DE112012003873T5 - Systeme und Verfahren zur Diagnose von einem Motor zugeordneter Zusatzausrüstung - Google Patents

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Arijit Banerjee
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Abstract

Es sind Verfahren und Systeme für einen Motor (110) und zugeordnete Zusatzausrüstung (130, 140) vorgesehen. Eine Bedingung der Zusatzausrüstung (130, 140) kann auf Basis von Informationen, die von Signalen von einem Generator (120) bereitgestellt werden, der funktionell mit der Zusatzausrüstung (130, 140) verbunden ist, und/oder anderen mit dem Motor (110) assoziierten Signalen festgestellt werden. Verschiedene Abnutzungsgrade können auf Basis von unterscheidenden charakteristischen Eigenschaften in den Informationen unterschieden werden. Eine abgenutzte Komponente der Zusatzausrüstung (130, 140) kann so auf eine Weise identifiziert werden, die wartungsbedingte Verzögerungen reduziert.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen des Gegenstands betreffen Systeme und Verfahren zur Diagnose eines Motors und zugeordneter Zusatzausrüstung.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Motorkomponenten und zugeordnete Zusatzausrüstungskomponenten können während des Betriebs unterschiedlich abnutzen. Zum Beispiel kann ein Motorzylinder in einem Motor aufgrund einer abgenutzten Zündkerze fehlzuzünden beginnen. Ein Kühlerlüfter (Zusatzausrüstung) kann aufgrund eines Lüfterflügels mit Unwucht zu wackeln beginnen. Die Leistung eines Zugmotors (Zusatzausrüstung) kann aufgrund einer Stromkreisunterbrechung in einer Motorspulenwicklung beeinträchtigt werden.
  • Ein Ansatz zur Erkennung einer Motorabnutzung oder einer Zusatzausrüstungsabnutzung ist die Überwachung der Motordrehzahl. Diagnoseroutinen können überwachen, ob Komponenten der Motordrehzahl über einen Schwellenwert ansteigen, und Diagnosecodes oder andere Anzeichen erzeugen, die Wartung, ein Herabsetzen der Motorleistung, das Abstellen des Motors, das Herabsetzen der Zusatzausrüstungsleistung oder das Abstellen der Zusatzausrüstung anfordern.
  • Die Erfinder des Vorliegenden haben aber erkannt, dass die Analyse der Motordrehzahl oft nicht ausreicht, um ein Motorproblem oder ein Zusatzausrüstungsproblem eingehend zu bestimmen. Des Weiteren ist die Motordrehzahl oft von gewissen Typen von Zusatzausrüstung (z. B. von einem Generator (Lichtmaschine) betriebene Zusatzausrüstungen), die mit dem Motor verbunden sind, wie ein Kühlerlüfter oder ein Zugmotor, getrennt.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für eine Zusatzausrüstung offenbart, die elektrisch mit einem Generator gekoppelt ist, der funktionell mit einem Kolbenmotor verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet das Messen eines dem Generator zugeordneten GS-Zwischenkreisparameters während des Betriebs und die Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf Basis eines Frequenzinhalts des GS-Zwischenkreisparameters.
  • In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für eine Zusatzausrüstung, die funktionell mit einer rotierenden Welle eines Kolbenmotors verbunden ist, offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Messen der Drehzahl der rotierenden Welle des Kolbenmotors während des Betriebs und die Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf Basis eines Frequenzinhalts der Wellendrehzahl.
  • In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem offenbart. Das Fahrzeugsystem beinhaltet einen Generator, eine elektrisch mit dem Generator gekoppelte Zusatzausrüstung, einen GS-Zwischenkreissensor zum Messen eines mit dem Generator assoziierten GS-Zwischenkreisparameters während des Betriebs und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit beinhaltet Anweisungen, die zum Abtasten und zur Transformation des gemessenen GS-Zwischenkreisparameters, zum Identifizieren des Frequenzinhalts des GS-Zwischenkreisparameters und zur Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf der Basis des Frequenzinhalts des GS-Zwischenkreisparameters konfiguriert sind.
  • In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem offenbart. Das Fahrzeugsystem beinhaltet einen Kolbenmotor mit einer rotierenden Welle, eine funktionell mit der rotierenden Welle gekoppelte Zusatzausrüstung, einen Sensor zum Messen einer Drehzahl der rotierenden Welle im Verhältnis zur Zeit während des Betriebs und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit beinhaltet Anweisungen, die zum Abtasten und zur Transformation der gemessenen Drehzahl, zum Identifizieren des Frequenzinhalts der Drehzahl und zur Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf der Basis des Frequenzinhalts der Drehzahl konfiguriert sind.
  • In einer Ausführungsform wird ein Prüfsatz offenbart. Der Prüfsatz beinhaltet eine Steuereinheit, die zur Ermittlung einer Bedingung einer elektrisch mit einem Generator gekoppelten Zusatzausrüstung auf Basis eines Frequenzinhalts eines gemessenen GS-Zwischenkreisparameters, der mit dem Generator assoziiert ist, über Zeit funktionell ist.
  • In einer Ausführungsform wird ein Prüfsatz offenbart. Der Prüfsatz beinhaltet eine Steuereinheit, die zur Ermittlung einer Bedingung einer funktionell mit einer rotierenden Welle eines Kolbenmotors gekoppelten Zusatzausrüstung auf Basis eines Frequenzinhalts einer gemessenen Drehzahl der Welle über Zeit funktionell ist.
  • Diese Kurzdarstellung ist bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die hierin weiter beschrieben werden. Es ist weder vorgesehen, dass diese Kurzdarstellung Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert, noch ist vorgesehen, dass sie dazu verwendet wird, den Umfang des beanspruchten Gegenstands zu begrenzen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen begrenzt, die beliebige oder alle in einem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile lösen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung nichtbegrenzender Ausführungsformen in Bezug auf die angehängten Zeichnungen besser verstanden, wobei unten:
  • 1 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform eines Fahrzeugsystems (z. B. eines Lokomotivensystems) mit einem Motor und einem Generator (Lichtmaschine) ist, das hierin als ein Schienenfahrzeug abgebildet ist, das zum Betrieb auf einem Gleis über eine Vielzahl von Rädern konfiguriert ist,
  • 2 eine Veranschaulichtung einer beispielhaften Ausführungsform des Motors und des Generators von 1 ist, die funktionell mit verschiedenen Zusatzausrüstungen 140 und Zugmotoren verbunden sind,
  • 3 eine Veranschaulichung von beispielhaften Ausführungsformen davon ist, wie anhand eines zeitlich abgetasteten GS-Zwischenkreisparameters ein Frequenzinhalt erzeugt wird,
  • 4 eine Veranschaulichung ist, die beispielhafte Ausführungsformen von „gesundem” und „ungesundem” Frequenzinhalt zeigt,
  • 5 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon ist, wie Diagnoselogik in der Steuereinheit eine ungesunde Bedingung im Frequenzinhalt eines GS-Zwischenkreisparameters erkennen kann,
  • 6 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon ist, wie eine Abnutzung auf ein spezielles Zusatzsystems eingegrenzt wird, und
  • 7 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon ist, wie eine Diagose einer Zusatzausrüstungsbedingung unter Verwendung einer Reihe abgestimmter Bandpassfilter durchgeführt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen Systeme und Verfahren zur Diagnose von zu einem Motor gehörenden Zusatzausrüstungen. Prüfsätze zur Durchführung der Verfahren sind ebenfalls vorgesehen. Der Motor kann in ein Fahrzeug, wie z. B. ein Lokomotivensystem, eingebunden sein. Zu anderen geeigneten Fahrzeugtypen können Straßenfahrzeuge, geländegängige Fahrzeuge, Bergbaumaschinen, Flugzeuge und Wasserfahrzeuge zählen. Andere Ausführungsformen der Erfindung können auch für stationäre Motoren wie Windkraftanlagen oder Stromerzeuger verwendet werden. Der Motor kann ein Dieselmotor sein oder er kann einen anderen Kraftstoff oder eine andere Kraftstoffkombination verbrennen. Zu derartigen alternativen Kraftstoffen können Benzin, Kerosin, Biodiesel, Erdgas und Ethanol sowie Kombinationen der Vorangehenden zählen. Geeignete Motoren können Kompressionszündung und/oder Fremdzündung verwenden. Diese Fahrzeuge können einen Motor mit Komponenten beinhalten, die im Gebrauch abgenutzt werden.
