DE102023200663A1

DE102023200663A1 - Method for determining the condition of a moving component in a vehicle

Info

Publication number: DE102023200663A1
Application number: DE102023200663.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Zäch
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2023-01-27
Filing date: 2023-01-27
Publication date: 2024-08-01
Also published as: WO2024156691A1

Abstract

Es wird im Betrieb des Fahrzeugs eine akustische Signatur des Fahrzeugs mit einem Mikrofon erstellt. Eine Fahrzeugsteuerung verfügt über Informationen zum Betriebszustand von Fahrzeugkomponenten und jeweils zugehörigen Referenzsignaturen. Eine Auswerteeinheit vergleicht die aktuelle akustische Signatur mit der passenden Referenzsignatur und ermittelt daraus den intakten oder fehlerhaften Zustand der beweglichen Komponente.When the vehicle is in operation, an acoustic signature of the vehicle is created using a microphone. A vehicle control system has information on the operating status of vehicle components and the associated reference signatures. An evaluation unit compares the current acoustic signature with the appropriate reference signature and uses this to determine whether the moving component is intact or faulty.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Zustands einer beweglichen Komponente in einem Fahrzeug, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the state of a movable component in a vehicle, as well as an arrangement for carrying out the method.

In Fahrzeugen, insbesondere in Schienenfahrzeugen, ist eine hohe Anzahl von beweglichen Komponenten unterschiedlicher Bauart und für unterschiedliche Aufgaben verbaut. Häufig tritt ein Schaden an einer beweglichen Komponente allmählich ein, d.h. er ist anfangs gering und nimmt im erst im Laufe der Zeit ein intolerables Ausmaß an, bei dem hohe Folgeschäden eintreten. Ein Beispiel für eine solche bewegliche Komponente ist ein Lager.Vehicles, especially rail vehicles, contain a large number of moving components of different designs and for different tasks. Damage to a moving component often occurs gradually, i.e. it is initially minor and only over time reaches an intolerable level, at which point major consequential damage occurs. An example of such a moving component is a bearing.

Ein Lagerschaden an einem Lüfter führt im Laufe der Zeit dazu, dass der Lüfter versagt und die dadurch gekühlte Komponente, beispielsweise ein Antriebsmotor, stillgelegt werden muss. Um derartige hohe Folgekosten zu vermeiden, wird versucht, den beginnenden Lagerschaden zu detektieren und ein defektes Lager zu tauschen, bevor der Lagerschaden zu einem Maschinenstillstand führt.Over time, a bearing failure on a fan will cause the fan to fail and the component it cools, such as a drive motor, to have to be shut down. In order to avoid such high follow-up costs, attempts are made to detect the incipient bearing damage and replace a defective bearing before the bearing damage leads to a machine downtime.

Es ist bekannt, einen derartigen Schaden mithilfe von Beschleunigungssensoren zu erkennen. Die durch den beginnenden Schaden veränderte Vibration des Lagers bzw. der beweglichen Komponente führt zu einem veränderten Beschleunigungsverhalten. Problematisch ist dabei, dass die Beschleunigungssensoren möglichst dicht am Lager verbaut sein müssen oder zumindest eine sehr steife Anbindung an das Lager haben müssen, damit die hochfrequenten Anteile der Lageranregung vom Sensor gemessen werden können. Ferner wird die Erkennung einer Beschleunigungsänderung schwierig, wenn der Einbauort des Lagers stark mit Beschleunigungen aus anderen Anregungen beaufschlagt ist. Derartige Störeinflüsse sind im Fahrbetrieb praktisch immer und mit hoher Intensität vorhanden. Da für jedes Lager ein separater Sensor benötigt wird, ist der apparative Aufwand in vielen Fällen hoch.It is known that this type of damage can be detected using acceleration sensors. The vibration of the bearing or the moving component, which is changed by the incipient damage, leads to a change in acceleration behavior. The problem here is that the acceleration sensors must be installed as close to the bearing as possible or at least have a very rigid connection to the bearing so that the high-frequency components of the bearing excitation can be measured by the sensor. Furthermore, detecting a change in acceleration becomes difficult if the installation location of the bearing is subject to strong accelerations from other excitations. Such interference is practically always present during driving and with high intensity. Since a separate sensor is required for each bearing, the equipment required is often high.

