DE19922663C2 - Diagnosesystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Diagnosesystem zur Überwachung der
Funktionsweise wenigstens einer Antriebskomponente in Antriebssystemen
von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Diagnosesysteme für einzelne Antriebskomponenten oder Antriebssysteme
sind in einer Vielzahl von Ausführungen für unterschiedlichste Einsatzfälle
bekannt. Diese umfassen Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer, den
aktuellen Ist-Zustand wenigstens einer zu überwachenden
Antriebskomponente bzw. des Antriebssystems wenigstens mittelbar
charakterisierenden Größe, welche ausgewertet bzw. verarbeitet wird. Zu
diesem Zweck werden die, mittels der Einrichtungen zur Erfassung
wenigstens einer, den aktuellen Ist-Zustand wenigstens einer
Antriebskomponente mittelbar charakterisierenden Größe, ermittelten Größen
einer entsprechenden Auswertelektronik, welche in einer Steuereinrichtung
integriert sein kann, zugeführt und von dieser verarbeitet. Zur Erfassung der,
den aktuellen Ist-Zustand der Antriebskomponente wenigstens mittelbar
beschreibenden Größen werden in der Regel Sensoren verwendet. Die
Sensoren wiederum sind zur Erzeugung eines entsprechenden
Ansteuersignales für die Steuervorrichtung mit dieser bzw. bei Auswertung in
einer Diagnoseeinrichtung elektrisch mit dieser gekoppelt. Die
Diagnoseeinrichtung, welche in der Regel in Form eines Diagnosegerätes
ausgeführt ist, meldet wiederum die erfaßten bzw. die bereits ausgewerteten
Größen an eine entsprechende Einrichtung zur Auswertung und/oder
Weiterverarbeitung von Meßdaten. Diese Einrichtung ist Bestandteil der
Fahrzeugsteuerung und elektrisch mit der Diagnoseeinrichtung gekoppelt. Die
Realisierung der Überwachung der Funktionsweise und/oder des Zustandes
einer einzelnen Antriebskomponente setzt dabei eine Verdrahtung zwischen
den einzelnen Komponenten des Diagnosesystems, insbesondere der
Erfassungseinrichtung zur Erfassung der die Funktionsweise der
Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größen, der
Diagnoseeinrichtung und der Diagnoseeinrichtung mit der übergeordneten
Fahrsteuerung voraus. Die Anzahl der Eingänge an der Steuervorrichtung
bzw. an der Diagnoseeinrichtung begrenzt dabei die Anzahl der
Erfassungssysteme. Des weiteren sind bei Ausführung ohne Kabelverbindung
zur Realisierung der Funktionsweise des gesamten Überwachungssystems
zur Energieversorgung der Diagnoseeinrichtung entsprechende
Energiequellen im Fahrzeug vorzusehen. In der Regel werden dazu Batterien
oder Akkus verwendet. Diese weisen jedoch nur eine begrenzte Lebensdauer
auf, was sich negativ auf die Funktionsweise des Überwachungssystems
niederschlägt, da in Abhängigkeit der Speicherkapazität dieser Bauelemente
lediglich immer nur eine zeitlich begrenzte Überwachung ohne Unterbrechung
möglich ist. Des weiteren bedingt das Vorsehen von Energiequellen auch die
Bereitstellung des erforderlichen Bauraumes und von dafür ausgelegten
Haltevorrichtungen im Fahrzeug.
Aufgrund der Kopplung zwischen den Erfassungseinrichtungen zur Erfassung
der die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar
beschreibenden Größen und der Diagnoseeinrichtung sowie der
Diagnoseeinrichtung und der fahrzeugseitigen Steuerelektronik, insbesondere
Steuereinrichtungen bzw. einer Einrichtung zur Meßdatenauswertung sind
Leitungsstränge in der entsprechenden Länge vorzusehen, welche auch am
Fahrzeug befestigt werden müssen, was höhere Kosten für die Montage der
Diagnosevorrichtung bedingt. Des weiteren wird aufgrund der Vielzahl der
verwendeten Leitungsstränge die Anzahl der möglichen Störstellen erhöht,
was sich in einer Verringerung der Verfügbarkeit der Diagnosevorrichtung
niederschlägt. Insbesondere beim Einsatz in Schienenfahrzeugen, bei
welchen die die Meßdaten verarbeitende Einheit in erheblichem räumlichem
Abstand zu den eigentlichen Erfassungseinrichtungen angeordnet ist, führt
dies zu einer hohen Störanfälligkeit und aufgrund der umständlichen
Kabelführung zu hohen Kosten.