  • Des Weiteren verwenden Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands Generatordaten wie gemessene elektrische Generatorparameter oder Generatordaten (z. B. ein abgeleitetes Drehmomentprofil), die von gemessenen elektrischen Generatorparametern und/oder Motorparametern (z. B. Drehzahl) abgeleitet sind, um Zusatzausrüstungsbedingungen festzustellen und zwischen Bedingungen und zugehörigen Motorkomponenten und Zusatzausrüstung zu unterscheiden.
  • Bei der Suche nach bestimmten Arten der Motorabnutzung kann ein Motor in eine(n) besondere(n) Betriebsbedingung, -zustand oder -modus versetzt werden. Zum Beispiel kann die Motordiagnose während einer Eigenlastbedingung im Rahmen eines Prüfvorgangs, einer Einstellungsbedingung für dynamisches Bremsen (db) oder einer stationären Betriebsbedingung erfolgen. Desgleichen kann bei der Suche nach bestimmten Arten der Zusatzausrüstungsabnutzung ein Zusatzsystem in eine(n) besondere(n) Betriebsbedingung, -zustand oder -modus versetzt werden. Die hierin besprochenen Diagnose- und Prognoseverfahren können für Trenddarstellung, Vergleich von Abweichungen zwischen Zylindern, Durchführung von Prüfvorgängen, Reparaturbestätigung und Hilfe bei der Reparatur verwendet werden. Alternativ können Generator- und/oder Motordaten abgetastet und analysiert werden, wenn der Motor während des normalen Betriebs eine(n) bestimmte(n) Betriebsbedingung oder -zustand ereicht.
  • 1 ist eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z. B. eines Lokomotivensystems), das hierin als ein Schienenfahrzeug 106 abgebildet ist, das zum Betrieb über eine Vielzahl von Rädern 108 auf einem Gleis 102 konfiguriert ist. Wie abgebildet, beinhaltet das Schienenfahrzeug 106 einen Motor 110, der funktionell mit einem Generator (Lichtmaschine) 120 verbunden ist. Das Schienenfahrzeug 106 beinhaltet auch funktionell mit dem Generator 120 verbundene Zugmotoren 130 zum Antreiben der Räder 108. Das Fahrzeug 106 beinhaltet des Weiteren verschiedene funktionell mit dem Generator 120 oder dem Motor 110 (z. B. der rotierfähigen Motorwelle 111, siehe 2) verbundene Zusatzsysteme oder -einrichtungen 140 zur Durchführung verschiedener Funktionen. Die Zugmotoren 130 sind in 1 zwar separat gekennzeichnet, sie werden hierin aber als eine Art von Zusatzausrüstung betrachtet.
  • Das Fahrzeug 106 beinhaltet ferner eine Steuereinheit 150 zur Steuerung verschiedener Komponenten, die mit dem Fahrzeugsystem 100 in Beziehung stehen. In einem Beispiel beinhaltet die Steuereinheit 150 ein Computersteuersystem. In einer Ausführungsform basiert das Computersteuersystem weitgehend auf Software und beinhaltet einen Prozessor wie den Prozessor 152, der zur Ausführung von computernutzbaren Anweisungen konfiguriert ist. Die Steuereinheit 150 kann mehrere Motorsteuergeräte (ECU) beinhalten und das Steuersystem kann auf jede der ECU verteilt sein. Die Steuereinheit 150 beinhaltet ferner computerlesbare Speichermedien wie den Speicher 154 einschließlich Anweisungen (z. B. vom Computer ausführbare Anweisungen) zur Ermöglichung der Bordüberwachung und -steuerung des Schienenfahrzeugbetriebs. Der Speicher 154 kann flüchtige und nichtflüchtige Speicher beinhalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsart kann die Steuereinheit hardwarebasiert sein und zur Durchführung der verschiedenen hierin beschriebenen Funktionen z. B. digitale Signalprozessoren (DSP) oder andere Hardwarelogikschaltungen verwenden.
  • Die Steuereinheit kann die Steuerung und das Management des Fahrzeugsystems 100 leiten. Die Steuereinheit kann ein Signal von einem Drehzahlsensor 160 des Motors oder von verschiedenen Generatorsensoren 170 empfangen, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu ermitteln, und verschiedene Motorstelleinrichtungen 162 entsprechend einstellen, um den Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Drehzahlsensor ein Aufnehmerrad mit mehreren Zähnen, das mit der Motorwelle 111 verbunden ist, und einen Reluktanzsensor, der erfasst, wenn ein Zahn des Geberrads am Reluktanzsensor vorbeiläuft. Zum Beispiel kann die Steuereinheit Signale empfangen, die verschiedene Generatorparameter von verschiedenen Generatorsensoren repräsentieren. Zu den Generatorparametern können eine GS-Zwischenkreisspannung, einen GS-Zwischenkreisstrom, eine Generatorfeldspannung, einen Generatorfeldstrom, eine Generatorausgangsspannung und einen Generatorausgangsstrom zählen. Andere Generatorparameter können gemäß verschiedenen Ausführungsformen ebenfalls möglich sein. Dementsprechend kann die Steuereinheit das Fahrzeugsystem durch Senden von Befehlen an verschiedene Komponenten wie Zugmotoren, Lichtmaschine, Zylinderventile, Drosselklappe usw. steuern. Signale von Generatorsensoren 170 können in einem oder mehreren Kabelbäumen zusammengebündelt werden, um den Platz im Fahrzeugsystem 100, der der Verkabelung und dem Schutz der Signalleitungen vor Abrieb und Vibrationen gewidmet ist, zu verkleinern.
  • Die Steuereinheit kann die elektronische On-Board-Diagnostik zur Aufnahme von charakteristischen Betriebseigenschaften des Motors beinhalten. Zu charakteristischen Betriebseigenschaften können beispielsweise Messungen von den Sensoren 160 und 170 zählen. In einer Ausführungsform können die charakteristischen Betriebseigenschaften in einem Datenbankspeicher 154 gespeichert werden. In einer Ausführungsform können aktuelle charakteristische Betriebseigenschaften mit vergangenen charakteristischen Betriebseigenschaften verglichen werden, um Leistungstrends des Motors und/oder der Zusatzausrüstung zu ermitteln.
  • Die Steuereinheit kann elektronische On-Board-Diagnostik zur Identifizierung und Aufzeichnung von potentieller Abnutzung und potentiellen Fehlern von Komponenten des Fahrzeugsystems 100 beinhalten. Zum Beispiel kann, wenn eine potentiell abgenutzte Komponente identifiziert wird, im Speicher 154 ein Diagnosecode gespeichert werden. In einer Ausgestaltung kann ein eindeutiger Diagnosecode jedem Abnutzungstyp entsprechen, der eventuell von der Steuereinheit identifiziert wird. Zum Beispiel kann ein erster Diagnosecode ein Problem mit Zylinder 1 des Motors anzeigen, ein zweiter Diagnosecode kann ein Problem mit Zylinder 2 des Motors anzeigen, ein dritter Diagnosecode kann ein Problem mit einem der Zusatzsysteme anzeigen usw.
  • Die Steuereinheit kann ferner mit der Anzeige 180, wie z. B. einer Diagnostikschnittstellenanzeige, verknüpft sein, die eine Benutzeroberfläche für das Lokomotivenbetriebspersonal und das Instandhaltungspersonal bereitstellt. Die Steuereinheit kann den Motor als Reaktion auf Bedienereingaben über Bedienereingabe-Bedienelemente 182 steuern, indem sie einen Befehl zur entsprechenden Einstellung verschiedener Motorstelleinrichtungen 162 sendet. Zu nichtbeschränkenden Beispielen von Benutzereingabe-Bedienelementen 182 können ein Drosselklappenbedienelement, ein Bremsenbedienelement, eine Tastatur und ein Leistungsschalter zählen. Des Weiteren können charakteristische Betriebseigenschaften des Motors und der Zusatzausrüstung, wie abgenutzten Komponenten entsprechende Diagnostikcodes, dem Bediener und/oder dem Instandhaltungspersonal über die Anzeige 180 gemeldet werden.