Ferner ist bekannt, dass ein Schaden an einem Lager in der Regel hörbar ist, also akustisch erfasst werden kann; Gleiches gilt in der Regel auch für andere bewegliche Komponenten. Allerdings sind im Betrieb eines Fahrzeugs zahlreiche akustische Störsignale vorhanden, beispielsweise durch andere Komponenten im Fahrzeug oder durch externe Einflüsse (Geräusche aus der Umgebung außerhalb des Fahrzeugs), so dass die erforderliche Genauigkeit bei der Erkennung eines Schadens nicht erreicht wird.It is also known that damage to a bearing is usually audible, i.e. can be detected acoustically; the same usually applies to other moving components. However, there are numerous acoustic interference signals when a vehicle is in operation, for example from other components in the vehicle or from external influences (noise from the environment outside the vehicle), so that the required accuracy in detecting damage is not achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung des Zustands einer beweglichen Komponente bzw. zur Erkennung eines Schadens einer beweglichen Komponente in einem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention is based on the object of providing an improved method for determining the state of a movable component or for detecting damage to a movable component in a vehicle. A further object is to specify an arrangement for carrying out the method.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 10.These objects are achieved by a method having the features of patent claim 1 and by an arrangement according to patent claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Fahrzeug eine Fahrzeugsteuerung über Informationen über zu einem bestimmten Zeitpunkt in Betrieb befindliche (d.h. bewegte) bewegliche Komponenten und über potentielle Quellen von Störsignalen verfügt und dadurch bei einer akustischen Messung die Unsicherheit bei der Erkennung eines Schadens reduziert werden kann. Die Fahrzeugsteuerung, insbesondere ein Bordcomputer eines KFZ oder eine Fahrzeugsteuerung eines Schienenfahrzeugs verfügt über Informationen zum Betriebszustand der zu prüfenden beweglichen Komponente und zum Betriebszustand von weiteren Fahrzeugkomponenten, beispielsweise welche Komponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt in Betrieb sind und/oder mit welcher Drehzahl diese Komponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt betrieben werden.The invention is based on the finding that in a vehicle, a vehicle control system has information about moving components that are in operation (i.e. moving) at a certain point in time and about potential sources of interference signals, and that this can reduce the uncertainty in detecting damage during an acoustic measurement. The vehicle control system, in particular an on-board computer of a motor vehicle or a vehicle control system of a rail vehicle, has information about the operating state of the moving component to be tested and the operating state of other vehicle components, for example which components are in operation at a certain point in time and/or at which speed these components are operating at a certain point in time.

Das Verfahren sieht vor, eine akustische Signatur des Fahrzeugs im Betrieb zu erstellen und diese einer Auswerteeinheit zuzuführen. Unter einer akustischen Signatur wird ein über einen bestimmten Zeitraum erfasstes akustisches Signal, insbesondere nach geeigneter Signalbearbeitung (beispielsweise nach Umwandlung in eine Frequenzspektrum durch eine Fouriertransformation) verstanden. Die Auswerteeinheit verfügt über eine Information über den Betriebszustand der beweglichen Komponente und mindestens einer weiteren Komponente des Fahrzeugs, die sie von einer Fahrzeugsteuerung erhält. Die Auswerteeinheit verfügt ferner über eine Referenzsignatur des Fahrzeugs bei im wesentlichen gleichen Betriebszuständen bei einem intakten Zustand der beweglichen Komponente (passende Referenzsignatur). Anhand der akustischen Signatur des Fahrzeugs, der Information über den Betriebszustand der beweglichen Komponente und der weiteren Komponente und der Referenzsignatur ermittelt die Auswerteeinheit den Zustand der beweglichen Komponente im Fahrzeug, insbesondere kann ein fehlerhafter Zustand erkannt werden. Dazu vergleicht die Auswerteeinheit die akustische Signatur des Fahrzeugs mit der Referenzsignatur. Die genannten weiteren Informationen werden durch die Auswahl der passenden Referenzsignatur berücksichtigt.The method provides for creating an acoustic signature of the vehicle during operation and feeding this to an evaluation unit. An acoustic signature is understood to be an acoustic signal recorded over a certain period of time, in particular after suitable signal processing (for example after conversion into a frequency spectrum by means of a Fourier transformation). The evaluation unit has information about the operating state of the movable component and at least one other component of the vehicle, which it receives from a vehicle control system. The evaluation unit also has a reference signature of the vehicle in essentially the same operating states when the movable component is in an intact state (matching reference signature). Using the acoustic signature of the vehicle, the information about the operating state of the movable component and the other component, and the reference signature, the evaluation unit determines the state of the movable component in the vehicle, in particular a faulty state can be detected. To do this, the evaluation unit compares the acoustic signature of the vehicle with the reference signature. The additional information mentioned is provided by the selection of the appropriate reference signature is taken into account.

Der Begriff „akustische Signatur des Fahrzeugs“ bzw. „Referenzsignatur“ umfasst auch eine akustische Signatur, die nur einen Teil des Fahrzeugs widerspiegelt. Wesentlich ist, dass die zu vergleichenden Signaturen sich auf denselben Teil des Fahrzeugs beziehen.The term "acoustic signature of the vehicle" or "reference signature" also includes an acoustic signature that only reflects a part of the vehicle. It is important that the signatures to be compared refer to the same part of the vehicle.

In einer Ausführungsform ist die bewegliche Komponente ein Lager. Da dieses meist gleichförmig bewegt wird, beispielsweise rotiert, führt ein Fehler zu einer periodischen, gut erkennbaren Änderung der akustischen Signatur.In one embodiment, the moving component is a bearing. Since this is usually moved uniformly, for example rotates, a fault leads to a periodic, easily recognizable change in the acoustic signature.

Die Information über den Betriebszustand der beweglichen Komponente bzw. der weiteren Komponente kann eine qualitative Information sein, insbesondere angeben, ob die bewegliche Komponente bzw. die weitere Komponente in Betrieb oder außer Betrieb ist.The information about the operating state of the movable component or the further component can be qualitative information, in particular indicating whether the movable component or the further component is in operation or out of operation.

In einer anderen Ausführungsform enthält die Information über den Betriebszustand der beweglichen Komponente bzw. der weiteren Komponente auch quantitative Angaben, beispielsweise die Drehzahl, mit der die jeweilige Komponente aktuell betrieben wird.In another embodiment, the information about the operating state of the movable component or the further component also contains quantitative information, for example the speed at which the respective component is currently operated.