Aus der Druckschrift DE 197 00 353 A1 ist eine Vorrichtung zur Diagnose
sicherheitsrelevanter Systemzustandsgrößen eines Kraftfahrzeuges durch eine
Datenverarbeitungseinheit vorbekannt, welche in der Lage ist, die von
bekannten Sensoren gemessenen einzelnen physikalischen,
meteorologischen sowie manuell eingegebenen Werten bestimmter
Zustandsgrößen hinsichtlich ihrer spezifischen Besonderheiten und
Abweichungen von entsprechenden kraftfahrzeug- und
verkehrswegetypischen nominierten oder nominierbaren Vergleichswerten und
deren interaktiven sicherheitsrelevanten Wirkungen im Fahrer-Fahrzeug-
Umweltsystem zu erkennen, zu bewerten und bei sicherheitsrelevanten
Abweichungen Steuerungsoperationen zu generieren. Dabei erfolgt die
Datenübertragung im Fahrzeug über einen Datenbus und nach außerhalb des
Fahrzeuges an eine Operationszentrale via Funk. Die Auswertung erfolgt somit
immer in einer stationären Auswerteinrichtung und ist an diese gebunden.
Aus der Druckschrift DE 196 20 440 A1 ist eine Diagnosevorrichtung speziell
für elektronische Steuergeräte von Kraftfahrzeugen bekannt, bei welcher die
Datenübertragung über Infrarot realisiert wird. Ein wesentlicher Nachteil
besteht darin, daß zuerst eine Übertragung der entsprechenden Daten von
Antriebskomponenten an die elektronischen Steuergeräte erfolgen muß, bevor
eine Übertragung per Infrarottechnik zum Auslesen des Fehlercodes in
Betracht gezogen werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein
Diagnosesystem der Eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß
die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen ist dabei auf eine
zeitlich unbegrenzt mögliche Überwachung mit geringem konstruktivem und
steuerungstechnischem Aufwand abzustellen. Das Diagnosesystem soll dabei
unabhängig von der Anordnung der fahrzeugseitigen Einrichtung zur
Auswertung von Meßdaten im Fahrzeug integrierbar sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1
charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
wiedergegeben.
Das Diagnosesystem umfaßt wenigstens eine Diagnosevorrichtung, welche
wenigstens einer Antriebskomponente zugeordnet ist. Die
Diagnosevorrichtung ist mit einer Einrichtung zur Auswertung bzw.
Verarbeitung von Meßdaten gekoppelt, welche an beliebiger Stelle im
Fahrzeug angeordnet sein kann. Die Kopplung wird durch Mittel zur
Übertragung elektromagnetischer Wellen realisiert. Diese weist dazu
wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung auf, welche
fahrzeugseitig, das heißt an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet ist und
eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, welche der Diagnoseeinrichtung
zugeordnet ist. Die Diagnoseeinrichtung ist dabei in unmittelbarer räumlicher
Nähe zur Antriebskomponente angeordnet. Die Diagnosevorrichtung umfaßt
des weiteren wenigstens eine Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die
Funktionsweise der Antriebskomponente wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe, welche mit den Eingängen der Diagnoseeinrichtung
koppelbar sind und zusätzlich optional in einer bevorzugten Ausführung
wenigstens eine Energiespeichereinrichtung zur Versorgung der
Diagnosevorrichtung mit elektrischer Leistung. Die Speisung der
Energiespeichereinrichtung erfolgt dabei wenigstens teilweise über die Mittel
zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, beispielsweise in Form einer
sogenannten Funkstrecke. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen,
insbesondere die fahrzeugseitige Sende- und/oder Empfangseinrichtung und
die der Diagnoseeinrichtung unmittelbar zugeordnete Sende- und/oder
Empfangseinrichtung weisen dabei jeweils wenigstens eine Antenneneinheit
auf.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, das aufgrund der
Datenübertragung über die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen
eine drahtlose Verbindung zwischen der Sende- und/oder
Empfangseinrichtung der fahrzeugseitigen Elektronik und der Sende-
und/oder Empfangseinrichtung der Diagnosevorrichtung möglich wird. Die
Anordnung der Diagnoseeinrichtung gegenüber der fahrzeugseitigen
Einrichtung zur Auswertung von Meßdaten kann dabei beliebig, insbesondere
hinsichtlich des räumlichen Abstandes zueinander erfolgen. Die Anzahl der
möglichen Störstellen in der Datenübertragung wird aufgrund der
Verringerung der erforderlichen Leitungsstränge und Reduzierung der
Gesamtlänge der Leitungsstränge somit auf ein Minimum reduziert.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Diagnoseeinrichtung
unmittelbar an der Antriebskomponente angeordnet und an dieser befestigt.