  • Das Fahrzeugsystem kann ein Kommunikationssystem 190 beinhalten, das mit der Steuereinheit verknüpft ist. In einer Ausführungsform kann das Kommunikationssystem 190 ein Funkgerät und eine Antenne zum Senden und Empfangen von Sprach- und Datennachrichten beinhalten. Zum Beispiel können Datenübertragungen zwischen dem Fahrzeugsystem und einer Steuerzentrale einer Bahngesellschaft, einer anderen Lokomotive, einem Satelliten und/oder einer gleisseitigen Vorrichtung wie einer Weiche erfolgen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit geografische Koordiaten des Fahrzeugsystems unter Verwendung von Daten von einem GPS-Empfänger schätzen. Die Steuereinheit kann, als weiteres Beispiel, charakteristische Betriebseigenschaften des Motors und/oder der Zusatzausrüstung über eine vom Kommunikationssystem 190 übertragene Nachricht an die Steuerzentrale übertragen. In einer Ausführungsform kann eine Nachricht vom Kommunikationssystem 190 an die Kommandozentrale übertragen werden, wenn eine abgenutzte Komponente des Motors oder der Zusatzausrüstung erkannt wird, und die Instandhaltung des Fahrzeugsystems kann geplant werden.
  • 2 ist eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform des Motors 110 und des Generators 120 von 1, die funktionell mit verschiedenen Zusatzausrüstungen 140 (141, 142, 143, 144) und Zugmotoren 130 verbunden sind.
  • Verschiedene mechanische Zusatzausrüstungen 144 können funktionell mit der rotierenden Motorwelle 111 gekoppelt sein und von ihr angetrieben werden. Andere Zusatzausrüstungen 140 werden durch einen Gleichrichter 210, der eine GS-Zwischenkreisspannung zum Betreiben von Reglern 230 erzeugt, vom Generator 120 angetrieben. Zu Beispielen für derartige Zusatzausrüstungen zählen ein Gebläse 141, ein Kompressor 142 und ein Kühlerlüfter 143. Die Traktionsmotoren 130 werden durch den Gleichrichter, der die GS-Zwischenkreisspannung zu einem Frequenzumrichter 220 erzeugt, vom Generator 120 angetrieben. Derartige Zusatzausrüstungen 140, Zugmotoren 130 und ihre Ausformungen sind in der Technik gut bekannt. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann der Generator 120 sogar einer oder mehrere Generatoren sein, wie z. B. ein Hauptgenerator zum Antreiben der Zugmotoren 130 und ein Zusatzgenerator zum Antreiben eines Teils der Zusatzausrüstung 140. Zu weiteren Beispielen für Zusatzausrüstungen zählen Turbolader, Pumpen, Motorkühlanlagen, Bremswiderstände und Energiespeichersysteme.
  • Der Drehzahlsensor 160 misst die Drehzahl der rotierenden Welle 111 des Motors während des Betriebs. Der GS-Zwischenkreissensor 171 ist ein Generatorsensor und kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen GS-Zwischenkreisspannung, GS-Zwischenkreisstrom oder beide messen. Der Feldsensor 172 ist ein Generatorsensor und kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen den Feldstrom des Generators, die Feldspannung des Generators oder beide messen. Gemäß gewissen Ausführungsformen sind Generatorsensoren 173 und 174 zum Messen von Ankerausgangsspannung bzw. -strom des Generators vorgesehen. Geeignete im Handel erhältliche Sensoren können auf Basis von anwendungsspezifischen Parametern gewählt werden.
  • Die Wechselstromausgabe des Generators 120, wieder Bezug nehmend auf 2, wird vom Dodengleichrichter 210 gleichgerichtet, um eine GS-Zwischenkreisspannung zu bilden, die über einen GS-Bus an verschiedene Zusatzsysteme oder -ausrüstungen angelegt wird. Die GS-Zwischenkreisspannung steuert einige Zusatzausrüstungen (z. B. Gebläse 141, Kompressor 142 und Kühlerlüfter 143) durch Leistungsregler 230 an. Die GS-Zwischenkreisspannung treibt die Zugmotoren 130 durch einen Frequenzumrichter 220 an.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die GS-Zwischenkreisspannung vom GS-Zwischenkreissensor 171 gemessen und von der Steuereinheit 150 analysiert, um eine Bedingung der Zusatzausrüstung auf Basis von Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisspannung festzustellen. Ein Fourier-Transformation-Prozess 310 oder ein Bandpassfilterprozess 320 kann zur Ermittlung des Frequenzinhalts der GS-Zwischenkreisspannung verwendet werden, wie in 3 gezeigt. Für Zusatzsysteme, die diskontinuierlich arbeiten, können Zeit-Frequenz-Analysemethoden wie Kurzzeit-Fourier-Transformation oder Wavelet-Transformation verwendet werden. Als Alternative kann der GS-Zwischenkreisstrom anstelle der GS-Zwischenkreisspannung gemessen und verwendet werden. Die Steuereinheit 150 ist konfiguriert, um eine oder mehrere Komponenten des Frequenzinhalts zu analysieren, auf ein spezielles Zusatzsystem einzugrenzen und die Bedingung des speziellen Zusatzsystems (z. B. bis hin zu einer speziellen Komponente des Zusatzsystems) festzustellen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Motor 110 zunächst auf eine(n) spezifizierte(n) Betriebsbedingung, -zustand oder -modus angesteuert werden, bevor die Diagnose an der Zusatzausrüstung durchgeführt wird.
  • Die Steuereinheit 150 tastet den GS-Zwischenkreisparameter über Zeit ab und führt einen Frequenzanalyseprozess an den GS-Zwischenkreisparameterdaten durch. Gemäß einer Ausführungsform ist die Frequenzanalyse ein Fourier-Transformation-Prozess 310 (z. B. ein Fast-Fourier-Transformation-(FFT)-Prozess). Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Frequenzanalyseprozess ein Bandpassfilterprozess 320. Der Frequenzanalyseprozess transformiert den GS-Zwischenkreisparameter des abgetasteten Zeitbereichs in Frequenzinhalt im Frequenzraum. Zu den verschiedenen Frequenzkomponenten des Frequenzinhalts können GS-Frequenzkomponenten (nullter Ordnung), Grundfrequenzkomponenten (erster Ordnung) und harmonische Frequenzkomponenten (zweiter Ordnung, halber Ordnung, dritter Ordnung usw.) zählen. Die Grundfrequenzen für jedes der angeschlossenen Zusatzsysteme könnten verschieden sein, je nach der Drehzahl/Betriebsart der Zusatzsysteme. Gemäß einer Ausführungsform gehören zum Fourier-Transformation-Prozess und zum Bandpassfilterprozess computerausführbare Anweisungen, die vom Prozessor 152 ausgeführt werden. Die Frequenztransformation kann an verarbeiteten/abgeleiteten Signalen wie z. B. Kilovoltampere (kVa) oder Kilowatt (kW), die das Produkt von Strom und Spannung sind, oder am Drehmoment, das kW/Frequenz des Signals ist, durchgeführt werden.
  • Der Motor kann eine Vielzahl von Zylindern haben, die in einer vorbestimmten Reihenfolge zünden, wobei jeder Zylinder während eines Viertakt- oder eines Zweitaktzyklus einmal zündet. Beispielsweise kann ein Vierzylinder-Viertaktmotor eine Zündfolge von 1-3-4-2 haben, wobei jeder Zylinder jeweils einmal in zwei Umdrehungen des Motors zündet. Die Zündfrequenz eines jeweiligen Zylinders ist daher die Hälfte der Umdrehungsfrequenz des Motors und die Zündfrequenz eines Zylinders ist die doppelte Umdrehungsfrequenz des Motors. Die Umdrehungsfrequenz des Motors kann als die erste Motorordnung beschrieben werden. Eine derartige Frequenzkomponente erster Ordnung kann im Frequenzinhalt des gemessenen Generatorparameters zu sehen sein. Die Zündfrequenz eines jeweiligen Zylinders eines Viertaktmotors kann als die halbe Motorordnung beschrieben werden, wobei die halbe Motorordnung eine Hälfte der Umdrehungsfrequenz des Motors ist. Eine derartige Frequenzkomponente halber Ordnung kann auch im Frequenzinhalt des gemessenen GS-Zwischenkreisparameters zu sehen sein. Desgleichen können verschiedene Zusatzsysteme (Lüfter, Pumpen, Kompressoren, Zugmotoren usw.) zyklische Komponenten haben, die auch Frequenzkomponenten erzeugen, die im GS-Zwischenkreisparameter erscheinen.