Der Vergleich der akustischen Signatur mit der Referenzsignatur kann als Ergebnis die Differenz der beiden Signaturen liefern, und/oder es kann eine Bewertung erfolgen, indem insbesondere eine Kategorie basierend auf vorgegebenen Schwellenwerten für die Abweichung zugewiesen wird.The comparison of the acoustic signature with the reference signature may result in the difference between the two signatures and/or an evaluation may be carried out, in particular by assigning a category based on predetermined threshold values for the deviation.

Vorzugsweise verfügt die Auswerteeinheit über eine Mehrzahl von Referenzsignaturen, die jeweils auf bestimmten Betriebszuständen von einer oder mehreren Komponenten beruhen. Für den Vergleich wird eine Referenzsignatur gewählt, die dem aktuellen Betriebszustand der mindestens einen weiteren Komponente und dem aktuellen Betriebszustand der beweglichen Komponente möglichst ähnlich und daher passend ist, vorzugsweise genau diesen Betriebszuständen entspricht.Preferably, the evaluation unit has a plurality of reference signatures, each of which is based on specific operating states of one or more components. For the comparison, a reference signature is selected that is as similar as possible to the current operating state of the at least one other component and the current operating state of the movable component and is therefore suitable, preferably corresponding exactly to these operating states.

Der Vergleich von akustischer Signatur und Referenzsignatur beinhaltet in der Regel ein probabilistisches Verfahren zur Zuordnung von Signaturanteilen zu Komponenten und führt damit zu einer Wahrscheinlichkeitsaussage über den Zustand der beweglichen Komponente. Wenn die akustische Signatur ein Frequenzspektrum ist, das mittels Fouriertransformation erhalten wurde, enthält dieses Spektrum in der Regel Signale aller Komponenten, die in Betrieb sind, insbesondere mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen. Es treten Peaks bei verschiedenen Frequenzen auf, die mithilfe der bekannten Drehzahlen den verschiedenen Komponenten zugeordnet werden können. Allerdings können mehrere Komponenten zu einem Peak beitragen, wenn sie eine ähnliche Drehzahl besitzen und Überlagerungen auftreten. Daher ist es vorteilhaft, das Verfahren für mehrere Zeitabschnitte mit gleichen oder unterschiedlichen Betriebszuständen (sogenannte Diagnoseabschnitte) von Komponenten durchzuführen. Es wird für jeden Zeitabschnitt (Diagnoseabschnitt) eine akustische Signatur des Fahrzeugs erstellt, und die akustische Signatur wird mit einer jeweils passenden Referenzsignatur (d.h. mit ausreichend ähnlichen Betriebszuständen) verglichen. Nach mehreren Diagnoseabschnitten werden die Vergleichsergebnisse aggregiert und daraus abgeleitete Daten erstellt, aus denen der intakte oder fehlerhafte Zustand der beweglichen Komponente mit ausreichender Genauigkeit ermittelt wird. Aus einem derartigen Vergleich kann auch ein Trend der Unterschiede zwischen Referenzsignaturen und gemessenen Signaturen ermittelt werden, der auf einen Fehler hinweist, auch wenn dieser aus einzelnen Abweichungen noch schwer erkennbar ist. Ferner können dadurch Störungen aus der Umgebung (Rauschen) eliminiert werden.The comparison of acoustic signature and reference signature usually includes a probabilistic method for assigning signature components to components and thus leads to a probabilistic statement about the state of the moving component. If the acoustic signature is a frequency spectrum obtained by means of Fourier transformation, this spectrum usually contains signals from all components that are in operation, in particular those running at different speeds. Peaks occur at different frequencies, which can be assigned to the various components using the known speeds. However, several components can contribute to a peak if they have a similar speed and overlaps occur. It is therefore advantageous to carry out the method for several time periods with the same or different operating states (so-called diagnostic periods) of components. An acoustic signature of the vehicle is created for each time period (diagnostic period), and the acoustic signature is compared with a suitable reference signature (i.e. with sufficiently similar operating states). After several diagnostic stages, the comparison results are aggregated and derived data is created from which the intact or faulty state of the moving component is determined with sufficient accuracy. From such a comparison, a trend of the differences between reference signatures and measured signatures can also be determined, which indicates a fault, even if it is still difficult to detect from individual deviations. Furthermore, interference from the environment (noise) can be eliminated.

Die jeweiligen Referenzsignaturen können vorab in einem Testbetrieb ermittelt werden, wobei vorteilhaft ist, wenn störende Einflüsse aus der Fahrzeugumgebung weitgehend vermieden werden.The respective reference signatures can be determined in advance in a test operation, whereby it is advantageous if disruptive influences from the vehicle environment are largely avoided.

Es ist auch möglich, die Referenzsignaturen durch einen selbstlernenden Prozess zu erstellen. Es kann beispielsweise der Fahrbetrieb während der ersten 100 km nach Herstellung oder Instandsetzung des Fahrzeugs dafür verwendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass dann das Fahrzeug mit allen Komponenten in einem weitgehend fehlerfreien Zustand ist, so dass die unterschiedlichen Betriebszustände, die im normalen Fahrbetrieb auftreten, für die Erstellung der Referenzsignaturen für diese Betriebszustände verwendet werden können.It is also possible to create the reference signatures through a self-learning process. For example, driving during the first 100 km after the vehicle has been manufactured or repaired can be used for this purpose. It is assumed that the vehicle and all components are then in a largely fault-free condition, so that the different operating states that occur during normal driving can be used to create the reference signatures for these operating states.

Für die Messung der akustischen Signale werden vorzugsweise die Mikrofone eingesetzt, die auch für die Messung im späteren Verfahren verwendet werden.To measure the acoustic signals, the microphones that are also used for the measurement in the later procedure are preferably used.