Denkbar ist es auch, die Diagnoseeinrichtung in das Gehäuse der zu
überwachenden Antriebskomponente zu integrieren.
Unter Diagnose wird dabei wenigstens immer die Funktion der Erfassung von
Meßdaten, welche die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens
mittelbar beschreiben, verstanden. Zusätzlich ist es möglich, im Rahmen der
Diagnose auch eine Auswertung dieser Meßdaten vorzunehmen, wobei die
Auswertung unterschiedlich erfolgen kann. Im einfachsten Fall erfolgt lediglich
ein Vergleich hinsichtlich der Größe der erfaßten Werte, insbesondere ob
diese zulässige vorgebbare Grenzwerte über- und/oder unterschreiten. Andere
Auswertmodien sind ebenfalls denkbar.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es des weiteren, daß durch die
Funktionsübernahme der Energieversorgung über die Mittel zur Übertragung
elektromagnetischer Wellen keinerlei zusätzliche Bauteile mit begrenzter
Lebensdauer im Überwachungssystem mehr erforderlich sind. Ein
wesentlicher weiterer Vorteil besteht darin, daß durch den Wegfall der
Verkabelung durch die drahtlose Übertragung der Meßgrößen zwischen
Empfang- und/oder Sendeeinrichtung der Diagnoseeinrichtung und der
fahrzeugseitig angeordneten Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung auch das
Erfordernis der Bereitstellung einer entsprechenden Anzahl von
Steckkontakten zur Realisierung der Überwachung einer Antriebskomponente
wegfällt. Die Vermeidung der ansonsten erforderlichen Verdrahtung bietet den
Vorteil, daß keinerlei Begrenzung hinsichtlich der Anzahl der an einen
Empfänger bzw. an das Diagnosegerät anschließbaren Erfassungssysteme
erfolgt. Aufgrund der Reduzierung der erforderlichen Leitungsverbindungen
auf ein Minimum ist es des weiteren möglich, das erfindungsgemäße
Diagnosesystem in bereits vorhandene Antriebsstränge ohne wesentlichen
Mehraufwand einzubauen, das heißt, nachzurüsten.
Die fahrzeugseitig angeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung ist
Bestandteil einer Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von
Meßdaten. Diese Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von
Meßdaten wiederum kann Bestandteil von Steuerungen, vorzugsweise einer,
einzelnen Steuerungen übergeordneten Fahrsteuerung sein. Andere
Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar.
Vorzugsweise ist jeder Antriebskomponente ein entsprechendes
Diagnosesystem zugeordnet, wobei die fahrzeugseitig angeordnete Sende-
und/oder Empfangseinrichtung vorzugsweise Bestandteil mehrerer
verschiedener Diagnosesysteme ist. Denkbar ist jedoch auch, daß jedes
Diagnosesystem eine fahrzeugseitig angeordnete Sende- und/oder
Empfangseinrichtung aufweist, wobei die einzelnen Sende- und/oder
Empfangseinrichtungen der einzelnen Diagnosesysteme über entsprechende
Kommunikationsschnittstellen im Fahrzeug miteinander gekoppelt sind. Als
diese können beispielsweise ein sogenannter Can-Bus oder ein MVB
angesehen werden.
Vorzugsweise findet die erfindungsgemäße Lösung für die Diagnose von
Antriebskomponenten in Schienenfahrzeugen Verwendung. In diesem Fall ist
beispielsweise die fahrzeugseitige Sende- und/oder Empfangseinrichtung am
Wagenkasten angeordnet, während die Diagnosevorrichtung direkt in die
Antriebskomponente, zum Beispiel in das Gehäuse eines Radsatzgetriebes
eines Schienenfahrzeuges integriert ist und somit keinerlei Kabelverbindung
zum Fahrzeug aufgrund der drahtlosen Übertragung der Meßdaten an die
fahrzeugseitige Sende- und/oder Empfangseinrichtung benötigt. Die im
Wagenkasten angeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung sendet
neben den Datenanforderungen auch die erforderliche Leistung zum
Betreiben der Diagnosevorrichtung an die Diagnoseeinrichtung an der
Antriebskomponente. Die Übertragung erfolgt dabei beispielsweise mit einer
Frequenz von ca. 2,4 GHz. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung,
welche an beweglicher Stelle am Fahrzeug angeordnet ist, empfängt dabei
die Rohdaten von der Diagnoseeinrichtung, wertet diese aus und gibt sie zum
Beispiel über ein Datennetzwerk (Can-Bus, MVB) an die Fahrzeugsteuerung
weiter. Die in der Antriebskomponente integrierte Diagnoseeinrichtung
empfängt die erforderliche Leistung über die Mittel zur Übertragung
elektromagnetischer Wellen und speichert diese in einer geeigneten
Energiespeichereinheit. Die Diagnoseeinrichtung wertet die Daten der an den
Antriebskomponenten angebrachten Sensoren aus und sendet die Daten auf
Anforderung und/oder fortlaufend an die Sende- und/oder
Empfangseinrichtung im Wagenkasten.