  • Ein Zwölfzylindermotor, als weiteres Beispiel für einen Viertaktmotor, kann eine Zündfolge von 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10, haben, wobei jeder Zylinder jeweils einmal in zwei Umdrehungen des Motors zündet. Die Zündfrequenz eines jeweiligen Zylinders ist daher die Hälfte der Umdrehungsfrequenz des Motors und die Zündfrequenz eines Zylinders ist das Sechsfache der Umdrehungsfrequenz des Motors. Als Beispiel für einen Zweitaktmotor kann ein Zwölfzylindermotor eine Zündfolge von 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10 haben, wobei jeder Zylinder pro Motorumdrehung einmal zündet. Die Zündfrequenz eines jeweiligen Zylinders ist daher die Umdrehungsfrequenz des Motors und die Zündfrequenz eines Zylinders ist das Zwölffache der Umdrehungsfrequenz des Motors. Diese Frequenzkomponenten können ebenfalls im Frequenzinhalt des gemessenen GS-Zwischenkreisparameter zu sehen sein.
  • Zum Beispiel kann der Motor ein Viertaktmotor sein, der mit 1050 U/min läuft. Die erste Motorordnung liegt daher bei 17,5 Hz und die halbe Motorordnung liegt bei 8,75 Hz. The GS-Zwischenkreisspannung kann bei sich während des Betriebs drehender Motorwelle 111 mit einer periodischen Frequenz variieren. Zum Beispiel kann zum Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisspannung eine Frequenzkomponente auf der Frequenz der ersten Motorordnung zählen. Das heißt, die Spitzengröße des Frequenzinhalts kann bei der Frequenzkomponente erster Ordnung auftreten. Die GS-Zwischenkreisspannung kann auch Frequenzinhalt auf anderen Harmonischen der Frequenz erster Ordnung, wie auf einer Frequenz zweiter Ordnung (das Zweifache der Motorfrequenz), einer Frequenz dritter Ordnung (das Dreifache der Motorfrequenz) usw. beinhalten. Desgleichen kann die GS-Zwischenkreisspannung Frequenzinhalt auf Frequenzen beinhalten, die kleiner als die Frequenz der ersten Ordnung sind, wie auf der Frequenz halber Ordnung (Hälfte der Motorfrequenz).
  • Für einen Motor oder ein Zusatzsystem, der bzw. das „gesund” ist und richtig funktioniert, kann der Frequenzinhalt des gemessenen GS-Zwischenkreisparameters eine spezielle gesunde Signatur haben. Abweichungen von einer derartigen gesunden Signatur können ein Problem am Motor oder dem Zusatzsystem andeuten. Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform eine Bedingung eines Zusatzsystems festgestellt werden, indem eine Größe und/oder Phase halber Ordnung des Frequenzinhalts analysiert wird.
  • 4 ist eine Veranschaulichung, die beispielhafte Ausführungsformen von „gesundem” und „ungesundem” Frequenzinhalt zeigt. Der Frequenzinhalt 410 des gesunden Zusatzsystems (d. h. eines Zusatzsystems, das richtig funktioniert) hat gemäß einer Ausführungsform drei Frequenzkomponenten absoluter und relativer Größenordnungen, wie in 4 gezeigt. Der Frequenzinhalt 420 des ungesunden Motors (d. h. eines Zusatzsystems, das aufgrund von Abnutzung oder einem Fehler nicht richtig funktioniert) hat drei Frequenzkomponenten an den gleichen Stellen wie im Frequenzinhalt 410 für den gesunden Motor. Gemäß einer Ausführungsform ist die Amplitude einer Frequenzkomponente 421 (z. B. einer Komponente halber Ordnung) aber verzerrt (z. B. Amplitude vergrößert) und die Amplitude einer weiteren Frequenzkomponente 423 (z. B. einer Komponente zweiter Ordnung) ist ebenfalls verzerrt (z. B. Amplitude abgeschwächt). Die verzerrten Frequenzkomponenten 421 und 423 im Frequenzinhalt 420 deuten ein ungesundes Zusatzsystem an. Des Weiteren können die jeweiligen charakteristischen Eigenschaften der verzerrten Frequenzkomponenten (z. B. Amplitude) relativ zu den anderen Frequenzkomponenten im Frequenzinhalt 420 des ungesunden Zusatzsystems einen speziellen Typ von Abnutzung oder Ausfall erkennen lassen. Auch kann die Phase der Komponente halber Ordnung in Bezug auf eine Referenzkomponente des Zusatzsystems zum Eingrenzen eines Problems auf eine spezifische Komponente des Zusatzsystems verwendet werden.
  • Die abgenutzten Komponenten können zu einem weniger effizienten Betrieb des Zusatzsystems führen. Des Weiteren kann die Bedingung der abgenutzten Komponenten die Abnutzung der Komponenten beschleunigen, was die Wahrscheinlichkeit eines Totalausfalls des Zusatzsystems und Ausfalls während des Betriebs vergrößern kann. Die Diagnose kann sowohl eine Abnutzungswarnung als auch eine Anzeige des Typs und/oder der Position der abgenutzten Zusatzsystemkomponente beinhalten.
  • 5 ist eine Veranschaulichung einer Ausführungsform davon, wie eine Diagnoselogik 510 in der Steuereinheit 150 eine ungesunde Bedingung im Frequenzinhalt eines GS-Zwischenkreisparameters erkennen kann. Zum Beispiel kann die Komponente 421 halber Ordnung von der Diagnoselogik 510 mit einem Schwellenniveau T verglichen werden. Wenn die Größe der Komponente 421 das Schwellenniveau T übersteigt, dann ermittelt die Diagnoselogik 510, dass eine Abnutzung in einem Zusatzsystem stattgefunden hat. Des Weiteren, wenn die Diagnoselogik 510 ermittelt, dass das Verhältnis der Komponente halber Ordnung zur Komponente erster Ordnung 422 ein zweites Schwellenniveau übersteigt und das Verhältnis der Komponente erster Ordnung zur Komponente zweiter Ordnung 423 ein drittes Schwellenniveau übersteigt, dann grenzt die Diagnoselogik 510 die Abnutzung auf eine spezielle Zusatzsystemkomponente ein. Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Diagnoselogik computerausführbare Anweisungen, die vom Prozessor 152 ausgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verhältnis einer Komponente halber Ordnung zu einer DS-Komponente oder Komponente nullter Ordnung ein Zusatzausrüstungsproblem andeuten. Des Weiteren kann das Schwellenniveau T von einer Betriebsbedingung der Zusatzausrüstung, wie z. B. Leistung, Drehzahl, Umgebungsbedingungen, Reparaturvorgeschichte usw., abhängen.
  • Zu Zusatzsystemabnutzungs- oder -ausfallarten, die festgestellt, unterschieden und eingegrenzt werden können, können z. B. ein Kühlerlüfter mit Unwucht, ein defekter Kompressor oder ein abgenutzter Zugmotor zählen. Wenn eine Abnutzung oder ein Fehler festgestellt worden ist, kann eine Maßnahme ergriffen werden. Zu derartigen Maßnahmen können z. B. die Bereitstellung eines Warnsignals an den Fahrzeugführer (z. B. über die Anzeige 180), die Einstellung eines Zusatzsystembetriebsparameters (z. B. Herabsetzen der Leistung des Zusatzsystems, Abstellen eines Teils des Zusatzsystems, Abstellen der kompletten Zusatzausrüstung), das Protokollieren einer Instandhaltungsmaßnahme und die Übertragung der festgestellten Bedingung an eine zentrale Stelle (z. B. über das Kommunikationssystem 190) zählen.
  • 6 ist eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon, wie eine Abnutzung auf ein spezielles Zusatzsystem eingegrenzt wird. Eine spezielle Frequenzkomponente des Frequenzinhalts aus dem FFT-Prozess oder dem Bandpassfilterprozess wird von einem Phasenregelschleifen-(PLL)-Prozess 610 der Steuereinheit 150 verfolgt (in Frequenz). Eine Frequenzkomponente kann sich aufgrund einer Änderung einer Betriebsbedingung (z. B. Kompressordrehzahl, Kühlerlüfterdrehzahl, Motordrehzahl usw.) bewegen. Gemäß einer Ausführungsform kann die/der Betriebsbedingung, -zustand oder -modus (z. B. Drehzahl) eines speziellen Zusatzsystems (z. B. des Kühlerlüfters 143) von der Steuereinheit 150 variiert werden. Wenn die spezielle Komponente entsprechend der/dem variierenden Betriebsbedingung, -zustand oder -modus des speziellen Zusatzsystems variiert (wie vom PLL-Prozess verfolgt), dann wird diese spezielle Frequenzkomponente mit diesem speziellen Zusatzsystem korreliert. Die Amplitude und/oder Phase der verfolgten Frequenzkomponente aus dem PLL-Prozess kann mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen werden, um das jeweilige Problem (z. B. spezielle abgenutzte Komponente) innerhalb des eingegrenzten Zusatzsystems festzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Frequenzkomponenten des Frequenzinhalts der GS-Zwischenkreisspannung (oder des GS-Zwischenkreisstroms) kontinuierlich verfolgt und mit der speziellen Zusatzausrüstung korreliert. Wenn eine spezielle Frequenzkomponente nicht mit einem speziellen Zusatzsystem korreliert, dann kann eine Bedingung, ein Zustand oder eine Betriebsbedingung des Motors 110 (z. B. Drehzahl) variiert werden, um zu ermitteln, ob die spezielle Frequenzkomponente mit dem Motor korreliert. Auf diese Weise kann zwischen Motorabnutzung und Zusatzausrüstungsabnutzung unterschieden werden. Gemäß einer Ausführungsform geben die verschiedenen Zusatzsysteme der Steuereinheit 150 Feedback (über Sensoranzeiger), so dass die Steuereinheit weiß, welche Bedingung welches Zusatzsystems variiert.
