DE112017000245B4

DE112017000245B4 - System and method for monitoring a transmission

Info

Publication number: DE112017000245B4
Application number: DE112017000245.1T
Authority: DE
Inventors: Fredrik Birgersson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: DE112017000245T5; SE1650059A1; SE541859C2; WO2017127008A1

Abstract

System zum Überwachen eines Getriebes (1) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei das Getriebe (1) ein vorderes Ende (2), das über eine Kupplung oder eine entsprechende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mit einem Motor verbunden zu werden, ein hinteres Ende (4), das dazu eingerichtet ist, mit Antriebsrädern verbunden zu werden, und ein Getriebegehäuse (7) aufweist, wobei das System eine Verarbeitungseinheit (12) und einen Satz von Sensoren (13, 14, 15, 16) umfasst, die dazu eingerichtet sind, Signale an die Verarbeitungseinheit zu übertragen, wobei der Satz von Sensoren umfasst:- einen ersten Beschleunigungsmesser (13), der dazu eingerichtet ist, eine Starrkörperbewegung des Getriebes (1) in zumindest eine Richtung zu detektieren, der an einem Teil des Getriebes angeordnet ist, der starrer ist als eine durchschnittliche äußere Wandung des Getriebegehäuses (7), und- einen ersten Dehnungsmessstreifen (15), der dazu eingerichtet ist, ein auf das Getriebe (1) ausgeübtes Drehmoment zu detektieren,dadurch gekennzeichnet,dass der erste Dehnungsmessstreifen (15) an dem Getriebe (1) an einer Position angeordnet ist, an der ein ausgegebenes Drehmoment von dem Getriebe detektierbar ist, wobei das Getriebe eine Drehmoment aufnehmende Struktur (6) zwischen dem vorderen Ende (2) und dem hinteren Ende (4) umfasst, und wobei der erste Dehnungsmessstreifen (15) an oder vor der Drehmoment aufnehmenden Struktur (6) angeordnet ist, unddass die Verarbeitungseinheit (12) dazu eingerichtet ist, die Signale zu empfangen und auf deren Grundlage eine Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes (1) unter Verwendung einer Signalverarbeitung und zumindest eines Datenreduktions-Algorithmus zu erzeugen, wobei die Zustands- und Leistungsinformation, die von der Verarbeitungseinheit (12) erzeugt wird, zumindest ein Drehmoment, das auf das Getriebe (1) ausgeübt wird, und eine Starrkörperbewegung des Getriebes (1) umfasst.System for monitoring a gearbox (1) in a drive train of a vehicle, the gearbox (1) having a front end (2) which is adapted to be connected to an engine via a clutch or a corresponding device, a rear end ( 4) arranged to be connected to drive wheels and having a gearbox (7), the system comprising a processing unit (12) and a set of sensors (13, 14, 15, 16) arranged to do so to transmit signals to the processing unit, the set of sensors comprising:- a first accelerometer (13) arranged to detect a rigid body motion of the gearbox (1) in at least one direction, arranged on a part of the gearbox , which is more rigid than an average outer wall of the gearbox housing (7), and- a first strain gauge (15) which is adapted to a torque exerted on the gearbox (1). to detect, characterized in that the first strain gauge (15) is arranged on the transmission (1) at a position where an output torque from the transmission is detectable, the transmission having a torque receiving structure (6) between the front end (2) and the rear end (4), and wherein the first strain gage (15) is arranged at or in front of the torque-absorbing structure (6), and that the processing unit (12) is arranged to receive the signals and act on them Based on generating status and performance information of the transmission (1) using signal processing and at least one data reduction algorithm, the status and performance information generated by the processing unit (12) including at least one torque that is applied to the transmission ( 1) is exerted and includes rigid body motion of the transmission (1).

Description

Technisches Feld der ErfindungTechnical Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Überwachen eines Getriebes in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das ein derartiges System umfasst, und ein Verfahren zum Überwachen eines Getriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12. Das Verfahren und das System sind nicht auf einen bestimmten Typ von Getriebe beschränkt, sondern können auf alle Arten von Getrieben angewendet werden, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wie beispielsweise auf Ranger-Splitter-Getriebe, Ranger-Wechsel-Getriebe, automatische Getriebe, automatisierte Getriebe, manuelle Getriebe, etc.The present invention relates to a system for monitoring a transmission in a drive train of a vehicle according to the preamble of claim 1. It also relates to a motor vehicle comprising such a system and a method for monitoring a transmission according to the preamble of claim 12. The method and the system are not limited to a specific type of transmission, but can be applied to all types of transmissions used in automobiles, such as Ranger splitter transmission, Ranger change-over transmission, automatic transmission, automated transmission, manual transmission, etc.

Das Getriebe ist dazu eingerichtet, mit einem Motor des Kraftfahrzeugs über eine Kupplung oder über eine entsprechende Vorrichtung verbunden zu werden, wie beispielsweise zumindest ein Elektromotor.The transmission is set up to be connected to an engine of the motor vehicle via a clutch or via a corresponding device, such as at least one electric motor.

Hintergrund und Stand der TechnikBackground and prior art

Getriebe in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen werden verwendet, um Leistung von einem Motor des Kraftfahrzeugs in Leistung bei einem bestimmten Drehmoment und einer bestimmten Drehzahl umzuwandeln, die benötigt werden, um das Fahrzeug zu fahren. Da Leistung in dem Getriebe umgewandelt wird, wirkt sich das ausgeübte Drehmoment auf das Getriebe aus und das Getriebe ist daher einer erheblichen Abnutzung während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs ausgesetzt. Der Grad an Abnutzung an dem Getriebe und damit seine Komponenten-Lebenserwartung wird zu einem hohen Grad von der Art beeinflusst, in welcher das Fahrzeug gefahren wird. Ein Fahren bei hohem Drehmoment erhöht typischerweise die Abnutzung an dem Getriebe und reduziert damit seine Komponenten-Lebenserwartung. Der Zustand des Getriebes wird auch durch plötzliche Beschleunigungen beeinträchtigt, die beispielsweise dann auftreten, wenn das Fahrzeug über eine unebene Oberfläche fährt, wie beispielsweise über Bodenwellen, Randsteine und Bahnübergänge oder dergleichen. Eine weitere Ursache für die Abnutzung des Getriebes ist ein verschlechtertes Schmieröl, das in dem Getriebe enthalten ist, was zu einer schlechten Schmierung der Komponenten innerhalb des Getriebes führt. Transmissions in automotive powertrains are used to convert power from an automotive engine into power at a specified torque and speed required to drive the vehicle. Because power is converted in the transmission, the torque exerted affects the transmission and the transmission is therefore subject to significant wear during operation of the motor vehicle. The level of wear on the transmission, and hence its component life expectancy, is affected to a large degree by the manner in which the vehicle is driven. Driving at high torque typically increases wear on the transmission, thereby reducing its component life expectancy. The condition of the transmission is also affected by sudden accelerations which occur, for example, when the vehicle is traveling over an uneven surface, such as bumps, curbs and railroad crossings or the like. Another cause of transmission wear is deteriorated lubricating oil contained within the transmission, resulting in poor lubrication of the components within the transmission.