Die Datenübertragung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der zur Verfügung
stehenden Energiebilanz an der Diagnosevorrichtung. Die
Diagnosevorrichtung kann somit entweder ständig oder zeitweise betrieben
werden. Im letztgenannten Fall erfolgt die Betriebsweise der
Diagnosevorrichtung entweder zyklisch in bestimmten vordefinierbaren
Zeitabständen oder beliebig. Dies gilt in Analogie auch für die Übertragung
der erfaßten Meßdaten. Im einfachsten Fall werden dabei bereits zum Teil in
der Diagnoseeinrichtung die Meßdaten hinsichtlich ihrer Relevanz
ausgewertet, insbesondere hinsichtlich der Überschreitung bestimmter
Grenzwerte. Eine Übertragung an die fahrzeugseitige Auswertelektronik erfolgt
dann nur bei Überschreitung oder Unterschreitung der erforderlichen
Grenzwerte. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei Anforderung durch
die fahrzeugseitige Auswertelektronik zusätzlich Meßdaten zu beliebigen
Zeitpunkten zu übermitteln. Dies erfolgt beispielsweise immer dann, wenn
beispielsweise über die Fahrsteuerung durch entsprechende
Ansteuerungsvorgänge zusätzliche Aufgaben erfüllt werden müssen, wozu die
den Funktionszustand der Antriebskomponenten wenigstens mittelbar
beschreibenden Größen verwendet werden.
Die konkrete vorrichtungsmäßige Umsetzung bzw. Ausgestaltung der
Diagnosevorrichtung hängt von den konkreten Erfordernissen des
Einsatzfalles ab und liegt im Ermessen des zuständigen Fachmannes,
insbesondere was die Auswahl der einzelnen Erfassungsmittel anbelangt und
deren Kopplung mit der Diagnosevorrichtung. Für die Realisierung der
Verbindung mit der fahrzeugseitigen Sende- und/oder Empfangseinrichtung
weist die Diagnosevorrichtung in der Regel immer eine Sende- und/oder
Empfangseinrichtung auf, welche mit der Diagnoseeinrichtung, insbesondere
einem Ausgang der Diagnoseeinrichtung gekoppelt ist.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht die Möglichkeit, daß die
Diagnoseeinrichtung und/oder die fahrzeugseitige Sende- und/oder
Empfangseinrichtung und/oder die fahrzeugseitige Einrichtung zur
Auswertung von Meßdaten wenigstens eine Speichereinrichtung umfaßt,
welche die erfaßten bzw. die übermittelten Meßdaten in bestimmten
Zeitabständen abspeichert, beispielsweise in Form von Tabellen und/oder
Kennlinien und/oder Protokollen und diese zur statistischen Auswertung zur
Verfügung stellen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren
erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Diagnosesystems;
Fig. 2 verdeutlicht anhand eines Blockschaltbildes eine besonders
vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen
Diagnosesystems für ein Achsgetriebe.