Es ist vorteilhaft, wenn akustische Signaturen oder Signale des Fahrzeugs zur gleichen Zeit an unterschiedlichen Orten erfasst werden, also zwei oder mehr Mikrofone an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden. Dadurch können Signale aufgrund des Ortes getrennt werden. Je nach Anbringung der Mikrofone können Innen- und Außengeräusche (aus der Umgebung des Fahrzeugs) getrennt werden, und/oder es können Geräusche bestimmten Komponentengruppen, beispielsweise in einem bestimmten Maschinenraum, zugeordnet werden und entsprechende akustische Signaturen erstellt werden.It is advantageous if acoustic signatures or signals from the vehicle are recorded at different locations at the same time, i.e. two or more microphones are used at different locations. This allows signals to be separated based on location. Depending on the placement of the microphones, interior and exterior noise (from the vehicle's surroundings) can be separated and/or noise can be assigned to specific groups of components, for example in a specific engine room and corresponding acoustic signatures are created.

Zusätzlich können Streckendaten verwendet werden, da auch diese die akustische Signatur des Fahrzeugs beeinflussen (beispielsweise Streckenführung durch Tunnels, Zustand der Schienen, Topologie). Wenn die Fahrzeugsteuerung auf Daten zum Schienenzustand der aktuell befahrenen Strecke zugreifen kann, können akustische Signale, die durch den Schienenzustand verursacht werden, von der Auswerteeinheit beim Vergleich mit der Referenzsignatur berücksichtigt werden, ggf. kann eine entsprechende Referenzsignatur ausgewählt oder eine Referenzsignatur angepasst werden.In addition, route data can be used, as this also influences the acoustic signature of the vehicle (for example route through tunnels, condition of the rails, topology). If the vehicle control system can access data on the rail condition of the route currently being traveled, acoustic signals caused by the rail condition can be taken into account by the evaluation unit when comparing with the reference signature; if necessary, a corresponding reference signature can be selected or a reference signature can be adapted.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein oder mehrere Mikrofone vor, die mit der Auswerteinheit verbunden sind. Vorzugsweise sind sie in der Nähe der beweglichen Komponente angeordnet. Zur Eliminierung von Störgeräuschen, insbesondere aus der Umgebung des Fahrzeugs, ist es vorteilhaft, ein Mikrofon an einer Stelle anzubringen, an der solche Störgeräusche, aber wenig Fahrzeuggeräusche erfasst werden, beispielsweise im Führerhaus.The arrangement according to the invention for carrying out the method provides one or more microphones that are connected to the evaluation unit. They are preferably arranged near the moving component. To eliminate noise, particularly from the surroundings of the vehicle, it is advantageous to attach a microphone at a location where such noise is recorded but little vehicle noise is recorded, for example in the driver's cab.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

1 ein erste Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
2 Verfahrensschritte der ersten Ausführungsform
3 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
4 Verfahrensschritte der zweiten Ausführungsform

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. They show in a schematic representation:

1 a first embodiment of an arrangement for carrying out the method
2 Process steps of the first embodiment
3 a second embodiment of an arrangement for carrying out the method
4 Process steps of the second embodiment

1 zeigt schematisch einen Maschinenraum 1 eines Schienenfahrzeugs mit zwei Lüftern 2a, 2b, die jeweils einem Fahrmotor 3a, 3b zugeordnet sind. Diese Lüfter weisen Lager 20a, 20b als bewegliche Komponenten auf, so dass zugehörige (nicht dargestellte) Lüftungsräder den zugeordneten Fahrmotor 3a, 3b kühlen können. Als weitere Komponente 4 ist ein Klimaaggregat vorhanden. 1 shows a schematic of a machine room 1 of a rail vehicle with two fans 2a, 2b, each of which is assigned to a traction motor 3a, 3b. These fans have bearings 20a, 20b as movable components, so that associated ventilation wheels (not shown) can cool the associated traction motor 3a, 3b. An air conditioning unit is present as a further component 4.

Im Maschinenraum ist ein Mikrofon 5a installiert zur Aufnahme eines akustischen Signals. Im gezeigten Beispiel ist das Mikrofon 5a in der Nähe des ersten Lüfters 2a angeordnet und dadurch gut für die Überwachung des ersten Lagers 20a geeignet. Es erfasst aber auch andere akustische Signale, beispielweise durch den Betrieb des zweiten Lagers 20b oder durch den Betrieb des Klimaaggregats 4 verursachte Geräusche.A microphone 5a is installed in the machine room to record an acoustic signal. In the example shown, the microphone 5a is arranged near the first fan 2a and is therefore well suited for monitoring the first bearing 20a. However, it also records other acoustic signals, for example noises caused by the operation of the second bearing 20b or by the operation of the air conditioning unit 4.