Aufgrund der vielen unterschiedlichen Faktoren, welche sich auf das Getriebe auswirken, ist es schwierig, eine Komponenten-Lebenserwartung des Getriebes vorherzusagen. Ausfälle des Getriebes oder von Komponenten darin treten daher oftmals unerwartet auf, und Gründe, die eine Beschädigung des Getriebes verursachen, werden erst untersucht, nachdem ein Problem aufgetreten ist. Zudem kann ein Auswerten der Faktoren, die zu dem Problem oder dem Ausfall geführt haben, sowohl kostenintensiv als auch zeitaufwändig sein.Due to the many different factors affecting the transmission, it is difficult to predict transmission component life expectancy. Therefore, failures of the transmission or components therein often occur unexpectedly, and causes causing damage to the transmission are investigated only after a problem has occurred. Additionally, evaluating the factors that led to the problem or outage can be both costly and time-consuming.

Das Dokument US 2017/0082188 A1 offenbart ein Überwachungssystem zur Bestimmung einer Restlebensdauer eines Getriebes. Verschiedene Sensoren sind an dem Getriebe angeordnet. Basierend auf den Messungen der Sensoren wird die Restlebensdauer bestimmt.The document U.S. 2017/0082188 A1 discloses a monitoring system for determining a remaining life of a transmission. Various sensors are located on the transmission. Based on the measurements of the sensors, the remaining service life is determined.

Die Offenlegungsschrift US 2014/0124645 A1 zeigt eine Anti-Vibrationseinheit für ein Fahrzeug. Ein Beschleunigungssensor detektiert die Vibration eines beweglichen Stabs, der mit dem Antriebsmotor des Fahrzeugs verbunden ist. Basierend auf den Messdaten des Beschleunigungssensors kann ein Aktuator ein Ausgleichsgewicht antizyklisch bewegen, um die Vibration des Stabs zu verringern.The disclosure document U.S. 2014/0124645 A1 shows an anti-vibration unit for a vehicle. An acceleration sensor detects the vibration of a movable rod connected to the vehicle's drive motor. Based on the measurement data from the accelerometer, an actuator can move a counterweight anti-cyclically to reduce the vibration of the rod.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Es ist eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme bereitzustellen, und eine Lösung bereitzustellen, mittels derer der Zustand und die Leistung des Getriebes kontinuierlich ausgewertet werden können, um ein Erkennen von Problemen in einem frühen Stadium zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe ist es, Mittel zum Verbessern und Verkürzen eines Auswertungsprozesses bereitzustellen, der ausgeführt wird, wenn ein das Getriebe betreffendes Problem aufgetreten ist.It is a primary object of the present invention to provide a solution to the problems described above and to provide a solution by which the condition and performance of the transmission can be continuously evaluated to enable problems to be detected at an early stage. Another object is to provide means for improving and shortening an evaluation process that is carried out when a problem related to the transmission has occurred.

Zumindest die vorrangige Aufgabe wird mittels des anfänglich festgelegten Systems gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das System eine Verarbeitungseinheit und einen Satz von Sensoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, Signale an die Verarbeitungseinheit zu übertragen, wobei der Satz von Sensoren umfasst:

- einen ersten Beschleunigungsmesser, der dazu eingerichtet ist, eine Starrkörperbewegung des Getriebes in zumindest eine Richtung zu detektieren, der an einem Teil des Getriebes angeordnet ist, der starrer ist als eine durchschnittliche äußere Wandung des Getriebegehäuses, und
- einen ersten Dehnungsmessstreifen, der dazu eingerichtet ist, ein auf das Getriebe ausgeübtes Drehmoment zu detektieren, wobei der Dehnungsmessstreifen an dem Getriebe an einer Position angeordnet ist, an der ein ausgegebenes Drehmoment von dem Getriebe detektierbar ist,

wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Signale zu empfangen und auf deren Grundlage eine Zustands-und Leistungsinformation des Getriebes zu erzeugen.At least the primary object is achieved by means of the initially specified system, which is characterized in that the system comprises a processing unit and a set of sensors arranged to transmit signals to the processing unit, the set of sensors comprising:

- a first accelerometer, arranged to detect a rigid body motion of the transmission in at least one direction, arranged on a part of the transmission that is more rigid than an average outer wall of the transmission housing, and
- a first strain gauge that is set up to detect a torque exerted on the transmission, the strain gauge being arranged on the transmission at a position at which an output torque from the transmission can be detected,

wherein the processing unit is set up to receive the signals and to generate status and performance information of the transmission on the basis thereof.

Mittels des strategisch positionierten Beschleunigungsmessers und Dehnungsmessstreifens können Drehmomente, die sich auf das Getriebe auswirken, und plötzliche Beschleunigungen erkannt werden, die zu einer Starrkörperbewegung des Getriebes führen, und hiermit im Zusammenhang stehende Signale können an die Verarbeitungseinheit übertragen werden, die vorzugsweise an dem Getriebe in der Nähe der Sensoren angeordnet ist. Die Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, Zustands-und Leistungsinformation zu erzeugen, die drahtlos an einen zentralen Service-Knoten oder dergleichen übertragen und/oder in der Verarbeitungseinheit gespeichert und von einem darin enthaltenen Speichermittel ausgelesen werden kann, wenn das Kraftfahrzeug gewartet wird oder wenn ein Problem auftritt, das mit dem Getriebe im Zusammenhang steht. Das System gemäß der Erfindung ermöglicht hierdurch ein kontinuierliches Beurteilen der Leistung und des Zustands des Getriebes, was es ermöglicht, Probleme in einem frühen Stadium zu erkennen. Das System stellt ferner Information bereit, die nützlich ist, wenn ein Ausfall des Getriebes oder ein Problem mit dem Getriebe ausgewertet werden. Diese Information kann den Auswertprozess wesentlich verkürzen.Using the strategically positioned accelerometer and strain gauge, torques affecting the gearbox and sudden accelerations causing rigid body motion of the gearbox can be detected and related signals can be transmitted to the processing unit, preferably located on the gearbox in located close to the sensors. The processing unit is set up to generate status and performance information that can be wirelessly transmitted to a central service node or the like and/or stored in the processing unit and read out from a storage means contained therein when the motor vehicle is being serviced or if there is a problem occurs that is related to the transmission. The system according to the invention hereby enables a continuous assessment of the performance and the condition of the transmission, which enables problems to be detected at an early stage. The system also provides information useful when evaluating a transmission failure or problem with the transmission. This information can significantly shorten the evaluation process.

Das System gemäß der Erfindung kann extern an dem Getriebe angebracht und dadurch einfach zu entfernen und auszutauschen sein, wenn dies notwendig ist. Sowohl individuelle Sensoren als auch die Verarbeitungseinheit selbst können einfach ausgetauscht werden und es ist einfach, das System an das Getriebe anzupassen, an dem es angebracht ist, indem einfach die Sensoren an geeigneten Stellen an dem Getriebe befestigt werden, beispielsweise durch Kleben oder durch Befestigen mit Klebeband.The system according to the invention can be fitted externally to the gearbox and thereby be easy to remove and replace if necessary. Both individual sensors and the processing unit itself can be easily replaced and it is easy to adapt the system to the gearbox to which it is fitted by simply attaching the sensors to the gearbox at suitable locations, for example by gluing or by attaching with Duct tape.

Das System kann unabhängig von anderen Systemen des Kraftfahrzeugs ausgebildet werden. Alle relevanten Signale an die Verarbeitungseinheit werden dadurch von den Sensoren des Systems übertragen. Es ist allerdings auch möglich, das System mit anderen Sensoren oder Systemen des Fahrzeugs zu verbinden und dadurch Signale zu erhalten, die für ein Beurteilen der Leistung und des Zustands des Getriebes relevant sind. Falls das Getriebe bereits einen elektronische Steuereinheit (ECU) umfasst, kann die Verarbeitungseinheit selbstverständlich in die ECU integriert oder an dieser befestigt sein.The system can be designed independently of other systems in the motor vehicle. All relevant signals to the processing unit are thereby transmitted from the system's sensors. However, it is also possible to connect the system to other sensors or systems of the vehicle and thereby obtain signals that are relevant for assessing the performance and condition of the transmission. Of course, if the transmission already includes an electronic control unit (ECU), the processing unit may be integrated into or attached to the ECU.