  • Infolgedessen können, wenn eine spezielle Frequenzkomponente plötzlich im Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisspannung erscheint, die hierin beschriebenen Methoden ferner eingesetzt werden, um die Frequenzkomponente auf den Motor oder die Zusatzausrüstung einzugrenzen. Wenn der Motor ausgeschlossen wird, dann können die hierin beschriebenen Methoden ferner zum Eingrenzen auf ein spezielles Zusatzsystem und letztendlich auf ein spezielles Problem an einem speziellen Zusatzsystem eingesetzt werden. Zum Beispiel wird ausgeschlossen, dass eine 12-Hz-Frequenzkomponente, die plötzlich im Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisspannung erscheint, dem Motor entspricht, indem die Motordrehzahl variiert wird. Betriebszustände des Kühlerlüfters 143, des Kompressors 142, des Gebläses 141 und des Zugmotors 130 werden nacheinander von der Steuereinheit 150 variiert, bis schließlich die 12-Hz-Komponente auf den Zugmotor 130 eingegrenzt wird. Die Amplitude der 12-Hz-Komponente wird dann mit mehreren Schwellenwerten verglichen und es wird ermittelt, dass wahrscheinlich bald ein Totalausfall des Zugmotors 130 stattfinden wird. Infolgedessen wird der Zugmotor 30 abgeschaltet.
  • Verschiedene mechanisch angetriebene Zusatzausrüstungen 144, wobei wieder auf 2 Bezug genommen wird, können funktionell mit der rotierenden Welle 111 des Motors 110 gekoppelt sein. Zu Beispielen für eine derartige mechanisch angetriebene Ausrüstung zählen Pumpen und Motorkühlsysteme. Gemäß einer Ausführungsform wird die Drehzahl der rotierenden Welle des Motors 110 (über den Drehzahlsensor 160) gemessen und die Steuereinheit 150 stellt eine Bedingung der Zusatzausrüstung auf Basis des Frequenzinhalts der Wellendrehzahl fest.
  • Wieder kann ein Fourier-Transformation-Prozess 310 oder ein Bandpassfilterprozess 320 verwendet werden, um den Frequenzinhalt der Wellendrehzahl zu ermitteln. Für Zusatzsysteme, die diskontinuierlich arbeiten, können Zeit-Frequenz-Analysemethoden wie Kurzzeit-Fourier-Transformation oder Wavelet-Transformation verwendet werden. Die Steuereinheit 150 ist konfiguriert, um eine oder mehrere Komponenten des Frequenzinhalts zu analysieren, auf ein spezielles Zusatzsystem, das mit der rotierenden Welle 111 gekoppelt ist, einzugrenzen und die Bedingung des speziellen Zusatzsystems (z. B. bis hin zu einer speziellen Komponente des Zusatzsystems) festzustellen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Motor 110 oder eine der Zusatzausrüstungen zunächst auf eine(n) spezifizierte(n) Betriebsbedingung, -zustand oder -modus angesteuert werden, bevor die Diagnose an der Zusatzausrüstung durchgeführt wird. Beispielsweise kann, wenn während der Diagnose eine vom Motor erzeugte Frequenz die gleiche wie ein von der Zusatzausrüstung erzeugte Frequenz ist oder ihr sehr ähnlich ist, dann die Betriebsart/-frequenz des Motors, der Zusatzausrüstung oder von beiden geändert werden, um eine Frequenztrennung zu ergeben. Diese Trennung kann während der Diagnosezeit durchgeführt werden.
  • Wieder ist 6 eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon, wie eine Abnutzung auf ein spezielles Zusatzsystem eingegrenzt wird. Eine spezielle Frequenzkomponente des Frequenzinhalts aus dem FFT-Prozess oder dem Bandpassfilterprozess wird von einem Phasenregelschleifen-(PLL)-Prozess 610 der Steuereinheit 150 verfolgt (in Frequenz). Gemäß einer Ausführungsform kann die/der Betriebsbedingung, -zustand oder -modus (z. B. Drehzahl) eines speziellen Zusatzsystems (z. B. einer Pumpe) von der Steuereinheit 150 variiert werden. Wenn die spezielle Frequenzkomponente entsprechend der/dem variierenden Betriebsbedingung, -zustand oder -modus des speziellen Zusatzsystems variiert (wie vom PLL-Prozess verfolgt), dann wird diese spezielle Frequenzkomponente mit diesem speziellen Zusatzsystem korreliert. Die Amplitude und/oder Phase der verfolgten Frequenzkomponente kann mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen werden, um das jeweilige Problem am eingegrenzten Zusatzsystem festzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Frequenzkomponenten des Frequenzinhalts der Wellendrehzahl kontinuierlich verfolgt und mit der speziellen Zusatzausrüstung, die mit der Welle 111 gekoppelt ist, korreliert. Gemäß einer Ausführungsform geben die verschiedenen Zusatzsysteme der Steuereinheit 150 Feedback, so dass die Steuereinheit weiß, welche Bedingung welches Zusatzsystems variiert. Infolgedessen können, wenn eine spezielle Frequenzkomponente plötzlich im Frequenzinhalt des Drehzahlsignals erscheint, die hierin beschriebenen Methoden eingesetzt werden, um die Frequenzkomponente auf die Zusatzausrüstung und letztendlich auf ein spezielles Problem an einem speziellen Zusatzsystem einzugrenzen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 150 funktionell, um eine abgenutzte Bedingung einer Zusatzausrüstung zu melden, z. B. über die Anzeige 180 und das Kommunikationssystem 190. Des Weiteren beinhaltet die Steuereinheit 150 gemäß einer Ausführungsform Anweisungen, die zum Einstellen eines Zusatzausrüstungsbetriebsparameters (z. B. Lüfterdrehzahl) auf der Basis der festgestellten Bedingung konfiguriert sind.
  • Eine Ausführungsform beinhaltet einen Prüfsatz, der eine Steuereinheit hat, die zum Ermitteln einer Bedingung von elektrisch mit einem Generator gekoppelter Zusatzausrüstung auf der Basis von Frequenzinhalt eines mit dem Generator assoziierten gemessenen GS-Zwischenkreisparameters über Zeit funktionell ist. Der Prüfsatz kann ferner einen Sensor zum Erfassen des mit dem Generator assoziierten GS-Zwischenkreisparameters (z. B. Spannung oder Strom) beinhalten. Die Steuereinheit ist ferner zum Datenaustausch mit dem Sensor funktionell, um den GS-Zwischenkreisparameter über Zeit abzutasten und den Frequenzinhalt des GS-Zwischenkreisparameters zu entnehmen.
  • Eine weitere Ausführungsform beinhaltet einen Prüfsatz mit einer Steuereinheit, die zum Ermitteln einer Bedingung von funktionell mit einer rotierenden Welle eines Kolbenmotors gekoppelter Zusatzausrüstung auf Basis des Frequenzinhalts einer gemessenen Drehzahl der Welle über Zeit funktionell ist. Der Prüfsatz kann des Weiteren einen Sensor zum Erfassen der Drehzahl der Welle aufweisen. Der Prüfsatz ist des Weiteren für den Datenaustausch mit dem Drehzahlsensor zum Abtasten der Drehzahl über Zeit und zum Entnehmen des Frequenzinhalts der Drehzahl funktionell.