Das erfasste akustische Signal wird an einen Fahrzeugrechner als Auswerteeinheit 6 übertragen. Die Auswerteeinheit 6 erstellt durch eine Fouriertransformation aus dem akustischen Signal eine akustische Signatur, es wird also aus einem über einen bestimmten Zeitabschnitt erfassten akustischen Signal das zugehörige Frequenzspektrum berechnet. In der Auswerteeinheit liegen Referenzsignaturen des Fahrzeugs für unterschiedliche Betriebszustände des ersten Lüfters 2a, des ersten Fahrmotors 3a, des zweiten Lüfters 2b, des zweiten Fahrmotors 3b und des Klimaaggregats 4 vor, wobei die Betriebszustände und damit die Referenzsignaturen durch Parameterwerte wie Drehzahl, Temperatur und weitere gekennzeichnet sind. Die Auswerteeinheit 6 ist mit einer Fahrzeugsteuerung 7 verbunden, die zu jedem Zeitpunkt Informationen über die Betriebszustände der Fahrzeugkomponenten hat. Insbesondere sind die aktuellen Drehzahlen des ersten und zweiten Lüfters und des ersten und zweiten Fahrmotors sowie die Betriebstemperatur des Klimaaggregats bekannt. Die Verbindung zwischen den Fahrzeugkomponenten (Lüfter, Fahrzeugmotoren, Klimaaggregat etc.) und der Fahrzeugsteuerung 7 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.The recorded acoustic signal is transmitted to a vehicle computer as an evaluation unit 6. The evaluation unit 6 creates an acoustic signature from the acoustic signal using a Fourier transformation, i.e. the associated frequency spectrum is calculated from an acoustic signal recorded over a certain period of time. The evaluation unit contains reference signatures of the vehicle for different operating states of the first fan 2a, the first drive motor 3a, the second fan 2b, the second drive motor 3b and the air conditioning unit 4, whereby the operating states and thus the reference signatures are characterized by parameter values such as speed, temperature and others. The evaluation unit 6 is connected to a vehicle control 7, which has information about the operating states of the vehicle components at all times. In particular, the current speeds of the first and second fans and the first and second drive motors as well as the operating temperature of the air conditioning unit are known. The connection between the vehicle components (fan, vehicle motors, air conditioning unit, etc.) and the vehicle control 7 are not shown for reasons of clarity.

2 zeigt die Verfahrensschritte gemäß der ersten Ausführungsform. In Schritt 30a wird mit dem Mikrofon 5a das akustische Signal des Fahrzeugs erfasst. Bedingt durch die räumliche Lage des Mikrofons wird das akustische Signal des ersten Lüfters 2a mit dem Lager 20a und des ersten Fahrmotors 3a erfasst, aber auch das abgeschwächte akustische Signal des zweiten Lüfters 2b mit Lager 20b und des zweiten Fahrmotors 3b sowie des Klimaaggregats 4. Das so erfasste akustische Signal wird an die Auswerteinheit 6 übertragen, die in Schritt 32 daraus die aktuelle Fahrzeugsignatur erstellt, beispielsweise in Form eines Frequenzspektrums. 2 shows the method steps according to the first embodiment. In step 30a, the acoustic signal of the vehicle is recorded using the microphone 5a. Due to the spatial position of the microphone, the acoustic signal of the first fan 2a with the bearing 20a and the first drive motor 3a is recorded, but also the weakened acoustic signal of the second fan 2b with bearing 20b and the second drive motor 3b as well as the air conditioning unit 4. The acoustic signal recorded in this way is transmitted to the evaluation unit 6, which in step 32 creates the current vehicle signature from it, for example in the form of a frequency spectrum.

In Schritt 33 überträgt die Fahrzeugsteuerung den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs an die Auswerteeinheit, wobei der Betriebszustand durch die Bewegungszustände der beiden Lager 20a, 20b, die Drehzahlen des ersten und zweiten Lüfters 2a, 2b, die Antriebsmomente des ersten und zweiten Fahrmotors 3a, 3b, Betriebsparameter des Klimaaggregats, Geschwindigkeit des Fahrzeugs und weitere Parameter gekennzeichnet ist. In Schritt 34 wählt die Auswerteeinheit 6 die diesem Betriebszustand des Fahrzeugs zugeordnete Referenzsignatur aus.In step 33, the vehicle control transmits the current operating state of the vehicle to the evaluation unit, the operating state being characterized by the movement states of the two bearings 20a, 20b, the speeds of the first and second fans 2a, 2b, the drive torques of the first and second drive motors 3a, 3b, operating parameters of the air conditioning unit, speed of the vehicle and other parameters. In step 34, the evaluation unit 6 selects the reference signature assigned to this operating state of the vehicle.

In Schritt 35 vergleicht die Auswerteinheit 6 die Referenzsignatur und die Fahrzeugsignatur und detektiert eventuelle Unterschiede (Schritt 38). Dabei kann eine Bewertung der Unterschiede erfolgen, beispielsweise kann eine Zuordnung zu Kategorien je nach Ausmaß der Unterschiede erfolgen. Bei Unterschieden unterhalb einer vorbestimmten Schwelle wird ein fehlerfreier Zustand des Lagers diagnostiziert. Bei Unterschieden oberhalb dieser Schwelle analysiert die Auswerteeinheit diese genauer, beispielsweise ermittelt sie, bei welcher Frequenz größere Abweichungen zwischen der Referenzsignatur und der Fahrzeugsignatur auftreten. Anhand der bekannten Betriebsparameter von Komponenten, insbesondere der Drehzahl des ersten und zweiten Lüfters und der zugehörigen Lager und Parametern des Klimaaggregats, kann in Schritt 39 eine probabilistische Zuordnung der Abweichung zu Komponenten vorgenommen werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob die Abweichung mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit auf das erste Lager 20a zurückzuführen ist.In step 35, the evaluation unit 6 compares the reference signature and the vehicle signature and detects any differences (step 38). In the process, the differences can be evaluated, for example, they can be assigned to categories depending on the extent of the differences. In the case of If the differences are below a predetermined threshold, a fault-free condition of the bearing is diagnosed. If there are differences above this threshold, the evaluation unit analyzes these in more detail, for example it determines at which frequency larger deviations occur between the reference signature and the vehicle signature. Based on the known operating parameters of components, in particular the speed of the first and second fans and the associated bearings and parameters of the air conditioning unit, a probabilistic assignment of the deviation to components can be made in step 39. In particular, it can be determined whether the deviation can be attributed to the first bearing 20a with a sufficiently high probability.