Die Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines
Blockschaltbildes die grundlegende Funktionsweise eines erfindungsgemäß
gestalteten Diagnosesystems 1. Das Diagnosesystem zur Überwachung der
Funktionsweise von Antriebskomponenten in Antriebssträngen von
Fahrzeugen ist wenigstens einer Antriebskomponente 7 zugeordnet. Das
Diagnosesystem 1 umfaßt wenigstens eine, der Antriebskomponente 7
zugeordnete Diagnosevorrichtung 4, welche wenigstens eine
Diagnoseeinrichtung 5 aufweist, die in unmittelbarer räumlicher Nähe zur
Antriebskomponente 7 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die
Diagnoseeinrichtung 5 in der Antriebskomponente 7 integriert. Des weiteren
umfaßt die Diagnosevorrichtung 4 wenigstens eine Einrichtung 6 zur
Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise der Antriebskomponente 7
wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe. Vorzugsweise sind eine
Mehrzahl von Einrichtungen 6.1 bis 6.n vorgesehen, welche unterschiedliche
Größen zur Beschreibung der Funktionsweise der Antriebskomponente
erfassen können. Als Antriebskomponenten 7 fungieren dabei beispielsweise
Kupplungseinrichtungen, Bremseinrichtungen, Getriebebaueinheiten etc. Die
Diagnoseeinrichtung 5 übernimmt dabei die Aufgabe, die mittels der
Einrichtungen zur Erfassung einer, den aktuellen Funktionszustand der
Antriebskomponente 7 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe
ermittelten Größen zu erfassen, eventuell auszuwerten und an eine
fahrzeugseitig angeordnete Einrichtung zur Meßdatenerfassung und/oder
Verwertung 22 zu übermitteln. Die Übermittlung erfolgt über Mittel zur
Übertragung elektromagnetischer Wellen 10. Diese Mittel umfassen eine
Funkstrecke 11, eine der Diagnoseeinrichtung zugeordnete Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 9 und die an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnete
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2, welche Bestandteil einer
fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung zur Meßdatenverwertung 22 ist. Es
besteht dabei theoretisch auch die Möglichkeit, die fahrzeugseitige
Einrichtung zur Meßdatenverwertung 22 als Steuer- und/oder Regeleinrichtung
auszuführen. Diese ist jedoch nicht zwingend Bestandteil des
Diagnosesystems 1.
Des weiteren weist die Diagnosevorrichtung 4 wenigstens eine
Energiespeichereinrichtung 8 auf, welche die einzelnen Einrichtungen zur
Erfassung wenigstens einer, den aktuellen Funktionszustand einer
Antriebskomponente 7 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis
6.n und/oder die Diagnoseeinrichtung 5 mit elektrischer Leistung versorgt.
Erfindungsgemäß wird dabei die Energeispeichereinrichtung 8 über die Mittel
zur Übertragung elektromagnetischer Wellen 10 mit elektrischer Leistung
versorgt. Dabei wird über die Energiespeichereinheit 8 die über die
Funkstrecke 11 übertragene Energie aufintegriert bis genügend Energie für
eine Rückmeldung der mit der Diagnoseeinrichtung erfaßten bzw. bereits
ausgewerteten Daten zur Verfügung steht.
Zur Kopplung der Diagnoseeinrichtung 5 mit den Einrichtungen zur Erfassung
einer, den aktuellen Funktionszustand einer Antriebskomponente wenigstens
mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis 6.n und der Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 9 sind eine entsprechende Anzahl von Eingängen 12.1
bis 12.n an der Diagnoseeinrichtung 5 vorgesehen, welche mit den
Einrichtungen zur Erfassung einer, die Funktionsweise der
Antriebskomponenten 7 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis
6.n wenigstens mittelbar koppelbar sind. Des weiteren weist die
Diagnoseeinrichtung 5 wenigstens einen Ausgang 13.1 auf, welcher
wenigstens mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 der Mittel zur
Übertragung elektromagnetischer Wellen 10 gekoppelt ist. Die
Diagnoseeinrichtung 5 ist vorzugsweise als Mikroprozessor ausgeführt und
weist zur Energiespeichereinrichtung einen weiteren Eingang 12.n + 1 auf,
welcher mit der Energiespeichereinrichtung 8 gekoppelt ist.