Der erste Beschleunigungsmesser ist an einem Teil des Getriebes angeordnet, der starrer ist als eine durchschnittliche äußere Wandung des Getriebegehäuses. Dies kann beispielsweise eine Naht zwischen zwei Teilen des Getriebegehäuses oder ein anderer Teil des Getriebegehäuses sein, der eine größere Wandstärke aufweist als ein vorderes Gehäuse des Getriebegehäuses. Auf diese Weise wird der erste Beschleunigungsmesser weniger von Vibrationen beeinträchtigt, die in dem Getriebegehäuse selbst auftreten.The first accelerometer is located on a portion of the transmission that is more rigid than an average outer wall of the transmission case. This can be, for example, a seam between two parts of the transmission housing or another part of the transmission housing that has a greater wall thickness than a front housing of the transmission housing. In this way, the first accelerometer is less affected by vibrations occurring in the gearbox itself.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, auf der Grundlage der Signale und/oder der Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes eine Komponenten-Lebenserwartung des Getriebes zu schätzen. Um in der Lage zu sein, Lebenserwartungen sowohl des gesamten Getriebes als auch einzelner Komponenten in dem Getriebe und an diesem befestigter Komponenten genau schätzen zu können, ist es nützlich, ein Wechseln von Komponenten zu vermeiden sowie unerwartete Ausfälle des Getriebes oder von Komponenten in dem Getriebe oder von an dem Getriebe befestigten Komponenten zu vermeiden und vorherzusagen.According to one embodiment, the processing unit is set up to estimate a component life expectancy of the transmission based on the signals and/or the status and performance information of the transmission. In order to be able to accurately estimate life expectancies of both the entire transmission and individual components in the transmission and components attached thereto, it is useful to avoid changing components and unexpected failures of the transmission or components in the transmission or from components attached to the transmission to avoid and predict.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die von der Verarbeitungseinheit erzeugte Zustands- und Leistungsinformation zumindest ein auf das Getriebe ausgeübtes Drehmoment und eine Starrkörperbewegung des Getriebes. Das Drehmoment kann auf der Grundlage der Signale von dem ersten Dehnungsmessstreifen bestimmt werden und stellt wertvolle Information zum Schätzen einer Komponenten-Lebenserwartung des Getriebegehäuses bereit. Auf der Grundlage des ausgegebenen Drehmoments kann ein Eingangsdrehmoment einfach berechnet werden. Information in Bezug auf die Starrkörperbewegung des Gehäuses wird auf der Grundlage zumindest eines Signals von dem ersten Beschleunigungsmesser bestimmt und stellt Information zum Schätzen einer Komponenten-Lebenserwartung des Getriebes sowie von Komponenten darin bereit. Ausgeübte Drehmomente sowie plötzliche Beschleunigungen und Verzögerungen des Getriebes können in einer Lasthistorie beziehungsweise in einer Bewegungshistorie des Getriebes aufgezeichnet werden.According to one embodiment, the status and performance information generated by the processing unit includes at least a torque exerted on the transmission and a rigid body motion of the transmission. The torque can be determined based on the signals from the first strain gauge and provides valuable information for estimating a component life expectancy of the gearbox. Based on the output torque, an input torque can be easily calculated. Information regarding the rigid body motion of the housing is determined based on at least one signal from the first accelerometer and provides information for estimating a component life expectancy of the transmission and components therein. Applied torques and sudden accelerations and decelerations of the transmission can be recorded in a load history and in a movement history of the transmission, respectively.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, zumindest einen Datenreduktions-Algorithmus bei der Erzeugung der Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes zu verwenden, und wobei die Verarbeitungseinheit Speichermittel zum Speichern der Information umfasst. Die Datenreduktion kann durch eine Rainflow-Zählung, eine Zyklus-Zählung oder ein Umordnen von Daten in Matrizen etc. durchgeführt werden. Dies reduziert die Menge von Daten wesentlich, die gespeichert werden müssen, was es ermöglich, eine Speicherkapazität der Verarbeitungseinheit zu reduzieren. Es erleichtert zudem zukünftige Auswertungen gespeicherter Daten.According to one embodiment, the processing unit is set up to use at least one data reduction algorithm when generating the status and performance information of the transmission, and the processing unit comprises storage means for storing the information. The data reduction can be performed by a rainflow count, a cycle count, or rearranging data into matrices, etc. This significantly reduces the amount of data that needs to be stored, making it possible to reduce storage capacity of the processing unit adorn. It also facilitates future evaluations of stored data.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, Zustands- und Leistungsinformation zu erzeugen und zu speichern, die zumindest eines von Lasthistorie, Bewegungshistorie, Ganghistorie, Gangschalthistorie und an einer Komponente innerhalb des Getriebes verursachten Schaden betrifft. Die Lasthistorie kann zum Beispiel Kräfte und Drehmomente umfassen, die auf das Getriebe ausgeübt werden, plötzliche Beschleunigungen, Temperatur und Ölpartikel-Konzentrationen, in Abhängigkeit davon, welche Sensoren in dem Satz von Sensoren enthalten sind. Die Bewegungshistorie kann Starrkörperbeschleunigungen, Fahrzeuggeschwindigkeit, eine geografische Position des Getriebes etc. umfassen. Die Ganghistorie kann Information über eine akkumulierte Zeit pro eingelegtem Gang umfassen, und die Gangschalthistorie kann Ereignisse von Schaltvorgängen zwischen individuellen Gängen umfassen. Beschädigung wird beispielsweise von ausgeübten Drehmomenten, plötzlichen Beschleunigungen, Getrieberasseln, Kräften aufgrund eines Gangschaltens und einer Synchronisation etc. verursacht. Indem das Auftreten einer Beschädigung aufgezeichnet wird, ist es möglich, vorherzusagen, wann erwartet wird, dass Komponenten innerhalb des Getriebes oder an dem Getriebe oder das Getriebegehäuse aufgrund von Ermüdung ausfallen. Die gespeicherte Information betreffend die Lasthistorie, die Bewegungshistorie, die Ganghistorie, die Gangschalthistorie und den Schaden ist bei einem Auswertprozess nach einem Ausfall des Getriebes sowie dazu nützlich, den Zustand des Getriebes während einer Benutzung kontinuierlich auszuwerten.According to one embodiment, the processing unit is configured to generate and store status and performance information relating to at least one of load history, motion history, gear history, gear shift history, and damage caused to a component within the transmission. For example, the load history may include forces and torques applied to the transmission, sudden accelerations, temperature, and oil particle concentrations, depending on which sensors are included in the set of sensors. The motion history may include rigid body accelerations, vehicle speed, geographic location of the transmission, and so on. The gear history may include information about an accumulated time per engaged gear, and the gear shift history may include events of shifts between individual gears. Damage is caused, for example, by applied torques, sudden accelerations, gear rattle, forces due to gear shifting and synchronization, etc. By noting the occurrence of damage, it is possible to predict when components within or on the transmission or transmission case are expected to fail due to fatigue. The stored information regarding load history, movement history, gear history, gear shift history and damage is useful in an evaluation process after a breakdown of the transmission and for continuously evaluating the condition of the transmission during use.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Getriebe eine Drehmoment aufnehmende Struktur zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende, wobei der erste Dehnungsmessstreifen an oder vor der Drehmoment aufnehmenden Struktur angeordnet ist. In dem Fall, in dem das Getriebe unter Verwendung einer Strebe oder dergleichen als Drehmoment aufnehmende Struktur befestigt ist, sollte der Dehnungsmessstreifen derart an oder vor dieser Drehmoment aufnehmenden Struktur angeordnet sein, dass er in der Lage ist, ein ausgeübtes Drehmoment zu erkennen.According to one embodiment, the transmission includes a torque absorbing structure between the front end and the rear end, wherein the first strain gauge is arranged at or in front of the torque absorbing structure. In the case where the transmission is fixed using a stay or the like as a torque receiving structure, the strain gauge should be arranged on or in front of this torque receiving structure so that it is able to detect an applied torque.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Beschleunigungsmesser zwischen der Drehmoment aufnehmenden Struktur und dem hinteren Ende angeordnet. An dieser Position gibt es weniger Vibrationen, die von dem Motor stammen, als vor der Drehmoment aufnehmenden Struktur. Hierdurch wird weniger Filtern des Signals von dem Sensor benötigt, um nützliche Information betreffend die Starrkörperbewegung des Getriebes zu erhalten.According to one embodiment, the first accelerometer is located between the torque-receiving structure and the aft end. At this position there is less vibration originating from the engine than in front of the torque-bearing structure. This requires less filtering of the signal from the sensor to obtain useful information regarding the rigid body motion of the gearbox.