In Schritt 40 wird das Ergebnis ermittelt, ob das Lager 20a intakt oder defekt ist.In step 40, the result is determined whether the bearing 20a is intact or defective.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel mehrere Mikrofone verwendet werden und der Maschinenraum räumlich in einen ersten Maschinenraum 1a und in einen zweiten Maschinenraum 1b geteilt ist. Im ersten Maschinenraum befinden sich der erste Fahrmotor 3a, der erste Lüfter 2a mit dem ersten Lager 20a und das erste Mikrofon 5a, sowie das Klimaaggregat 4. Im zweiten Maschinenraum 1b befinden sich der zweite Fahrmotor 3b, der zweite Lüfter 2b mit dem zweiten Lager 20b und ein zweites Mikrofon 5b. 3 shows an embodiment in which, in contrast to the first embodiment, several microphones are used and the machine room is spatially divided into a first machine room 1a and a second machine room 1b. The first machine room contains the first traction motor 3a, the first fan 2a with the first bearing 20a and the first microphone 5a, as well as the air conditioning unit 4. The second traction motor 3b, the second fan 2b with the second bearing 20b and a second microphone 5b are located in the second machine room 1b.

In der Figur ist ferner ein räumlich getrenntes Führerhaus 1c schematisch dargestellt, in dem sich ein drittes Mikrofon 5c befindet.The figure also schematically shows a spatially separate driver's cab 1c in which a third microphone 5c is located.

Die drei Mikrofone erfassen das akustische Signal aus ihrer jeweiligen Umgebung und übertragen es an die Auswerteeinheit 6. Wie im ersten Ausführungsbeispiel verfügt die Fahrzeugsteuerung 7 über Informationen zu den Betriebszuständen der Komponenten, insbesondere sind die aktuellen Drehzahlen des ersten und zweiten Lüfters und des ersten und zweiten Fahrmotors sowie die Betriebstemperatur des Klimaaggregats und die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bekannt. Ferner verfügt die Fahrzeugsteuerung bzw. die Auswerteeinheit über Referenzsignaturen, die unterschiedlichen Betriebszuständen zugeordnet sind. Es liegen Referenzsignaturen des Fahrzeugs für unterschiedliche Betriebszustände des ersten Lüfters 2a, des ersten Fahrmotors 3a, des zweiten Lüfters 2b, des zweiten Fahrmotors 3b und des Klimaaggregats 4 vor, wobei die Betriebszustände und damit die Referenzsignaturen durch Parameterwerte wie Drehzahl, Temperatur und weitere gekennzeichnet sind. Dabei sind Referenzsignaturen unter anderem auch den Maschinenräumen zugeordnet, insbesondere gibt es Referenzsignaturen für die Gesamtheit der Komponenten im ersten Maschinenraum 1a und Referenzsignaturen für die Gesamtheit der Komponenten im zweiten Maschinenraum 1b. Die Verbindung zwischen den Fahrzeugkomponenten (Lüfter, Fahrzeugmotoren, Klimaaggregat etc.) und der Fahrzeugsteuerung 7 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.The three microphones record the acoustic signal from their respective environment and transmit it to the evaluation unit 6. As in the first embodiment, the vehicle control 7 has information on the operating states of the components, in particular the current speeds of the first and second fans and the first and second traction motors as well as the operating temperature of the air conditioning unit and the driving speed of the rail vehicle are known. Furthermore, the vehicle control or the evaluation unit has reference signatures that are assigned to different operating states. There are reference signatures of the vehicle for different operating states of the first fan 2a, the first traction motor 3a, the second fan 2b, the second traction motor 3b and the air conditioning unit 4, whereby the operating states and thus the reference signatures are characterized by parameter values such as speed, temperature and others. Reference signatures are also assigned to the machine rooms, among other things, in particular there are reference signatures for all of the components in the first machine room 1a and reference signatures for all of the components in the second machine room 1b. The connection between the vehicle components (fan, vehicle motors, air conditioning unit, etc.) and the vehicle control system 7 is not shown for reasons of clarity.

4 zeigt die Verfahrensschritte gemäß der zweiten Ausführungsform, bei der durch eine Erfassung und Auswertung von mehreren Zeitabschnitten (Diagnoseabschnitte) eine höhere Genauigkeit erzielt wird. Bei unterschiedlichen Diagnoseabschnitten kann zumindest für einen Betriebsparameter ein unterschiedlicher Wert vorliegen, mit anderen Worten ein unterschiedlicher Betriebszustand des Fahrzeugs. In der Regel gibt es aber auch Diagnoseabschnitte mit gleichen Parameterwerten, also gleichen Betriebszuständen. 4 shows the method steps according to the second embodiment, in which a higher level of accuracy is achieved by recording and evaluating several time periods (diagnosis periods). In different diagnosis periods, a different value can be present for at least one operating parameter, in other words a different operating state of the vehicle. However, there are usually also diagnosis periods with the same parameter values, i.e. the same operating states.