  • Als Alternative kann anstelle der Anwendung eines PLL-Prozesses die GS-Zwischenkreisspannung (oder der GS-Zwischenkreisstrom) oder das Drehzahlsignal von einer Reihe von Bandpassfiltern in der Steuereinheit 150 verarbeitet werden, die jeweils auf eine spezielle Frequenz abgestimmt sind, die dem Betrieb unter speziellen Bedingungen entspricht. Quadratische Mittelwerte (QMW) der gefilterten Signale (oder eine andere Kombination, z. B. Durchschnitt, der gefilterten Signale) stellen eine Anzeige der Gesundheit der Zusatzkomponenten bereit (z. B. durch Vergleichen der QMW mit ermittelten Schwellenwerten). 7 ist eine Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform davon, wie eine Zusatzausrüstungsbedingung unter Verwendung einer Reihe abgestimmter Bandpassfilter 710 zusammen mit einem von der Steuereinheit bereitgestellten (z. B. in der Form von computerausführbaren Anweisungen) QMW-Prozess 720 und einem Vergleicherprozess 730 durchgeführt wird.
  • Wieder kann anstelle des Einsetzens eines PLL-Prozesses die GS-Zwischenkreisspannung oder das Drehzahlsignal vom FFT-Prozess oder dem Bandpassfilterprozess verarbeitet werden und Muster im Frequenzinhalt können von der Steuereinheit analysiert werden, um Fehlerarten oder die Abnutzung der Zusatzausrüstung zu ermitteln. Dadurch, dass die Betriebsgrundfrequenz des speziellen Zusatzsystems im Voraus bekannt ist, können verschiedene Harmonische im Frequenzinhalt mit spezieller Zusatzausrüstung korreliert werden. Zum Beipiel kann eine subharmonische Frequenz von 12 Hz mit einem Zusatzsystem korreliert werden, das bei einer Grundfrequenz von 24 Hz betrieben wird.
  • Sowohl der Frequenzinhalt des Drehzahlsignals als auch der Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisspannung (oder des GS-Zwischenkreisstroms) kann zur Feststellung einer Bedingung der Zusatzausrüstung verwendet werden. Die verschiedenen hierin beschriebenen Methoden können auf spezielle Weise, unter Verwendung der Drehzahl- und GS-Zwischenkreissignale, verwendet werden, um vom Motor zu unterscheiden, auf ein spezielles Zusatzsystem einzugrenzen und ferner auf eine spezielle Komponente des Zusatzsystems einzugrenzen.
  • Im Folgenden werden weitere Beispiele für hierin beschriebene Ausführungsformen von Systemen und Verfahren bereitgestellt. Die Beispiele veranschaulichen diverse Ansätze für die Diagnose von und Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten der Zusatzsystemabnutzung auf Basis des Frequenzinhalts von GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten.
  • In einer Ausführungsform kann ein abgenutztes Zusatzsystem auf Basis einer Frequenzinhaltsignatur erkannt werden, wie z. B. dass die Größe der Frequenzkomponente halber Ordnung größer als ein Schwellenwert halber Ordnung ist. In einer anderen Ausführungsform können die Größen des Frequenzinhalts über den Frequenzenbereich integriert werden und eine abgenutzte Komponente eines Zusatzsystems kann auf Basis dessen erkannt werden, dass die Integration größer als ein wesentlicher Schwellenwert ist.
  • Die Erkennung einer abgenutzten Komponente, wobei die anderen Komponenten des Zusatzsystems gesunder (oder weniger abgenutzt) sind, kann eine deutlichere Frequenzinhaltssignatur haben, als wenn mehrere Komponenten des Zusatzsystems abgenutzt sind. Zum Beispiel kann die Frequenzinhaltssignatur einer abgenutzten Komponente durch Vergleichen der Größe der Frequenzkomponente halber Ordnung mit einem Schwellenwert einer Größe halber Ordnung identifiziert werden. Mehrere abgenutzte Komponenten können aber eine andere Frequenzkomponentensignatur haben als eine einzelne abgenutzte Komponente. Des Weiteren kann die Position in der Reihenfolge des Betriebsablaufs von mehreren abgenutzten Komponenten die Frequenzinhaltssignatur ändern. Zum Beispiel können zwei abgenutzte Komponenten, die 180° außer Phase sind, eine andere Frequenzkomponentensignatur haben als zwei in der Reihenfolge des Betriebsablaufs aufeinanderfolgende abgenutzte Komponenten, und die hierin offenbarten Verfahren können daher eine oder mehrere abgenutzte Komponenten auf Basis verschiedener Änderungen der Frequenzinhaltssignatur identifizieren. Des Weiteren ist es möglicherweise von Nutzen, eine Frequenzinhaltssignatur eines gesunden Zusatzsystems zu erzeugen, indem der Frequenzinhalt bei verschiedenen Frequenzen und Betriebsbedingungen aufgezeichnet wird. In einer Ausführungsform kann der Frequenzinhalt eines Zusatzsystems mit der Frequenzinhaltssignatur eines gesunden Zusatzsystems verglichen werden. Anomalien, die nicht mit der Frequenzinhaltssignatur des gesunden Zusatzsystems oder einer anderen abgenutzten Zusatzsystemkomponente übereinstimmen, können zum Beispiel von der Steuereinheit identifiziert und gemeldet werden.
  • In einer Ausführungsform können die Zeitbereich-GS-Zwischenkreisdaten von einem Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die ein wenig größer als die Frequenz erster Ordnung ist, gefiltert werden. Zum Beispiel kann die Grenzfrequenz zehn oder zwanzig Prozent größer als die Frequenz erster Ordnung sein. In einer Ausführungsform kann die Grenzfrequenz daher von der Motordrehzahl bestimmt werden. Die GS-Zwischenkreisdaten können zeitlich bei einer Frequenz abgetastet werden, die so groß wie die Nyquist-Rate oder größer ist. In einer Ausführungsform kann das Zeitbereichssignal mit einer Frequenz abgetastet werden, die größer als das Doppelte der Frequenz erster Motorordnung (oder der Frequenz erster Zusatzsystemordnung) ist. In einer Ausgestaltung kann das Zeitbereichssignal mit einer Frequenz abgetastet werden, die größer als das Doppelte der Frequenz der roten Linie des Motors ist. Durch Tiefpassfiltern und Abtasten bei einer Frequenz, die so groß wie die Nyquist-Rate oder größer ist, kann der Frequenzanteil der GS-Zwischenkreisdaten daher nicht durch Aliasing verfälscht werden. Das Gleiche kann für Drehzahldaten des Motors gelten.
  • Wie hierin besprochen, können die abgetasteten GS-Zwischenkreisdaten (z. B. GS-Zwischenkreisspannung, GS-Zwischenkreisstrom) und/oder Motordrehzahldaten transformiert werden, um Frequenzbereich-Frequenzinhalt zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann eine Fast-Fourier-Transformation zum Erzeugen des Frequenzbereich-Frequenzinhalts verwendet werden. In einer Ausführungsform kann ein Korrelationsalgorithmus angewendet werden, um den Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten mit einer Signatur für eine Bedingung eines Zusatzsystems zu vergleichen. Zum Beispiel kann die Signatur für ein gesundes Zusatzsystem Frequenzinhalt auf der Frequenz erster Ordnung mit einer Größe unter einem Schwellenwert erster Ordnung und Frequenzinhalt auf der Frequenz halber Ordnung mit einer Größe unter einem Schwellenwert halber Ordnung beinhalten. Der Schwellenwert erster Ordnung kann einem Betriebszustand des Zusatzsystems entsprechen.
  • Zum Beispiel können die historischen Zusatzsystemdaten in einer Datenbank gespeichert werden, die Abtastwerte von Frequenzinhalt vom früheren Betrieb des Zusatzsystems beinhalten. So kann ein Trend im Frequenzinhalt erkannt werden und der Trend kann zur Ermittlung der Gesundheit des Zusatzsystems verwendet werden. Zum Beispiel kann eine zunehmende Größe bei der Komponente halber Ordnung für eine bestimmte Kühlerlüfterdrehzahl und -last anzeigen, dass ein Kühlerlüfter abgenutzt wird.
