, beispielsweise weil die Gelenkkugel 10 des Kugelzapfens 11 gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse 12 zu viel Spiel hat. Die Anregung des Fahrwerkbauteils 9 zu den akustischen Schwingungen erfolgt z.B. durch Unebenheiten in der Fahrbahndecke einer Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt.
Die Auswerteeinheit 8 umfasst einen Digitalrechner 13 mit einem Prozessor 14 und einer Speichereinheit 15 sowie bevorzugt ein globales Ortungssystem 16, mittels welchem der Ort des Fahrzeugs erfassbar ist. Alternativ ist die Auswerteeinheit 8 z.B. mit einem bereits im Fahrzeug vorhandenen globalen Ortungssystem verbunden oder verbindbar.
In der Speichereinheit 15 sind Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen gespeichert, die Entfernungen oder Referenz-Entfernungen von unterschiedlichen Referenz-Orten P1 und P2 des Fahrwerks 2 zu den Schallsensoren 6 und 7 charakterisieren. Obwohl hier lediglich zwei Referenz-Orte angegeben sind, kann die Anzahl der Referenz-Orte auch größer als zwei sein. Die Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen wurden vorab durch Auswertung von Messsignalen ermittelt, die von den Schallsensoren als Antwort auf akustische Stoßanregungen des Fahrwerks an den Referenz-Orten P1 und P2 erzeugt worden sind. Die Referenz-Entfernungs-Messsignal-Informationen dienen insbesondere dazu, die akustischen Eigenschaften des Fahrwerks 2 entlang der Pfade zwischen den Referenz-Orten und den Schallsensoren zu beschreiben.
In einer mit der Auswerteeinheit 8 verbundenen Speichereinheit 17 sind Straßenkartendaten 18 gespeichert, die Informationen über die Beschaffenheit von Fahrbahndecken von Straßen umfassen. Ferner sind in der Auswerteeinheit 8 Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen gespeichert, die unterschiedliche Referenz-Geräuschniveaus bei schadensfreiem Fahrzeug charakterisieren. Die Referenz-Geräuschniveau-Messsignal-Informationen wurden vorab durch Auswertung von Messsignalen ermittelt, die von den Schallsensoren 6 und 7 bei schadensfreiem Fahrzeug und bei unterschiedlichen Fahrbahndecken-Beschaffenheiten erzeugt worden sind.
Durch die Referenz-Geräuschniveaus ist es der Auswerteinheit 8 insbesondere möglich, mittels der Schallsensoren 6 und 7 erfasste Schallwellen als gewöhnlich oder als ungewöhnlich zu klassifizieren. Dabei charakterisieren als gewöhnlich klassifizierte Schallwellen insbesondere den schadensfreien Zustand des Fahrzeugs.
In der Speichereinheit 15 der Auswerteeinheit 8 sind z.B. Messsignalwert-Muster gespeichert, die wenigstens ein schadhaftes Fahrzeugbauteil charakterisieren. In diesem Fall umfassen die Messsignalwert-Muster z.B. Daten oder Informationen, die das schadhafte Fahrwerkbauteil 9 charakterisieren. Ergänzend oder alternativ sind in einer mit der Auswerteeinheit 8 verbundenen Datenbank 19 Störgeräusch-Messsignal-Informationen 24 hinterlegt, die bestimmte Schäden bei vorgegebenen Fahrzeugbauteilen des Fahrzeugs charakterisieren.
Mittels der Auswerteeinheit 8 ist es insbesondere möglich, durch Auswertung der Messignale S1 und S2 das schadhafte Fahrzeugbauteil 9 zu lokalisieren und zu identifizieren.
Aus 3 ist eine Messanordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist an einem Ort P3 zwischen den Schallsensoren 6 und 7 ein Gummilager 20 angeordnet.
Das Gummilager 20 sitzt in einem Fahrwerklenker 21, an welchen über das Gummilager 20 ein Radträger 22 angelenkt ist. In diesem Fall sitzt der Schallsensor 6 im Radträger 22 und der Schallsensor 7 sitzt in einem Lenkerarm 23 des Fahrwerklenkers 21. Die Schallquelle 3 ist z.B. durch ein am Radträger 22 vorgesehenes Radlager gebildet. Mittels der Auswerteeinheit 8 wird durch Auswertung der von den Schallsensoren 6 und 7 erzeugten Messsignale S1 und S2 ein den Verschleißzustand des Gummilagers 20 charakterisierender Wert bestimmt. Dies ist möglich, da von der Schallquelle 3 abgegebene Schallwellen durch das Gummilager 20 hindurch laufen. Der Schallsensor 7 empfängt somit durch das Gummilager 20 gedämpfte Schallwellen, wohingegen der Schallsensoren 6 Schallwellen empfängt, die nicht durch das Gummilager 20 gedämpft sind.
Zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform wird insbesondere auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Messanordnung
2: Fahrwerk
3: Schallquelle
4: Schallwelle
5: Schallwelle
6: Schallsensor
7: Schallsensor
8: Auswerteeinheit
9: Fahrwerkbauteil / Kugelgelenk
10: Gelenkkugel
11: Kugelzapfen
12: Kugelgelenkgehäuse
13: Digitalrechner
14: Prozessor
15: Speichereinheit
16: Ortungssystem
17: Speichereinheit
18: Straßenkartendaten
19: Datenbank
20: Gummilager
21: Fahrwerklenker
22: Radträger
23: Lenkerarm
24: Störgeräusch-Messsignal-Informationen
a: Abstand zwischen den Schallsensoren
P0: Position der Schallquelle
P1: Referenz-Ort
P2: Referenz-Ort
P3: Ort des Gummilagers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018010275 A1 [0002]
DE 102009059136 A1 [0003]

Claims

Messanordnung mit einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Schallquelle (3), mittels welcher Schallwellen (4, 5) abgebbar sind, und mehreren im Fahrzeug vorgesehenen und im Abstand (a) zueinander angeordneten Schallsensoren (6, 7), mittels welchen von der Schallquelle (3) abgegebene Schallwellen (4, 5) erfassbar und diese charakterisierende Messignale (S1, S2) erzeugbar sind, gekennzeichnet durch eine mit den Schallsensoren (6, 7) verbundene Auswerteeinheit (8), mittels welcher durch Auswertung von von den Schallsensoren (6, 7) erzeugten Messsignalen (S1, S2) die Position der Schallquelle (3) im Fahrzeug bestimmbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit die Position der Schallquelle (3) im Fahrzeug unter Einsatz von Triangulation bestimmbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit eine Zeitverschiebung zwischen den Messsignalen (S1, S2) ermittelbar und daraus die Position der Schallquelle (3) im Fahrzeug bestimmbar ist.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsensoren (6, 7) in ein Fahrwerk (2) des Fahrzeugs eingebaut und zur Erfassung von Körperschall geeignet ausgebildet sind.
Messanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schallquelle (3) Schallwellen (6, 7) in Form von Körperschall an das Fahrwerk (2) des Fahrzeugs abgebbar sind.
Messanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle (3) durch ein im Fahrwerk (2) des Fahrzeugs vorgesehenes Fahrzeugbauteil (9) gebildet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (8) Referenz-Entfernungen von unterschiedlichen Referenz-Orten (P1, P2) im Fahrwerk (2) zu den Schallsensoren (6, 7) durch Auswertung von Messsignalen einlernbar sind, die von den Schallsensoren (6, 7) als Antwort auf akustische Stoßanregungen des Fahrwerks (2) an den Referenz-Orten (P1, P2) erzeugbar sind.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei schadensfreiem Fahrzeug von der Auswerteeinheit (8) wenigstens ein Referenz-Geräuschniveau einlernbar ist.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Ortungssystems (16) der Ort des Fahrzeugs erfassbar ist, Straßenkartendaten (18) vorgesehen sind, die der Auswerteeinheit (8) zugänglich sind und Informationen über die Beschaffenheit von Fahrbahndecken von Straßen umfassen, und von der Auswerteeinheit (8) unterschiedliche Referenz-Geräuschniveaus einlernbar sind, die sich bei unterschiedlichen Beschaffenheiten der Fahrbahndecke ergeben.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) Messsignalwert-Muster gespeichert sind, die wenigstens ein schadhaftes Fahrzeugbauteil (9) charakterisieren.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer mit der Auswerteeinheit (8) verbundenen oder verbindbaren Datenbank (19) Störgeräusch-Messsignal-Informationen (24) hinterlegt sind, die bestimmte Schäden bei vorgegebenen Fahrzeugbauteilen des Fahrzeugs charakterisieren.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (8) durch Auswertung der Messignale (S1, S2) ein schadhaftes Fahrzeugbauteil (9) lokalisierbar und identifizierbar ist.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) Bauteilinformationen gespeichert sind, welche Identität und Position mehrerer Fahrzeugbauteile des Fahrzeugs charakterisieren, wobei mittels der Auswerteeinheit (8) durch Zugriff auf die Bauteilinformationen eines der Fahrzeugbauteile (9) als Schallquelle (3) identifizierbar ist.
Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines akustischen Pfads zwischen zwei der Schallsensoren (6, 7) ein Gummilager (20) angeordnet ist, wobei mittels der Auswerteeinheit (8) durch Auswertung von von den Schallsensoren (6, 7) erzeugten Messsignalen (S1, S2) wenigstens ein den Verschleißzustand des Gummilagers (20) charakterisierender Wert bestimmbar ist.