Die Fig. 2 verdeutlicht anhand einer Funktionsskizze in schematisch
vereinfachter Darstellung eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung für
ein Diagnosesystem 1 für ein Achsgetriebe. Der Grundaufbau entspricht dabei
dem in der Fig. 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen
Bezugszeichen verwendet werden. Das Diagnosesystem 1 umfaßt auch hier
eine Diagnosevorrichtung 4, welche eine Diagnoseeinrichtung 5 in Form einer
Mikroprozessoreneinheit 14 oder eine Elektronischen Control Unit umfaßt. Als
Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer die Funktionsweise einer
Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis 6.n
sind hier Sensoren 17.1 bis 17.n vorgesehen, wobei im dargestellten Fall der
Sensor bzw. die Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl mit 17.1, ein
Temperatursensor mit 17.2 und die optionalen Sensoren zur Ermittlung des
Füllungsstandes hydrodynamischer Bauelemente mit 17.3, die der
Schwingung zur Ermittlung der Schwingungen mit 17.4 bezeichnet sind. Zur
Verarbeitung der mittels den einzelnen Erfassungseinrichtungen 6.1 bis 6.n
generierten Signale in der Mikroprozessoreneinheit 14 bzw. der
Elektronischen Control Unit sind entsprechende elektronische Bauelemente
18.1 bis 18.n vorgesehen, mittels welchen die mit den Sensoren 17.1 bis 17.n
erfaßten Signale in die entsprechenden elektrischen Signale zur Verarbeitung
in der Mikroprozessoreneinheit 14 umgewandelt werden. Die dafür
verwendeten elektrischen Bauelemente und Schaltungen können
unterschiedlich ausgeführt sein und entsprechend dem Einsatzerfordernis
angepaßt werden. Die jeweils konkrete Ausgestaltung für den Einsatzfall liegt
dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Im dargestellten Fall sind
dabei Signalaufbereitungsmittel 23, hier 23.1 und 23.2, welche den
Einrichtungen 6.2 und 6.3 bis 6.n zugeordnet sind, vorgesehen. Die Mittel zur
Signalaufbereitung 23 wandeln dabei die mittels der Sensoren, insbesondere
dem Temperatursensor 17.2 und den optionalen Sensoren zur Ermittlung des
Füllstandes hydrodynamischer Komponenten 17.3 und der Schwingungen
17.4 in analoge Signale um, welche über einen Analog/Digitalwandler 24 dem
Mikroprozessor als digitale Signale zugeführt werden.
Die Versorgung der Diagnoseeinrichtung 5 bzw. der Sende- und
Empfangseinrichtung 9 der Diagnosevorrichtung erfolgt über die
Energiespeichereinheit 8. Im dargestellten Fall sind dabei entsprechende
Spannungsumformer 19 vorgesehen, welche der Energiespeichereinheit 8
zugeordnet sind. Die zum Betreiben der Mikroprozessoreneinheit 14
erforderliche Energie wird dabei über die Energiespeichereinheit 8
bereitgestellt. Diese wird aus den Mitteln zur Übertragung elektromagnetischer
Wellen 10 gespeist, im einzelnen über die Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 9, welche wenigstens eine Antenne 25 umfaßt. Die
Diagnosevorrichtung 5 kann dabei in allen Fahrzuständen des Fahrzeuges mit
Energie über die fahrzeugseitig angeordnete Einrichtung zur
Meßdatenerfassung und Ver- bzw. Auswertung 22, insbesondere der Sende-
und/oder Empfangseinrichtung mit Leistung versorgt werden.
Das Diagnosesystem 1 kann auf unterschiedliche Art und Weise betrieben
werden. Vorzugsweise werden die mittels der Einrichtungen 6.1 bis 6.n zur
wenigstens mittelbaren Erfassung einer, den Funktionszustand einer
Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelten
Größen fortlaufend bzw. in einem bestimmten vordefinierbaren Zeitabstand
fortlaufend ermittelt. Die erfaßten bzw. ermittelten Daten werden dabei mittels
der Diagnoseeinrichtung, insbesondere der Mikroprozessoreneinheit 14 in
entsprechender Weise aufgearbeitet und entweder fortlaufend oder zyklisch
über die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen 10 der
fahrzeugseitig angeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2
zugeleitet. Die fahrzeugseitig angeordnete Sende- und/oder
Empfangseinrichtung, welche Bestandteil einer fahrzeugseitigen Einrichtung
zur Meßdatenerfassung und/oder Verwertung 22 ist, ist Bestandteil des
Diagnosesystems 1 und bildet somit die Schnittstelle zwischen dem
Diagnosesystem 1 und der fahrzeugseitigen Auswertelektronik. Die
Diagnoseeinrichtung 5 ist in unmittelbarer räumlicher Nähe der
Antriebskomponente angeordnet, vorzugsweise in das Gehäuse der
Antriebskomponente integriert. Ein entscheidender Vorteil dieser Ausführung
besteht vor allem für die Anwendungsfälle, bei welchen zwischen der
fahrzeugseitigen Elektronik und den Einrichtungen zur Erfassung bestimmter
Größen erhebliche räumliche Abstände bestehen, wie beispielsweise in
Schienenfahrzeugen. Für diesen Fall wird die Diagnoseeinrichtung
vorzugsweise in den Radsatzgetrieben angeordnet, wobei die fahrzeugseitige
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 an beliebiger Stelle des
Schienenfahrzeuges angeordnet sein kann, da die Übermittlung der
entsprechenden Meßdaten drahtlos mittels Mitteln zur Übertragung
elektromagnetischer Wellen 10 erfolgt. Die fahrzeugseitige Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 2 kann dabei beispielsweise am Wagenkasten
angeordnet sein. Diese dient der Weiterleitung der ermittelten Meßdaten
mittels der Diagnoseeinrichtung 5 beispielsweise zu einer übergeordneten
Fahrzeugsteuerung, vorzugsweise über entsprechende
Datenkommunikationsschnittstellen, beispielsweise einem sogenannten Can-
Bus oder MVB.