In den Schritten 30a, 30b, 30c werden jeweils mit dem Mikrofon 5a, bzw. 5b, bzw. 5c das akustische Signal des Fahrzeugs erfasst. Bedingt durch die unterschiedliche räumliche Lage der Mikrofone unterscheiden sich die erfassten Signale. Im akustischen Signal des Mikrofons 5a (Schritt 30a) dominiert das akustische Signal des ersten Lüfters 2a mit dem Lager 20a und des ersten Fahrmotors 3a, aber es wird auch das abgeschwächte akustische Signal des Klimaaggregats 4 erfasst, und schließlich auch das akustische Signal des zweiten Lüfters 2b mit Lager 20b und des zweiten Fahrmotors 3b, wobei dies durch die Trennung der Maschinenräume noch stärker abgeschwächt ist. Entsprechendes gilt für die akustischen Signale der anderen Mikrofone 5b, 5c. Dabei ist das dritte Mikrofon 5c so angeordnet, dass es sehr wenig Geräusche aus den Maschinenräumen empfängt, sondern akustische Signale aus der Umgebung des Fahrzeugs erfasst. Die drei erfassten akustische Signale werden an die Auswerteinheit 6 übertragen.In steps 30a, 30b, 30c, the acoustic signal of the vehicle is recorded using microphone 5a, 5b, and 5c, respectively. The recorded signals differ due to the different spatial positions of the microphones. In the acoustic signal of microphone 5a (step 30a), the acoustic signal of the first fan 2a with the bearing 20a and the first traction motor 3a dominates, but the weakened acoustic signal of the air conditioning unit 4 is also recorded, and finally the acoustic signal of the second fan 2b with bearing 20b and the second traction motor 3b, although this is further weakened by the separation of the machine rooms. The same applies to the acoustic signals of the other microphones 5b, 5c. The third microphone 5c is arranged in such a way that it receives very little noise from the machine rooms, but instead records acoustic signals from the surroundings of the vehicle. The three recorded acoustic signals are transmitted to the evaluation unit 6.

In Schritt 31 nimmt die Auswerteeinheit eine Auswertung der Signale vor, indem - vor oder nach eine Fouriertransformation - zunächst die Geräusche aus der Umgebung des Fahrzeugs eliminiert werden. Dies wird durch die getrennte Signalerfassung durch das dritte Mikrofon 5c ermöglicht. Analog kann anhand der Signale von erstem und zweitem Mikrofon eine Zuordnung zum ersten Maschinenraum und zum zweiten Maschinenraum erfolgen. In Schritt 32 werden demnach aktuelle Signaturen des Fahrzeugs in Form einer Signatur des ersten Maschinenraums und einer Signatur des zweiten Maschinenraums erstellt, die bereits um Geräusche aus der Fahrzeugumgebung bereinigt sind.In step 31, the evaluation unit evaluates the signals by first eliminating the noise from the vehicle's surroundings - before or after a Fourier transformation. This is made possible by the separate signal detection by the third microphone 5c. Analogously, the signals from the first and second microphones can be used to assign the signals to the first engine room and the second engine room. In step 32, current signatures of the vehicle are created in the form of a signature of the first engine room and a signature of the second engine room, which have already been cleaned of noise from the vehicle's surroundings.

In Schritt 33 übermittelt die Fahrzeugsteuerung den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs an die Auswerteeinheit, wobei der Betriebszustand durch die Bewegungszustände der beiden Lager 20a, 20b, die Drehzahlen des ersten und zweiten Lüfters 2a, 2b, die Antriebsmomente des ersten und zweiten Fahrmotors 3a, 3b, Betriebsparameter des Klimaaggregats, Geschwindigkeit des Fahrzeugs und durch weitere Parameter gekennzeichnet ist. In Schritt 34 wählt die Auswerteeinheit 6 die für den Vergleich passende Referenzsignatur aus, dabei wird neben dem passenden Betriebszustand des Fahrzeugs auch berücksichtigt, ob es sich um eine Referenzsignatur für den ersten Maschinenraum oder für den zweiten Maschinenraum handelt.In step 33, the vehicle control transmits the current operating state of the vehicle to the evaluation unit, whereby the operating state by the movement states of the two bearings 20a, 20b, the speeds of the first and second fans 2a, 2b, the drive torques of the first and second traction motors 3a, 3b, operating parameters of the air conditioning unit, speed of the vehicle and by other parameters. In step 34, the evaluation unit 6 selects the appropriate reference signature for the comparison, in addition to the appropriate operating state of the vehicle, it is also taken into account whether it is a reference signature for the first machine room or for the second machine room.

In Schritt 35 vergleicht die Auswerteinheit 6 die erstellte aktuelle Fahrzeugsignatur für den ersten Maschinenraum mit der zugehörigen ausgewählten Referenzsignatur. Vorzugsweise wird ein solcher Vergleich auch für den zweiten Maschinenraum durchgeführt. Das Ergebnis für diesen ersten Zeitabschnitt (Diagnoseabschnitt) wird in Schritt 36 gespeichert.
In einem nächsten Zeitabschnitt (Diagnoseabschnitt), bei dem in diesem Ausführungsbeispiel geänderte Betriebsparameter vorliegen, werden die Verfahrensschritte 30 - 36 erneut durchgeführt, wie in der 4 angedeutet. Das Ergebnis für diesen zweiten Zeitabschnitt wird ebenfalls gespeichert.In step 35, the evaluation unit 6 compares the current vehicle signature created for the first engine room with the associated selected reference signature. Preferably, such a comparison is also carried out for the second engine room. The result for this first time period (diagnosis period) is stored in step 36.
In a next time period (diagnosis period), in which changed operating parameters are present in this embodiment, the method steps 30 - 36 are carried out again, as in the 4 The result for this second time period is also saved.