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Satz von Sensoren ferner einen zweiten Beschleunigungsmesser, der an dem Getriebegehäuse zwischen dem vorderen Ende und der Drehmoment aufnehmenden Struktur angeordnet ist. Indem der zweite Beschleunigungsmesser in der Nähe des Motors angeordnet wird, können Vibrationen detektiert und erkannt werden, die von dem Motor stammen und sich durch ein Gangschalten und ein Zahneingreifen ergeben. Die von der Verarbeitungseinheit erzeugte Zustands- und Leistungsinformation umfasst in dieser Ausführungsform vorzugsweise eine Gangschaltinformation und eine Zahneingreifinformation, die zumindest teilweise auf der Grundlage eines Signals von dem zweiten Beschleunigungsmesser erzeugt werden, sodass es möglich ist, eine genaue Ganghistorie und Gangschalthistorie zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Ganghistorie eine Gesamtzeit und eine durchschnittliche Zeit pro eingelegtem Gang umfassen, und die Gangschalthistorie kann Ereignisse von Schaltvorgängen zwischen individuellen Gängen beinhalten. Eine Ordnungsanalyse des Signals von dem zweiten Beschleunigungsmesser wird vorzugsweise durchgeführt, um die angefragte Ganginformation und Gangschaltinformation zu erzeugen. Die Ordnungsanalyse kann auch Information erzeugen, die mit einer Motorordnung im Zusammenhang steht. Daher stellt der zweite Beschleunigungsmesser eine zusätzliche Genauigkeit für die erzeugten Zustands- und Leistungsdaten bereit, die verwendet werden kann, wenn die Komponenten-Lebenszeit beispielsweise der Getrieberäder, der Halterungen sowie befestigter Komponenten vorhergesagt werden, und auch umfassend elektrischer Einheiten, die an dem Getriebe befestigt sind. Außerdem erleichtert es ein Erkennen von zerstörten oder beschädigten Getrieberädern in einem frühen Stadium. Ferner ermöglicht es die Erkennung von Motorordnungen, Probleme zu erkennen, die sich beispielweise aus der Kupplung ergeben.According to one embodiment, the set of sensors further includes a second accelerometer disposed on the transmission case between the forward end and the torque-receiving structure. By locating the second accelerometer near the engine, vibrations originating from the engine and resulting from gear shifting and gear meshing can be detected and recognized. The condition and performance information generated by the processing unit preferably includes, in this embodiment, gear shift information and tooth engagement information generated based at least in part on a signal from the second accelerometer, such that it is possible to generate an accurate gear history and gear shift history. For example, the gear history may include a total time and an average time per engaged gear, and the gear shift history may include events of shifts between individual gears. An order analysis of the signal from the second accelerometer is preferably performed to generate the requested gear information and gear shift information. Order analysis can also generate information related to engine order. Therefore, the second accelerometer provides additional accuracy to the generated condition and performance data that can be used when predicting component life such as gears, brackets, and attached components, including electrical units attached to the transmission are. It also makes it easier to identify destroyed or damaged gears at an early stage. Furthermore, the recognition of engine orders makes it possible to identify problems that arise, for example, from the clutch.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Beschleunigungsmesser ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser. Indem ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser verwendet wird, können Starrkörperbewegungen in alle drei Richtungen detektiert werden und es wird daher nur ein einzelner Beschleunigungsmesser benötigt, um eine dreidimensionale Starrkörperbewegung zu detektieren. Eine Alternative ist es, mehrere zweiachsige und/oder einachsige Beschleunigungsmesser befestigt zu haben.According to one embodiment, the first accelerometer is a three-axis accelerometer. By using a three-axis accelerometer, rigid body motion can be detected in all three directions and therefore only a single accelerometer is needed to detect three-dimensional rigid body motion. An alternative is to have multiple dual-axis and/or uni-axis accelerometers attached.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Satz von Sensoren ferner zumindest einen von einem Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur von in dem Getriebe enthaltenen Öl zu detektieren, und einem Partikelzähler umfasst, der dazu eingerichtet ist, Partikel zu zählen, die in dem Öl vorhanden sind. Ein Temperatursensor und ein Partikelzähler können nützliche Information über die Bedingungen in dem Getriebe bereitstellen, die verwendet werde kann, um aufgezeichneten Schaden von Komponenten neu zu gewichten. Zum Beispiel kann einem Schaden, der bei einer erhöhten Temperatur verursacht wurde, ein höheres Gewicht gegeben werden als einem Schaden, der bei einer niedrigeren Temperatur verursacht wurde.According to one embodiment, the set of sensors further comprises at least one of a temperature sensor configured to detect a temperature of oil contained in the transmission and a particle counter configured to count particles contained in the oil are present. A temperature sensor and particle counter can provide useful information about conditions in the transmission that can be used to reweight recorded component damage. For example, damage done at an elevated temperature may be given a higher weight than damage done at a lower temperature.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Satz von Sensoren ferner zumindest einen Drehzahlmesser, der dazu eingerichtet ist, eine Drehzahl einer Komponente innerhalb des Getriebes zu messen. Der Drehzahlmesser misst vorzugsweise die Drehzahl einer der Wellen innerhalb des Getriebes. Er ermöglicht ein Bestimmen einer gegenwärtigen Drehzahl des Motors und kann auch dazu verwenden werden, ein Rasseln des Getriebes zu erkennen.According to one embodiment, the set of sensors further includes at least one tachometer configured to measure a speed of a component within the transmission. The tachometer preferably measures the speed of one of the shafts within the transmission. It allows a current speed of the engine to be determined and can also be used to detect gear rattle.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit an dem Getriebe befestigt. Vorzugweise ist zumindest ein Sensor des Satzes von Sensoren in die Verarbeitungseinheit integriert. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit an das Getriebegehäuse geklebt sein, und der Temperatursensor kann in diese integriert sein, um eine Temperatur des Gehäuses zu detektieren. Auch ein Beschleunigungsmesser, ein Dehnungsmessstreifen oder ein anderer Sensor können in die Verarbeitungseinheit integriert sein. Dies macht das System gemäß der Erfindung einfacher zu montieren und reduziert eine Menge an benötigten Kabeln.According to one embodiment, the processing unit is attached to the gearbox. At least one sensor of the set of sensors is preferably integrated into the processing unit. For example, the processing unit may be glued to the transmission case and the temperature sensor may be integrated therein to detect a temperature of the case. An accelerometer, strain gauge, or other sensor may also be integrated into the processing unit. This makes the system according to the invention easier to assemble and reduces a lot of cables needed.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinheit einen GPS-Empfänger. Die Verarbeitungseinheit kann hierdurch auf der Grundlage von Daten von dem GPS-Empfänger beispielsweise eine Geschwindigkeitshistorie und eine geografische Positionierungshistorie des Getriebes erzeugen und speichern.According to one embodiment, the processing unit includes a GPS receiver. The processing unit can hereby generate and store, for example, a speed history and a geographic positioning history of the transmission based on data from the GPS receiver.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, drahtlos mit einem externen zentralen Knoten zu kommunizieren. Information kann hierdurch kontinuierlich übertragen werden und der Zustand des Getriebes kann aus der Ferne überwacht werden.According to one embodiment, the processing unit is set up to communicate wirelessly with an external central node. Information can be transmitted continuously and the status of the transmission can be monitored remotely.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das einen Antriebsstrang umfasst, der ein Getriebe und das vorgeschlagene System zum Überwachen des Getriebes beinhaltet. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein schweres Fahrzeug, wie beispielsweise ein Lastwagen oder ein Bus.According to another aspect of the invention, the invention relates to a motor vehicle that includes a powertrain that includes a transmission and the proposed system for monitoring the transmission. The vehicle is preferably a heavy vehicle such as a truck or bus.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die obengenannten vorrangige Aufgabe gelöst durch das anfangs festgelegte Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren die Schritte umfasst:

- Bereitstellen des vorgeschlagenen Systems,
- Detektieren einer Starrkörperbewegung des Getriebes in zumindest eine Richtung unter Verwendung des ersten Beschleunigungsmessers und Senden von diesbezüglichen Signalen an die Verarbeitungseinheit,
- Detektieren von auf das Getriebe ausgeübtem Drehmoment unter Verwendung des Dehnungsmessstreifens und Senden von diesbezüglichen Signalen an die Verarbeitungseinheit, und
- in der Verarbeitungseinheit Empfangen der Signale und auf deren Grundlage Erzeugen einer Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes. Vorteile und vorteilhafte Merkmale eines solchen Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung des vorgeschlagenen Systems.

According to another aspect of the invention, the above primary object is achieved by the initially defined method, characterized in that the method comprises the steps of:

- deploying the proposed system,
- detecting a rigid body motion of the transmission in at least one direction using the first accelerometer and sending related signals to the processing unit,
- detecting torque applied to the gearbox using the strain gauge and sending related signals to the processing unit, and
- in the processing unit, receiving the signals and, on the basis thereof, generating status and performance information of the gearbox. Advantages and advantageous features of such a method emerge from the above description of the proposed system.

Gemäß einer Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung umfasst der Verfahren ferner den Schritt:

- auf der Grundlage der Signale und/oder der Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes Schätzen einer Komponenten-Lebenserwartung des Getriebes.

According to an embodiment of this aspect of the invention, the method further comprises the step:

- based on the signals and/or the status and performance information of the transmission, estimating a component life expectancy of the transmission.

Weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben.Other advantageous features and advantages of the present invention will appear from the following description.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden ferner anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, das an einem Getriebe angebracht ist,
2 Diagramme einer Zustands- und Leistungsinformation schematisch zeigt, die unter Verwendung des System gemäß einer Ausführungsform des Erfindung erhalten wurden, und
3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

The invention is further described below by way of examples with reference to the accompanying drawings, in which:

1 shows a schematic representation of a system according to an embodiment of the invention attached to a transmission,
2 shows diagrams of state and performance information schematically obtained using the system according to an embodiment of the invention, and
3 Figure 12 is a flow chart illustrating a method according to an embodiment of the invention.

Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of embodiments of the invention

Ein Getriebe 1 umfassend ein System zum Überwachen des Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in 1 gezeigt. Das Getriebe 1 bildet einen Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und weist ein vorderes Ende 2, an dem eine Eingangswelle 3 mit einem Verbrennungsmotor über eine Kupplung oder eine entsprechende Vorrichtung verbunden ist, und ein hinteres Ende 4 auf, an dem das Getriebe 1 über eine Ausgangswelle 5 mit Antriebsrädern verbunden ist. Das Getriebe ist dazu eingerichtet, an einem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs angebracht zu werden, und weist zu diesem Zweck ein Befestigungselement 6 in Gestalt einer Strebe auf, das an dem Fahrgestell angeschraubt oder mit Bolzen daran befestigt werden kann oder an Befestigungshalterungen, die an dem Fahrgestellt bereitgestellt sind. Dieses Befestigungselement 6 wirkt als eine Drehmoment aufnehmende Struktur, die Drehmoment aufnimmt, das auf das Getriebe ausgeübt wird. Falls hingegen das Getriebe an einem Frontflansch angebracht ist, der an dem Motor befestigt ist, wird sich das gesamte Getriebe unter dem Drehmoment verformen. Ein Getriebegehäuse 7, das hier ein vorderes Gehäuse 8, ein hinteres Gehäuse 9 und ein hinterstes Lagergehäuse 10 umfasst, umgibt mechanische Komponenten, die innerhalb des Getriebes 1 bereitgestellt sind, wie beispielsweise Wellen, Getrieberäder und Lager. Eine Steuerungsausnehmung 11 ist in der gezeigten Ausführungsform an dem vorderen Gehäuse bereitgestellt.A gearbox 1 comprising a system for monitoring the gearbox according to an embodiment of the invention is shown schematically in FIG 1 shown. The transmission 1 forms part of a Drive train of a motor vehicle and has a front end 2 at which an input shaft 3 is connected to an internal combustion engine via a clutch or a corresponding device, and a rear end 4 at which the transmission 1 is connected via an output shaft 5 to drive wheels. The gearbox is adapted to be fitted to a chassis of the motor vehicle and for this purpose comprises a fastening element 6 in the form of a strut which can be screwed or bolted to the chassis or to fastening brackets provided on the chassis are. This fastener 6 acts as a torque-absorbing structure that absorbs torque applied to the transmission. On the other hand, if the gearbox is mounted on a front flange that is attached to the engine, the entire gearbox will deform under the torque. A gearbox housing 7, here comprising a front housing 8, a rear housing 9 and a rearmost bearing housing 10, surrounds mechanical components provided within the gearbox 1, such as shafts, gears and bearings. A control recess 11 is provided on the front housing in the embodiment shown.