Die Diagnosevorrichtung 4 weist wenigstens zwei Funktionszustände auf.
Diese sind zum einen beim Einsatz in Fahrzeugen durch den Stillstand des
Fahrzeuges bei betriebener Antriebsmaschine und der Leistungsübertragung
von der Antriebsmaschine zu den Rädern im Traktionsbetrieb charakterisiert.
Um in diesen ersten Funktionszustand, das heißt dem Stillstand des
Fahrzeuges auf die Betriebsbereitschaft der Diagnosevorrichtung 4 überprüfen
zu können, wird von der fahrzeugseitig angeordneten Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 2, welche Bestandteil der Mittel zur Übertragung
elektromagnetischer Wellen ist, zyklisch ein Statussignal von der
Diagnoseeinrichtung 5 angefordert. Denkbar ist beispielsweise eine
Anforderung von ca. einmal pro Minute. Zur Speisung der
Energiespeichereinheit 8 der Diagnosevorrichtung 4 steht dabei in diesem
Funktionszustand nur die über die Einrichtung zur Übertragung
elektromagnetischer Wellen 10 übertragbare Energie zur Verfügung.
Im Funktionszustand Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine zu den
Rädern übernimmt die Diagnoseeinrichtung 5 wenigstens die folgenden
Funktionen:
- - Frequenzerfassung, Drehzahlberechnung und Meldung von unzulässigen Drehzahlen
- - Speicherung von Geschwindigkeitsklassen und der Wegstrecke und/oder
- - Temperaturerfassung und Meldung von unzulässigen Temperaturen und/oder
- - Speicherung von Temperaturklassen
In Abhängigkeit der vorliegenden Größe der Energiebilanz muß dabei
entschieden werden, ob ab einer bestimmten Drehzahl/Temperatur ein
Dauerbetrieb der Diagnosevorrichtung möglich ist, oder ob nur ein zyklischer
Betrieb der Diagnosevorrichtung und damit der gesamten Auswertelektronik
erfolgen kann. Dabei ist jedoch zu beachten, daß auch hohe Drehzahlen bei
zyklischem Betrieb sofort zu erfassen sind.
Für den Fall, daß keine unzulässigen Drehzahlen oder Temperaturen erfaßt
werden, liegt am Ausgang der Diagnoseeinrichtung 5 kein Signal für die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 an. Zur Sicherstellung der
Betriebsbereitschaft der Diagnoseeinrichtung 4 wird jedoch auch in diesem
Betriebszustand zyklisch ein Statussignal von der Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 2 angefordert. Auch die mittels der optionalen Sensoren
17.2 bis 17.n erfaßten Größen werden ähnlich ausgewertet. Eine Meldung zur
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 bzw. zur Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 2 erfolgt dann nur bei Überschreitung von Grenzwerten.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zusätzlich die in der
Diagnosevorrichtung, insbesondere Diagnoseeinrichtung 5 speicherbaren
Statistiken zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 übertragen. Die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 sendet dazu einen entsprechenden
Befehl an die Diagnosevorrichtung 4. Diese Datenübertragung muß dabei
nicht mit hoher Geschwindigkeit erfolgen und kann zum Beispiel durch
Pausen zum Auffüllen der Energiespeichereinheit 8 unterbrochen werden. Die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2, welche an beliebiger Stelle im
Fahrzeug angeordnet ist, ist dazu beispielsweise mit einer übergeordneten
Fahrzeugsteuerung verbunden. Die Verbindung wird im einfachsten Fall nur
über eine Leitung realisiert, worüber ein digitales Statussignal ausgegeben
wird.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Diagnosevorrichtung 4 und/oder die
Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 mit einer Speichereinheit 20 bzw. 21
zu versehen. In diesen Speichereinheiten erfolgt die Zwischenspeicherung der
erfaßten Daten über eine bestimmte Zeitdauer, um damit statistische
Auswertungen zu ermöglichen. Beispielsweise können dabei
Temperaturkollektive und Temperaturüberschreitungen im Bezug auf die
Zeiteinheiten erfaßt werden. Dies kann in Analogie auch für Drehzahlkollektive
und Drehzahlüberschreitungen erfolgen.