Nach einer gewählten Anzahl von Diagnoseabschnitten werden die Ergebnisse aggregiert (Schritt 37), und es werden daraus abgeleitete Daten ermittelt. Insbesondere werden dafür die bleibenden Unterschiede zwischen aktuellen Fahrzeugsignaturen und zugehörigen Referenzsignaturen ermittelt (Schritt 38). Vorzugsweise erfolgt die Auswertung wie im ersten Ausführungsbeispiel auf Basis von Frequenzspektren.After a selected number of diagnostic sections, the results are aggregated (step 37) and data derived from them is determined. In particular, the remaining differences between current vehicle signatures and associated reference signatures are determined (step 38). Preferably, the evaluation is carried out on the basis of frequency spectra, as in the first embodiment.

Anhand der bekannten Betriebsparameter von Komponenten, insbesondere der Drehzahl des ersten und zweiten Lüfters und der zugehörigen Lager, kann in Schritt 39 eine probabilistische Zuordnung der Abweichung zu Komponenten vorgenommen werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob die Abweichung mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit auf das erste Lager zurückzuführen ist. Da bereits maschinenraumspezifische Signaturen der Auswertung zugrunde liegen, ist die Zuordnung zu einer bestimmten Komponente in dem entsprechenden Maschinenraum einfacher bzw. genauer möglich.Based on the known operating parameters of components, in particular the speed of the first and second fans and the associated bearings, a probabilistic assignment of the deviation to components can be made in step 39. In particular, it can be determined whether the deviation can be attributed to the first bearing with a sufficiently high probability. Since the evaluation is already based on machine room-specific signatures, the assignment to a specific component in the corresponding machine room is easier and more precise.

In Schritt 40 wird das Ergebnis ermittelt, ob das erste Lager 20a bzw. das zweite Lager 20b intakt oder defekt sind.In step 40, the result is determined as to whether the first bearing 20a or the second bearing 20b is intact or defective.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale und Aspekte der Erfindung können selbstverständlich miteinander in unterschiedlicher Weise kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden. Beispielsweise können mehrere Diagnoseabschnitte zur Verbesserung des Ergebnisses auch bei Verwendung nur eines Mikrofons eingesetzt werden. Mithilfe mehrerer Mikrofone können auch nur Außengeräusche eliminiert werden, und es kann eine derart bereinigte Fahrzeugsignatur erstellt werden, ohne dass dabei maschinenraumspezifische Fahrzeugsignaturen erstellt werden.The features and aspects of the invention described in the embodiments can of course be combined with one another in different ways. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or on their own. For example, several diagnostic sections can be used to improve the result even when using only one microphone. Using several microphones, only external noise can be eliminated and a vehicle signature cleaned up in this way can be created without creating engine room-specific vehicle signatures.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung haben den Vorteil, dass eine zuverlässige Überwachung einer beweglichen Komponente in einem Fahrzeug trotz der Störeinflüsse durch den Fahrbetrieb möglich ist. Das benötigte Mikrofon kann einfach und auch als Nachrüstung verbaut werden. Im Gegensatz zu Beschleunigungssensoren ist keine mechanisch steife Verbindung notwendig, und es kann nur ein Mikrofon für mehrere bewegliche Komponenten verwendet werden, wodurch Hardwarekosten eingespart werden. Die Überwachung kann automatisiert erfolgen.The method and arrangement according to the invention have the advantage that reliable monitoring of a moving component in a vehicle is possible despite the interference caused by driving. The required microphone can be installed easily and also as a retrofit. In contrast to acceleration sensors, no mechanically rigid connection is necessary and only one microphone can be used for several moving components, which saves hardware costs. Monitoring can be automated.

Claims

Method for determining the state of a movable component (20a, 20b) in a vehicle, in particular a rail vehicle, in which an acoustic signature of the vehicle is created during operation of the vehicle, in which the acoustic signature of the vehicle is fed to an evaluation unit (6), in which the evaluation unit (6) receives information about the current operating state of the movable component and at least one further component (20b, 20a, 4) of the vehicle and about a reference signature of the vehicle in essentially these operating states from a vehicle control, in which the evaluation unit (6) compares the acoustic signature of the vehicle with the reference signature for this operating state, and on the basis of the comparison and the information about the current operating state of the movable component and the at least one further component, determines an intact or a faulty state of the movable component (20a, 20b).

Method according to the preceding claim, characterized in that the movable component (20a, 20b) is a bearing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the information about the operating state of the at least one further component comprises its current rotational speed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (6) has route data which are used in determining the condition of the bearing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic signature and the reference signature represent frequency spectra which are determined by a Fourier transformation from the temporal course of an acoustic signal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out for several time periods with different operating states of the vehicle by comparing the acoustic signature of the vehicle with the associated reference signature for each of the time periods, determining derived data by aggregating the data, and determining the intact or faulty state of the bearing from the derived data.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference signature of the vehicle is determined, in particular learned, in a test operation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference signature of the vehicle is obtained/determined during operation of the vehicle in a self-learning process.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic signature of the vehicle is determined from several acoustic signals which are recorded at the same time at different locations on the vehicle.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic signature represents the acoustic signature of a part of the vehicle and the reference signature represents the reference signature of this part.

Arrangement with a microphone and an evaluation unit for carrying out the method according to one of the Claims 1 - 10 .

Rail vehicle with a microphone and an evaluation unit for carrying out the method according to one of the Claims 1 - 10 .