  • In einer Ausführungsform kann der Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten in einer Datenbank gespeichert werden, die historische Zusatzausrüstungsdaten beinhaltet. Zum Beispiel kann die Datenbank im Speicher 154 der Steuereinheit 150 gespeichert werden. Als weiteres Beispiel kann die Datenbank an einem vom Schienenfahrzeug 106 fernen Ort gespeichert werden. Zum Beispiel können historische Daten in eine Nachricht eingekapselt werden und mit dem Kommunikationssystem 190 übertragen werden. Auf diese Weise kann eine Kommandozentrale die Gesundheit der Zusatzausrüstung in Echtzeit überwachen. Zum Beispiel kann die Kommandozentrale Schritte zum Feststellen der Bedingung der Zusatzausrüstung mithilfe der mit dem Kommunikationssystem 190 übertragenen GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten durchführen. Zum Beispiel kann die Kommandozentrale GS-Zwischenkreisspannungsdaten vom Schienenfahrzeug 106 empfangen, die GS-Zwischenkreisspannungsdaten frequenztransformieren, einen Korrelationsalgorithmus auf die transformierten Daten anwenden und eine potentielle Abnutzung eines Zusatzsystems feststellen. Ferner kann die Kommandozentrale Instandhaltungsarbeiten ansetzen und gesunde Lokomotiven und Instandhaltungspersonal so einsetzen, dass Kapitelanlagen optimiert werden. Historische Daten können des Weiteren zur Beurteilung der Gesundheit der Zusatzausrüstung vor und nach einer Ausrüstungsinspektion, Ausrüstungsänderungen und Ausrüstungsbauteilauswechselungen verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform kann eine potentieller Störung dem Lokomotivenbetriebspersonal über die Anzeige 180 gemeldet werden. Wenn er benachrichtigt worden ist, kann der Fahrzeugführer den Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 einstellen, um das Potential für eine weitere Abnutzung der Zusatzausrüstung zu reduzieren. In einer Ausführungsform kann eine Nachricht, die eine potentielle Störung anzeigt, mit dem Kommunikationssystem 190 zu einer Kommandozentrale übertragen werden. Ferner kann der Schweregrad der potentiellen Störung gemeldet werden. Zum Beispiel kann die Diagnose einer Störung auf der Basis von Frequenzinhalt von GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten es ermöglichen, dass eine Störung früher erkannt wird, als wenn die Störung nur mit durchschnittlichen Zusatzsysteminformationen bestimmt wird. Daher kann das Zusatzsystem möglicherweise weiter betrieben werden, wenn eine potentielle Störung in der Frühphase der Abnutzung festgestellt wird. Im Gegensatz dazu kann es erwünscht sein, das Zusatzsystem abzustellen oder eine unverzügliche Instandhaltung anzusetzen, wenn festgestellt wird, dass eine potentielle Störung schwer ist. In einer Ausführungsform kann der Schweregrad einer potentiellen Störung gemäß einem Unterschied zwischen einem Schwellenwert und der Größe von einer oder mehreren Komponenten des Frequenzinhalts der GS-Zwischenkreis- und/oder Drehzahldaten ermittelt werden.
  • Durch Analysieren des Frequenzinhalts von GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten kann es möglich sein, die Zusatzausrüstung während des Betriebs zu überwachen und zu diagnostizieren. Des Weiteren kann der Betrieb eines Zusatzsystems mit einer abgenutzten Komponente eingestellt werden, um eine zusätzliche Abnutzung der Komponente potentiell zu reduzieren und die Wahrscheinlichkeit eines zusätzlichen Zusatzsystemfehlers und Fehlers im Betrieb potentiell zu reduzieren. Zum Beispiel kann eine Komponente halber Ordnung mit einem Schwellenwert halber Ordnung verglichen werden. In einer Ausführungsform kann die potentielle Störung eine erste abgenutzte Komponente sein, wenn die Größe der Komponente halber Ordnung größer als der Schwellenwert halber Ordnung ist. Wenn die Größe der Komponente halber Ordnung aber nicht größer als der Schwellenwert halber Ordnung ist, kann die potentielle Störung eine zweite abgenutzte Komponente sein.
  • In einer Ausführungsform kann die potentielle Störung dem Lokomotivenbetriebspersonal über die Anzeige 180 gemeldet werden und der Fahrzeugführer kann den Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 einstellen, um das Potenzial für eine weitere Abnutzung zu reduzieren. In einer Ausführungsform kann eine Nachricht, die die potentielle Störung diagnostiziert, mit dem Kommunikationssystem 190 zur Kommandozentrale übertragen werden.
  • In einem Beispiel kann die Frequenzkomponente halber Ordnung der GS-Zwischenkreis- und/oder Drehzahldaten für jede deaktivierte Komponente eines Zusatzsystems überwacht werden. Die Komponente kann abgenutzt sein, wenn die Frequenzkomponente halber Ordnung unter einen Schwellenwert halber Ordnung abfällt, während die Komponente deaktiviert ist. Die Komponente kann eine gesunde Komponente sein, wenn die Frequenzkomponente halber Ordnung über dem Schwellenwert halber Ordnung bleibt, während die Komponente deaktiviert ist. Das heißt, die abgenutzte Komponente kann die Komponente sein, die an der Frequenzkomponente halber Ordnung einen größeren Frequenzinhaltsbetrag beiträgt als andere Zusatzsystemkomponenten. In einer Ausführungsform kann die selektiv deaktivierende Diagnose durchgeführt werden, wenn das Zusatzsystem im Leerlauf oder mit leichter Teillast betrieben wird.
  • Möglicherweise ist es erwünschter, ein Zusatzsystem auszuschalten, als eine abgenutzte Komponente auf eine Weise ausfallen zu lassen, die am Zusatzsystem zusätzliche Schäden verursachen kann. In einer Ausführungsform kann ein Schwellenwert ermittelt werden, der anzeigt, dass der fortgesetzte Betrieb des Zusatzsystems unerwünscht sein könnte, weil die potentielle Störung schwer ist. Zum Beispiel kann die potentielle Störung als schwer beurteilt werden, wenn eine Größe der Frequenzkomponente halber Ordnung einen Schwellenwert übersteigt. Das Zusatzsystem kann abgestellt werden, wenn der Schweregrad der potentiellen Störung den Schwellenwert übersteigt.
  • Eine Anforderung zum Ansetzen einer Inspektion kann gesendet werden, z. B. mit einer über das Kommunikationssystem 190 gesendeten Nachricht. Des Weiteren kann durch Senden der potentiellen Störungsbedingung und des Schweregrads der potentiellen Störung die Ausfallzeit des Schienenfahrzeugs 106 reduziert werden. Zum Beispiel kann die Inspektion eines Schienenfahrzeugs 106 verschoben werden, wenn die potentielle Störung einen niedrigen Schweregrad hat. Die Ausfallzeit kann durch Herabsetzen des Zusatzsystems wie z. B. durch Einstellen eines Zusatzsystembetriebsparameters auf der Basis der festgestellten Bedingung weiter verringert werden. Es kann bestimmt werden, ob die Leistungsminderung des Zusatzsystems aktiviert wird. Zum Beispiel kann das Herabsetzen der Leistung des Zusatzsystems die Größe von einer oder mehreren Komponenten des Frequenzinhalts der GS-Zwischenkreisdaten verringern.
  • In einer Ausführungsform kann ein Prüfsatz zur Identifizierung von Frequenzinhalt der GS-Zwischenkreisdaten und/oder Motordrehzahldaten und zur Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf der Basis des Frequenzinhalts der Daten verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Prüfsatz eine Steuereinheit beinhalten, die zur Kommunikation mit einem oder mehreren GS-Zwischenkreissensoren und/oder Motordrehzahlsensoren funktionell ist und die zum Abtasten der zugehörigen Daten funktionell ist. Die Steuereinheit kann des Weiteren zur Transformation von Signalen von dem einen Sensor oder den mehreren Sensoren in einen Frequenzinhalt, der Frequenzinformationen der Zusatzausrüstung repräsentiert, funktionell sein. Die Steuereinheit kann des Weiteren zur Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung auf der Basis des Frequenzinhalts der Generatordaten von den Sensoren funktionell sein. Der Prüfsatz kann des Weiteren einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung von GS-Zwischenkreisparametern (z. B. GS-Zwischenkreisspannung) und/oder Motorparametern (z. B. Motordrehzahl) beinhalten.
  • In der Patentbeschreibung und den Ansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die die folgende Bedeutung haben. Die singulären Formen „ein” „eine” und „der/die/das” schließen die Mehrzahl ein, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig Anderes vorschreibt. Zur Modifikation einer quantitativen Darstellung, die zulässig variieren könnte, ohne zu einer Änderung der grundlegenden Funktion, auf die sie sich bezieht, zu führen, kann annähernde Sprache angewendet werden, wie sie hierin in der Beschreibung und den Ansprüchen durchgehend verwendet wird. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa” modifiziert wird, nicht auf den genauen angegebenen Wert zu begrenzen. In einigen Fällen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Wertes entsprechen. Desgleichen kann „frei” in Verbindung mit einem Begriff verwendet werden und kann eine unwesentliche Zahl oder Spuren davon beinhalten, während es noch als von dem modifizierten Begriff frei gilt. Des Weiteren, sofern nicht anders angegeben, bezeichnet die Verwendung der Begriffe „erste”, „zweite” usw. keine(n) Reihenfolge oder Bedeutungsgrad, sondern die Begriffe „erste”, „zweite” usw. werden zur Unterscheidung von Elementen untereinander verwendet.