1
Diagnosesystem
2
Sende- und/oder Empfangseinrichtung
4
Diagnosevorrichtung
5
Diagnoseeinrichtung
6.1-6.n Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
6.1-6.n Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
7
Antriebskomponente
8
Energiespeichereinheit
9
Sende- und/oder Empfangseinrichtung
10
Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen
11
Funkstrecke
12.1-12.n + 1 Eingang der Diagnoseeinrichtung
13.1-13.n Ausgang
12.1-12.n + 1 Eingang der Diagnoseeinrichtung
13.1-13.n Ausgang
14
Mikroprozessor
15
Elektronische Control Unit
17.1
Drehzahlsensor
17.2
Temperatursensor
17.3-17.n Optionale Sensoren
17.3-17.n Optionale Sensoren
18
elektronische Baueinheiten
19
Spannungsumformer
20
Speichereinheit
21
Speichereinheit
22
Fahrzeugseitige Einrichtung zur Meßdatenverwertung
23
Signalaufbereitungsmittel
24
Analog/Digitalwandler
25
Antenne
26
Antenne
Claims (10)
1. Diagnosesystem zur Überwachung der Funktionsweise wenigstens
einer Antriebskomponente für den Einsatz in Antriebssträngen von
Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen;
- a) mit einer Diagnosevorrichtung (4), umfassend wenigstens eine Diagnoseeinrichtung (5), Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und Mitteln zur Kopplung mit einer beliebig im Fahrzeug angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten;
- a) die Mittel zur Kopplung der Diagnosevorrichtung (4) mit der Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten (22) umfassen Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen;
- b) die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen umfassen wenigstens eine, der Diagnoseeinrichtung (5) zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung (9) und eine der fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung (2);
- c) die Diagnoseeinrichtung (5) ist in unmittelbarer räumlicher Nähe der Antriebskomponente (7) angeordnet;
- d) die Diagnosevorrichtung (4) umfaßt des weiteren wenigstens eine Energiespeichereinrichtung (8) zur Versorgung der Diagnoseeinrichtung mit elektrischer Leistung;
- e) die Energeispeichereinrichtung (8) wird über die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen (10) mit Leistung gespeist.
2. Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diagnoseeinrichtung (5) am Gehäuse der Antriebskomponente (7)
befestigt ist.
3. Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (5) im Gehäuse der
Antriebskomponente (7) integriert ist.
4. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
durch die folgenden Merkmale:
- a) die Diagnoseeinrichtung (5) weist eine Vielzahl von Eingängen (12.1-12.n) auf, welche jeweils mit wenigstens einer Einrichtung (6.1-6.n) zur Erfassung wenigstens einer, den Funktionszustand der Antriebskomponente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe koppelbar ist;
- b) die Diagnoseeinrichtung (5) weist des weiteren einen Eingang (12.n + 1) für die Kopplung mit der Energiespeichereinheit (8) auf;
- c) die Diagnoseeinrichtung (5) weist wenigstens einen Ausgang (13) zur wenigstens mittelbaren Verbindung mit der fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten (22) auf.
5. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung (5) wenigstens eine
Speichereinrichtung (20) aufweist zur Speicherung
der, den Funktionszustand der
Antriebskomponente charakterisierenden Größe.
6. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die fahrzeugseitig angeordnete Einrichtung zur
Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten (22) eine
Speichereinheit zur wenigstens zeitlich begrenzten Speicherung der
mittels der Diagnoseeinrichtung übermittelten Meßdaten aufweist.
7. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betriebsweise der Diagnoseeinrichtung in
Abhängigkeit von der in der Energiespeichereinrichtung (8)
gespeicherten Energie erfolgt.
8. Diagnosesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diagnosevorrichtung zyklisch betrieben wird.
9. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die fahrzeugseitig angeordnete Einrichtung zur
Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten (22) Bestandteil einer
übergeordneten Fahrsteuerung ist.
10. Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die der fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung
zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten zugeordnete
Sende- und/oder Empfangseinrichtung (2) Bestandteil einer Vielzahl
von Diagnosesystemen unterschiedlicher Antriebskomponenten ist.
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