Das System zum Überwachen des Getriebes umfasst einerseits eine Verarbeitungseinheit 12, die an dem Getriebegehäuse 7 mittels eines Klebens, einer Befestigung durch Klebeband, eines Schraubens oder dergleichen befestigt ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 12 an dem hinteren Gehäuse 9 befestigt, sie kann jedoch selbstverständlich an einem beliebigen außenliegenden Teil des Getriebes 1 befestigt werden. Andererseits umfasst das System einen Satz von Sensoren, die mit der Verarbeitungseinheit 12 verbunden sind, der in der gezeigten Ausführungsform einen ersten Beschleunigungsmesser 13, einen zweiten Beschleunigungsmesser 14, einen Dehnungsmessstreifen 15 und einen integrierten Temperatursensor sowie Drehzahlmesser 16 umfasst. Alle Sensoren 13-16 sind dazu eingerichtet, Daten zu sammeln und an die Verarbeitungseinheit 12 zu übertragen. Für eine erhöhte Genauigkeit können auch weitere Dehnungsmessstreifen und/oder Beschleunigungsmesser an dem Getriebe bereitgestellt sein, ebenso wie ein Ölpartikelzähler und ein externer Temperatursensor.The system for monitoring the gearbox comprises, on the one hand, a processing unit 12 which is fixed to the gearbox housing 7 by means of gluing, attachment by means of adhesive tape, screws or the like. In the embodiment shown, the processing unit 12 is fixed to the rear housing 9, but it can of course be fixed to any external part of the gearbox 1. On the other hand, the system comprises a set of sensors connected to the processing unit 12, which in the embodiment shown comprises a first accelerometer 13, a second accelerometer 14, a strain gauge 15 and an integrated temperature sensor and tachometer 16. All sensors 13-16 are set up to collect data and transmit it to the processing unit 12. Additional strain gauges and/or accelerometers may also be provided on the transmission for increased accuracy, as well as an oil particle counter and an external temperature sensor.

Der erste Beschleunigungsmesser 13 ist in der gezeigten Ausführungsform ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser, der dazu eingerichtet ist, eine Starrkörperbewegung des Getriebes 1 in drei Richtungen zu detektieren, überwiegend bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen. Zu diesem Zweck ist er außenliegend an einem Teil des Getriebes 1 angeordnet, der im Vergleich mit einer durchschnittlichen äußeren Wandung des Getriebegehäuses 7 vergleichsweise starr ist. In diesem Fall ist der erste Beschleunigungsmesser 13 hinter dem Befestigungselement 6 an einem starren Teil des Lagergehäuses 10 angeordnet.In the embodiment shown, the first accelerometer 13 is a three-axis accelerometer which is set up to detect a rigid-body movement of the transmission 1 in three directions, predominantly at comparatively low frequencies. For this purpose it is arranged externally on a part of the transmission 1 which is comparatively rigid in comparison with an average outer wall of the transmission housing 7 . In this case the first accelerometer 13 is arranged behind the attachment element 6 on a rigid part of the bearing housing 10 .

Der Dehnungsmessstreifen 15 ist an dem Befestigungselement 6 angeordnet, an einer Position, an der ein ausgegebenes Drehmoment von dem Getriebe 1 detektierbar ist, sodass er dazu verwendet werden kann, ein auf das Getriebe ausgeübtes Drehmoment zu erkennen. Daher kann der Dehnungsmessstreifen 15 nicht hinter dem Befestigungselement 6 angeordnet werden, da an dieser Position kein Drehmoment detektierbar ist. Falls dies gewünscht ist, kann das erkannte ausgegebene Drehmoment leicht in der Verarbeitungseinheit 12 in ein Eingangsdrehmoment umgewandelt werden.The strain gauge 15 is arranged on the fastener 6 at a position where an output torque from the transmission 1 is detectable, so that it can be used to detect torque applied to the transmission. Therefore, the strain gauge 15 cannot be arranged behind the fastening element 6, since no torque can be detected at this position. If desired, the detected output torque can easily be converted into an input torque in the processing unit 12 .

Der zweite Beschleunigungsmesser 14 ist an dem hinteren Gehäuse 9 zwischen dem vorderen Ende 2 und dem Befestigungselement 6 angeordnet und damit an einer viel weniger starren Position als der erste Beschleunigungsmesser 13 und näher an dem Motor. Der zweite Beschleunigungsmesser 14 ist dazu eingerichtet, Signale zu erkennen, die hochfrequente Vibrationen in dem Getriebegehäuse 7 hervorrufen. Einerseits stammen derartige Signale von dem Motor und stehen beispielsweise im Zusammenhang mit einer Motorordnung und einer Drehzahl des Motors. Andererseits stammen die Signale von dem Getriebe selbst und stehen beispielsweise im Zusammenhang mit Schaltvorgängen, Zahneingreifordnungen und Lagerordnungen. Der zweite Beschleunigungsmesser 14 kann alternativ an dem vorderen Gehäuse 8 angeordnet sein.The second accelerometer 14 is located on the rear housing 9 between the front end 2 and the mounting member 6 and is therefore in a much less rigid position than the first accelerometer 13 and closer to the engine. The second accelerometer 14 is configured to detect signals that cause high frequency vibrations in the transmission case 7 . On the one hand, such signals come from the engine and are related, for example, to an engine order and a speed of the engine. On the other hand, the signals come from the transmission itself and are related, for example, to shifting processes, tooth meshing orders and bearing orders. The second accelerometer 14 may alternatively be located on the front housing 8 .

Der integrierte Temperatursensor und Drehzahlmesser 16 ist an dem Getriebegehäuse 7 in der Nähe der Verarbeitungseinheit 12 angebracht. Eine Öffnung ist in dem Getriebegehäuse 7 ausgebildet, um den Sensor 16 aufzunehmen, sodass er dazu verwendet werden kann, die Temperatur von Schmieröl zu messen, das in dem Getriebe 1 enthalten ist, und eine Drehzahl einer Welle oder eines Getrieberads innerhalb des Getriebes zu messen.The integrated temperature sensor and tachometer 16 is attached to the transmission housing 7 in the vicinity of the processing unit 12 . An opening is formed in the transmission case 7 to accommodate the sensor 16 so that it can be used to measure the temperature of lubricating oil contained in the transmission 1 and to measure a rotational speed of a shaft or a gear inside the transmission .

Die Verarbeitungseinheit 12 umfasst einen Prozessor und interne Speichermittel zum Speichern von Daten. Die Verarbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, Signale zu empfangen, die von den Sensoren 13-16 detektiert und übertragen wurden, und dazu, auf deren Grundlage eine Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes zu erzeugen. Eine derartige Zustands- und Leistungsinformation steht im Zusammenhang mit Lasten, die sich auf das Getriebe auswirken, wie beispielsweise ein ausgeübtes Drehmoment, plötzliche Beschleunigungen, Vibrationen, Temperaturen etc. Die Verarbeitungseinheit 12 verwendet die Eingangssignale von den Sensoren 13-16, um diese Lasten zu bestimmen und eine Komponenten-Lebenserwartung des Getriebes 1 zu schätzen. Eine Schadenshistorie und eine Lasthistorie und eine Bewegungshistorie können in den Mitteln zum Speichern von Daten gespeichert werden.The processing unit 12 comprises a processor and internal storage means for storing data. The processing unit 12 is arranged to receive signals detected and transmitted by the sensors 13-16 and to generate status and performance information of the transmission on the basis thereof. Such status and performance information is related to loads affecting the transmission, such as applied torque, sudden accelerations, vibrations, temperatures, etc. The processing units Unit 12 uses the input signals from sensors 13-16 to determine these loads and to estimate a transmission 1 component life expectancy. A damage history and a load history and a movement history can be stored in the means for storing data.