  • Wie hierin verwendet, zeigen die Begriffe „können” und „möglicherweise sein” eine Möglichkeit des Auftretens innerhalb eines Umständesatzes an, den Besitz einer spezifischen Eigenschaft, Charakteristik oder Funktion und/oder qualifizieren ein anderes Verb, indem sie eine oder mehrere einer Fähigkeit, eines Vermögens oder einer Möglichkeit, die mit dem qualifizierten Verb assoziiert ist, ausdrücken. Dementsprechend zeigt die Benutzung von „können” oder „möglicherweise sein” einen modifizierten Begriff an, der für eine angezeigte Kapazität, Funktion oder Nutzung anscheinend angemessen, fähig oder geeignet ist, während berücksichtigt wird, dass der modifizierte Begriff in einigen Umständen manchmal nicht angemessen, fähig oder geeignet ist. Zum Beispiel kann in einigen Umständen ein Ereignis oder eine Kapazität erwartet werden, während unter anderen Umständen das Ereignis oder die Kapazität nicht stattfinden kann – diese Unterscheidung wird von den Begriffen „können” und „möglicherweise sein” erfasst. Die Begriffe „Generator” und „Lichtmaschine” werden hierin untereinander austauschbar verwendet (es wird aber anerkannt, dass je nach der Anwendung ein Begriff oder der andere mehr zutreffend sein kann). Die Begriffe „Frequenzinhalt” und „harmonischer Inhalt” werden untereinander austauschbar verwendet und können sich auf Grundfrequenz-(und/oder Phasen-)komponenten und assoziierte harmonische Frequenz-(und/oder Phasen-)komponenten ober- und unterhalb der Grundkomponenten beziehen. Der Begriff „Anweisungen”, wie hierin in Bezug auf die Steuereinheit oder den Prozessor verwendet, kann sich auf computerausführbare Anweisungen beziehen.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele für Artikel, Systeme und Verfahren, die den in den Ansprüchen genannten Elementen der Erfindung entsprechende Elemente haben. Diese schriftliche Beschreibung kann es dem Durchschnittsfachmann ermöglichen, Ausführungsformen mit alternativen Elementen herzustellen und zu verwenden, die den in den Ansprüchen genannten Elementen gleichermaßen entsprechen. Der Umfang der Erfindung beinhaltet daher Artikel, Systeme und Verfahren, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen und beinhaltet ferner andere Artikel, Systeme und Verfahren mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Sprache der Ansprüche. Hierin werden zwar nur gewisse Merkmale und Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben, einem Durchschnittsfachmann können aber viele Modifikationen und Änderungen einfallen. Die angehängten Ansprüche decken alle derartigen Modifikationen und Änderungen ab.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Fahrzeugsystem
    102
    Gleis
    106
    Schienenfahrzeug
    108
    Räder
    110
    Motor
    111
    Motorwelle
    120
    Generator (Lichtmaschine)
    130
    Zugmotor(en)
    140
    Zusatzsysteme
    141
    Gebläse
    142
    Kompressor
    143
    Kühlerlüfter
    144
    Mechanisch angetriebene Zusatzausrüstung
    150
    Steuereinheit
    152
    Prozessor
    154
    Speicher
    160
    Drehzahlsensor
    162
    Motorstelleinrichtungen
    170
    Generatorsensor(en)
    171
    GS-Zwischenkreissensor
    172
    Feldsensor
    173
    Generatorausgangsspannungsensor
    174
    Generatorausgangsstromsensor
    180
    Anzeige
    182
    Benutzereingabe-Bedienelemente
    190
    Kommunikationssystem
    210
    Gleichrichter
    220
    Frequenzumrichter
    230
    Leistungsregler
    310
    FFT-Prozess
    320
    Bandpassfilterprozess
    410
    Frequenzinhalt eines gesunden Zusatzsystems
    420
    Frequenzinhalt eines abgenutzten Zusatzsystems
    421
    Frequenzkomponente
    422
    Frequenzkomponente
    423
    Frequenzkomponente
    510
    Diagnoselogik
    610
    PLL-Prozess
    710
    Reihe abgestimmter Bandpassfilter
    720
    QMW-Prozess
    730
    Komparatorprozess

Claims (14)

  1. Verfahren für eine Zusatzausrüstung (130, 140), die elektrisch mit einem Generator (120) gekoppelt ist, der funktionell mit einem Kolbenmotor (110) verbunden ist, umfassend: Messen eines dem Generator (120) zugeordneten GS-Zwischenkreis-(172)-parameters während des Betriebs und die Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung (130, 140) auf Basis eines Frequenzinhalts (420) des GS-Zwischenkreis-(171)-parameters.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der GS-Zwischenkreis-(171)-parameter eine GS-Zwischenkreis-(171)-spannung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der GS-Zwischenkreis-(171)-parameter ein GS-Zwischenkreis-(171)-strom ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Verfolgen von wenigstens einer Komponente des Frequenzinhalts (420) bei Variieren einer/eines Betriebsbedingung, -zustands oder -modus von dem Kolbenmotor (110) und/oder der Zusatzausrüstung (130, 140) aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Korrelieren der verfolgten Frequenzkomponente mit dem variierten Kolbenmotor (110) oder der variierten Zusatzausrüstung (130, 140) aufweist.
  6. Verfahren für Zusatzausrüstung (130, 140), die funktionell mit einer rotierenden Welle (111) eines Kolbenmotors (110) gekoppelt ist, umfassend: Messen der Drehzahl einer rotierenden Welle (111) des Kolbenmotors (10) während des Betriebs und Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung (130, 140) auf Basis von Frequenzinhalt (420) der Drehzahl der Welle (111).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Verfolgen von wenigstens einer Komponente des Frequenzinhalts (420) bei Variieren einer/eines Betriebsbedingung, -zustands oder -modus von dem Kolbenmotor (110) und/oder der Zusatzausrüstung (130, 140) aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Korrelieren der verfolgten Frequenzkomponente mit dem variierten Kolbenmotor (110) oder der variierten Zusatzausrüstung (130, 140) aufweist.
  9. Fahrzeugsystem (100), umfassend: einen Generator (120), Zusatzausrüstung (130, 140), die elektrisch mit dem Generator (120) gekoppelt ist, einen GS-Zwischenkreissensor (171) zum Messen eines dem Generator (120) zugeordneten GS-Zwischenkreis-(171)-parameters während des Betriebs und eine Steuereinheit (150), die Anweisungen beinhaltet, die konfiguriert sind zum/zur: Abtasten und Transformation des gemessenen GS-Zwischenkreis-(171)-parameters, Identifizieren des Frequenzinhalts (420) des GS-Zwischenkreis-(171)-parameters und Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung (130, 140) auf der Basis des Frequenzinhalts (420) des GS-Zwischenkreis-(171)-parameters.
  10. Fahrzeugsystem (100) nach Anspruch 9, wobei der GS-Zwischenkreis-(171)-parameter eine GS-Zwischenkreis-(171)-spannung ist.
  11. Fahrzeugsystem (100) nach Anspruch 9, wobei der GS-Zwischenkreis-(171)-parameter ein GS-Zwischenkreis-(171)-strom ist.
  12. Fahrzeugsystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (150) zum Melden einer abgenutzten Bedingung einer Zusatzausrüstung (130, 140) funktionell ist.
  13. Fahrzeugsystem (100), umfassend: einen Kolbenmotor (110) mit einer rotierenden Welle (111), Zusatzausrüstung (130, 140), die elektrisch mit der rotierenden Welle (111) gekoppelt ist, einen Sensor (160) zum Messen einer Drehzahl der rotierenden Welle (111) über Zeit während des Betriebs und eine Steuereinheit (150), die Anweisungen beinhaltet, die konfiguriert sind zum/zur: Abtasten und Transformation der gemessenen Drehzahl, Identifizieren des Frequenzinhalts (420) der Drehzahl und Diagnose einer Bedingung der Zusatzausrüstung (130, 140) auf der Basis des Frequenzinhalts (420) der Drehzahl.
  14. Fahrzeugsystem (100) nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit (150) zum Melden einer abgenutzten Bedingung einer Zusatzausrüstung (130, 140) funktionell ist.
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