Daten von dem ersten Beschleunigungsmesser 13 können verwendet werden, um eine hochfrequente und eine niederfrequente Starrkörperbewegung des Getriebes 1 zu bestimmen. Daten von dem Dehnungsmessstreifen 15 können verwendet werden, um ein ausgegebenes Drehmoment von dem Getriebe zu bestimmen und dabei auch ein Eingangsdrehmoment zu berechnen. Daten von dem zweiten Beschleunigungsmesser 14, möglicherweise in Kombination mit Daten von dem ersten Beschleunigungsmesser 13 und mit Daten von dem Dehnungsmessstreifen 15, können dazu verwendet werden, eine Drehzahl sowie Motorordnungen des Motors zu bestimmen und Schaltvorgänge zu erkennen und aufzuzeichnen, sowie dazu, zu bestimmen, welcher Gang eingelegt ist. Daten von dem Drehzahlmesser vereinfachen ein Auswerten der gegenwärtigen Drehzahl und können zudem dazu verwendet werden, ein Rasseln oder Geräusch von dem Getriebe zu erkennen. Temperaturdaten von dem integrierten Temperatursensor und Drehzahlmesser 16 können verwendet werden, um zu bestimmen, bei welcher Temperatur ein bestimmter Schaltvorgang oder eine bestimmte Beschleunigung stattgefunden hat.Data from the first accelerometer 13 can be used to determine high frequency and low frequency rigid body motion of the transmission 1 . Data from the strain gauge 15 can be used to determine an output torque from the transmission and in doing so also calculate an input torque. Data from the second accelerometer 14, possibly in combination with data from the first accelerometer 13 and with data from the strain gauge 15, can be used to determine speed and engine orders of the engine and to detect and record shifts and to determine which gear is engaged. Data from the tachometer simplifies evaluating the current RPM and can also be used to detect a rattle or noise from the transmission. Temperature data from the integrated temperature sensor and tachometer 16 may be used to determine at what temperature a particular shift or acceleration occurred.

Die Verarbeitungseinheit 12 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen oder mehrere Datenreduktions-Algorithmus/Datenreduktions-Algorithmen zu verwenden, um eine Menge von zu speichernden Daten zu reduzieren. Beispielsweise kann eine Rainflow-Zählung und/oder eine Zyklus-Zählung dazu verwendet werden, einen Schaden aufzuzeichnen, den ausgeübte Drehmomente, Beschleunigungen oder Vibrationen hervorrufen, und Daten können in Matrizen etc. angeordnet werden. Eine Ordnungsanalyse und FFT-Signalanalyse (Fast-Fourier-Transformation) können auch dazu verwendet werden, relevante Frequenzen zu bestimmen, zum Beispiel Zahneingreifordnungen, Lagerordnungen und Motorordnungen.The processing unit 12 is preferably set up to use one or more data reduction algorithm(s) in order to reduce an amount of data to be stored. For example, a rainflow count and/or a cycle count can be used to record damage caused by applied torques, accelerations, or vibrations, and data can be placed in matrices, etc. Order analysis and FFT (Fast Fourier Transform) signal analysis can also be used to determine relevant frequencies, for example, tooth meshing orders, bearing orders, and motor orders.

2 zeigt schematisch Diagramme einer Zustands- und Leistungsinformation, die unter Verwendung des Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erhalten wurde, wobei die Datenreduktions-Algorithmen verwendet wurden, um die relevante Information zu entnehmen. 2 Figure 12 shows schematic diagrams of status and performance information obtained using the system according to an embodiment of the invention, using the data reduction algorithms to extract the relevant information.

In (a) ist die akkumulierte Zeit gezeigt, für die ein bestimmtes Drehmoment auf das Getriebe ausgeübt wurde, auf der Grundlage der Signale von dem Dehnungsmessstreifen 15. Anhand des Diagramms ist es möglich, zu erkennen, ob ein bestimmtes Drehmoment überrepräsentiert war, zum Beispiel falls das Fahrzeug bei unnötig hohen Drehmomenten gefahren wurde, was Abnutzung des Getriebes verursacht.In (a) is shown the accumulated time for which a certain torque was applied to the gearbox, based on the signals from the strain gauge 15. From the graph it is possible to see if a certain torque was over-represented, for example if the vehicle has been driven at unnecessarily high torque levels, causing wear on the transmission.

In (b) ist die Anzahl von Zyklen gezeigt, bei denen das Getriebe einer bestimmten Beschleunigung ausgesetzt war, was zu einer Starrkörperbewegung des Getriebes führt. Die Daten werden vorrangig anhand des Signals von dem ersten Beschleunigungsmesser erhalten.Shown in (b) is the number of cycles in which the gearbox has been subjected to a certain acceleration, resulting in rigid body motion of the gearbox. The data is obtained primarily from the signal from the first accelerometer.

In (c) ist ein akkumulierter Schaden einer Komponente (hier eine Halterung, die eine elektrische Einheit befestigt) gezeigt für eine Beschleunigung des Getriebes als eine Funktion der Frequenz. Jede beliebige Komponente, die an dem Getriebe 1 befestigt ist, ist motor- und straßeninduzierten Vibrationen ausgesetzt, was strukturelle Ermüdung verursacht. Die Verarbeitungseinheit 12 verarbeitet empfangene Vibrationsdaten und gibt einen berechneten Schaden an den Komponenten aus.In (c) accumulated damage to a component (here a bracket mounting an electrical unit) is shown for acceleration of the transmission as a function of frequency. Any component attached to the transmission 1 is subject to engine and road induced vibrations, causing structural fatigue. The processing unit 12 processes received vibration data and outputs a calculated damage to the components.

In (d) ist die akkumulierte Zeit gezeigt, für welche ein bestimmter Gang eingelegt war. Daten, die hiermit im Zusammenhang stehen, werden am besten aus den Signalen von dem zweiten Beschleunigungsmesser 14 in Kombination mit dem ersten Beschleunigungsmesser 13 hergeleitet. Kombiniert mit einer Eingabe beispielsweise des Dehnungsmessstreifens 15 kann man auch die obigen Daten als eine Funktion des Drehmoments aufzeichnen. Diese Daten helfen dabei, zu verstehen, welche Lager und Zahnräder in dem Getriebe 1 wahrscheinlich ausfallen.In (d) the accumulated time for which a certain gear was engaged is shown. Data related hereto is best derived from the signals from the second accelerometer 14 in combination with the first accelerometer 13 . Combined with an input from, for example, the strain gauge 15, one can also plot the above data as a function of torque. This data helps to understand which bearings and gears in the gearbox 1 are likely to fail.

In (e) beziehungsweise (f) ist die Anzahl gezeigt, dass erfolgreiche und nicht erfolgreiche Schaltvorgänge von und zu bestimmten Gängen durchgeführt wurden. Die Genauigkeit kann auch durch ein Aufzeichnen der Zeit verbessert werden, die ein Schaltvorgang für bestimme Aufwärts- und Abwärts-Schaltvorgänge benötigt. Für eine Auswertung mit hoher Genauigkeit kann ein bestimmter Sensor dem System hinzugefügt werden, der eine axiale Position von Manövrierachsen des Getriebes empfängt.In (e) and (f), respectively, the number is shown that successful and unsuccessful shifts from and to certain gears were carried out. Accuracy can also be improved by recording the time it takes a shift for specific up and down shifts. For a high accuracy evaluation, a dedicated sensor can be added to the system that receives an axial position of maneuvering axes of the gearbox.

Ähnliche Diagramme können für eine akkumulierte Zeit pro erkannter Menge an Ölpartikeln und/oder Temperatur, Winkelbeschleunigung als eine Funktion eines eingelegten Gangs etc. erhalten werden. Ferner können Daten kombiniert werden, die unterschiedliche Parameter betreffen, um einen Überblick über Lasten und Bewegungen zu erhalten, die sich auf das Getriebe auswirken.Similar graphs may be obtained for accumulated time per detected amount of oil particles and/or temperature, angular acceleration as a function of gear engaged, etc. Furthermore, data relating to different parameters can be combined to get an overview of loads and movements affecting the gearbox.

In einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das in 3 dargestellt ist, wird in einem ersten Schritt S1 ein System gemäß der Erfindung, wie es obenstehend beschrieben wurde, an einem Getriebe S1 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Starrkörperbewegung des Getriebes 1 unter Verwendung des ersten Beschleunigungsmessers 13 detektiert, und auf das Getriebe ausgeübte Drehmomente werden unter Verwendung des Dehnungsmessstreifens 15 detektiert. Andere angebrachte Sensoren detektieren in diesem Schritt zum Beispiel eine Drehzahl, eine Temperatur, eine Anzahl von Partikeln in dem Schmieröl, Vibrationen etc. Lokale Dehnungsmessstreifen, die in der Nähe von kritischen Positionen befestigt sind, können verwendet werden, um ein Drehmoment lokal zu detektieren. In einem dritten Schritt S3 werden Signale an die Verarbeitungseinheit 12 gesendet, welche die detektierten physikalischen Größen betreffen. In einem vierten Schritt S4 werden die Signale in der Verarbeitungseinheit 12 empfangen. Auf deren Grundlage wird in einem fünften Schritt S5 eine Zustands- und Leistungsinformation des Getriebes 1 in der Verarbeitungseinheit 12 erzeugt. In dem fünften Schritt werden Datenreduktions-Algorithmen und eine Signalverarbeitung verwendet, um die angeforderte Information aus den eingehenden Signalen zu erzeugen.In a method according to an embodiment of the invention, in 3 is shown, in a first step S1 a system according to the invention as described above is provided on a transmission S1. In a second step S2, rigid body motion of the transmission 1 is detected using the first accelerometer 13, and torques applied to the transmission are detected using the strain gauge 15. Other attached sensors detect in this step for example speed, temperature, number of particles in the lubricating oil, vibrations etc. Local strain gauges attached near critical positions can be used to locally detect torque. In a third step S3, signals relating to the detected physical quantities are sent to the processing unit 12 . The signals are received in the processing unit 12 in a fourth step S4. On this basis, status and performance information of the transmission 1 is generated in the processing unit 12 in a fifth step S5. In the fifth step, data reduction algorithms and signal processing are used to generate the requested information from the incoming signals.

Die Erfindung ist selbstverständlich in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern viele Möglichkeiten für Abwandlungen derselben werden sich für den Fachmann ergeben, ohne dass von dem Rahmen der Erfindung abgewichen würde, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist. Zum Beispiel können dem System weitere Sensoren hinzugefügt werden, wie beispielsweise zusätzliche Dehnungsmessstreifen, die an Positionen angebracht sind, die als verletzlich ermittelt wurden, oder zusätzliche Beschleunigungsmesser, zum Beispiel ein Beschleunigungsmesser, der an dem Lagergehäuse angeordnet ist, um Information betreffend Lagerordnungen zu erhalten und in der Lage zu sein, Lagerausfällte vorherzusagen und zu verhindern. Auch ein GPS-Empfänger kann vorgesehen sein, abhängig davon, welche Information gewünscht wird.The invention is of course in no way limited to the embodiments described above, but many possibilities for modifications thereof will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims. For example, additional sensors can be added to the system, such as additional strain gauges placed at positions determined to be vulnerable, or additional accelerometers, for example an accelerometer placed on the bearing housing to obtain information regarding bearing arrangements and to be able to predict and prevent bearing failures. A GPS receiver can also be provided, depending on what information is desired.

Claims

System for monitoring a gearbox (1) in a drive train of a vehicle, the gearbox (1) having a front end (2) which is adapted to be connected to an engine via a clutch or a corresponding device, a rear end ( 4) adapted to be connected to drive wheels and having a gearbox (7), the system comprising a processing unit (12) and a set of sensors (13, 14, 15, 16) adapted to do so to transmit signals to the processing unit, the set of sensors comprising: - a first accelerometer (13) arranged to detect a rigid body motion of the gearbox (1) in at least one direction, arranged on a part of the gearbox , which is more rigid than an average outer wall of the gearbox housing (7), and - a first strain gauge (15) which is set up to measure a torque exerted on the gearbox (1). t to be detected, characterized in that the first strain gauge (15) is arranged on the transmission (1) at a position at which an output torque from the transmission is detectable, the transmission having a torque-receiving structure (6) between the front end (2) and the rear end (4), and wherein the first strain gauge (15) is arranged at or in front of the torque-absorbing structure (6), and that the processing unit (12) is arranged to receive the signals and on the basis of which to generate status and performance information of the transmission (1) using signal processing and at least one data reduction algorithm, the status and performance information generated by the processing unit (12) including at least one torque that is applied to the Transmission (1) is exercised, and includes a rigid body motion of the transmission (1).

system according to claim 1 , wherein the processing unit (12) is set up to estimate a component life expectancy of the transmission on the basis of the signals and/or the status and performance information of the transmission (1).

system according to claim 1 or 2 , wherein the processing unit (12) comprises storage means for storing the status and performance information.

system according to claim 3 wherein the processing unit (12) is arranged to store the status and performance information relating to at least one of a load history, a movement history, a gear history, a gear shift history and damage caused to a component within the transmission (1).

A system according to any one of the preceding claims, wherein the first accelerometer (13) is located between the torque absorbing structure (6) and the rear end (4).

A system according to any one of the preceding claims, wherein the set of sensors (13, 14, 15, 16) further comprises a second accelerometer (14) mounted on the transmission case (7) between the front end (2) and the torque receiving structure ( 6) is fixed.

A system according to any one of the preceding claims, wherein the first accelerometer (13) is a three-axis accelerometer.

System according to one of the preceding claims, wherein the set of sensors (13, 14, 15, 16) further comprises at least one of a temperature sensor (16) which is arranged to detect a temperature of oil contained in the transmission (1), and a particle counter configured to count particles present in the oil.

System according to any one of the preceding claims, wherein the set of sensors (13, 14, 15, 16) further comprises at least one tachometer (16) arranged to measure a speed of a component within the transmission (1).

A system according to any one of the preceding claims, wherein the processing unit (12) is mounted on the gearbox (1).

Motor vehicle, comprising a drive train, a transmission (1) and a system for monitoring the transmission (1) according to one of Claims 1 until 10 includes.

Method for monitoring a gearbox (1) in a drive train of a vehicle, the gearbox (1) having a front end (2) which is adapted to be connected to an engine via a clutch or a corresponding device, a rear end ( 4) adapted to be connected to drive wheels and having a gearbox (7), characterized in that the method comprises the steps of: - providing a system according to any one of Claims 1 until 10 , - detecting a rigid body movement of the gearbox (1) in at least one direction using the first accelerometer (13) and sending signals related thereto to the processing unit (12), - detecting torque exerted on the gearbox using the strain gauge (15) and Sending relevant signals to the processing unit (12), and - in the processing unit (12) receiving the signals and, on the basis thereof, generating status and performance information of the transmission (1) using signal processing and at least one data reduction algorithm, the status - and performance information generated by the processing unit (12) comprising at least a torque exerted on the gearbox (1) and a rigid body motion of the gearbox (1).

procedure according to claim 12 , further comprising the step of: - estimating a component life expectancy of the transmission (1) based on the signals and/or the condition and performance information of the transmission (1).