DE2922371C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Meldeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Meldeeinrichtungen unterschiedlicher Art, nämlich unter Verwendung von anzeigenden Meßgeräten oder von Zweipunktschaltungen mit optischen Anzeigen, finden beispielsweise im Kraftfahrzeug Anwendung, um das Überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur des Motors oder den Ausfall des Öldruckes zu signalisieren. Nachteilig an diesen Meldeeinrichtungen ist, daß sie individuell auf Erfassung bestimmter Kriterien hinsichtlich einer einzigen möglicherweise einmal auftretenden Fehlfunktion ausgelegt sein müssen, was den schaltungstechnischen und apparativen Aufwand bei der Meßwerterfassung und -aufbereitung insgesamt sehr hoch ansiedelt. Nachteilig ist bei den Zweipunkt-Verhalten aufweisenden Meldeeinrichtungen darüber hinaus insbesondere, daß diese erst ansprechen, wenn der Fehler bereits aufgetreten ist und im Regelfalle erhebliche Folgeschäden schon nicht mehr zu vermeiden sind. Bei kontinuierlich anzeigenden Meßgeräten andererseits ist von Nachteil, daß die Betreiber der Kraftmaschine, beispielsweise die Lenker eines Kraftfahrzeuges, im Regelfalle die Meßwerte für unterschiedliche Betriebszustände nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechend interpretieren und somit in ihrer Auswirkung auf weiterhin ordnungsgemäßes Verhalten der Kraftmaschine im Betrieb auswerten können, so daß auch diese kontinuierlich oder quasikontinuierlich anzeigenden Meßgeräte letztlich wieder nur als Zweipunkt-Anzeigegeräte genutzt werden.

Aus der DE-OS 22 36 959 ist eine gattungsgemäße Meldeeinrichtung bzw. Testeinrichtung zum Testen des Zustandes einer Maschine bekannt, bei welcher eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals gemäß dem Schwingungs-Ausgangssignal der Maschine, ein Spektrum-Analysator und eine Auswerteanordnung vorgesehen sind, wobei durch die Auswerteanordnung das Verhältnis ausgewählter Schwingungskomponenten ausgewertet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Meldeeinrichtung so auszubilden, daß eine genauere Früherkennung hinsichtlich des Auftretens von Funktionsfehlern ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß bei Maschinen mit einer großen Anzahl mechanisch miteinander zusammenwirkender Einzelaggregate im Betrieb ein breites Schwingungsspektrum abgestrahlt wird, das sich auf charakteristische Weise nicht nur je nach den momentanen Betriebsparametern, sondern insbesondere auch bei Auftreten von Fehlern schon in früherem Stadium aufgrund geänderten Schwingungsverhaltens und geänderter Schwingungsanregung in signifikanter Weise verändert.

Vorteile der Erfindung

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bei einer Meldeeinrichtung gattungsgemäßer Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 getroffen werden.

Es wird also das Schwingungsspektrum der ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine in Form des Leistungsspektrums als Referenzmuster abgespeichert und später unter vergleichbaren Betriebsbedingungen das momentane Leistungsspektrum aufgenommen, um es mit dem Referenzspektrum zu vergleichen und bei Auftreten signifikanter Veränderungen, deren Bedeutung im Regelfalle für bestimmte Kraftmaschinentypen experimentell zu ermitteln ist, allgemeine oder qualifizierte Alarmgaben hervorzurufen. Diese Alarmgaben erfolgen zu einem extrem frühen Zeitpunkt in Bezug auf das tatsächliche Auftreten einer Fehlfunktion, nämlich bereits unter noch angenähert normalen Betriebsgegebenheiten, wenn die Fehlfunktion sich noch gar nicht voll ausgebildet hat.

Das ist insbesondere für Kraftmaschinen als Antrieben in Luftfahrzeugen, aber auch für Verbrennungsmotoren als Kraftmaschinen in Automobilen von Interesse, weil beispielsweise schon beim Probelauf der Kraftmaschine vor dem Start feststellbar ist, ob das momentane Spektrum mit dem Referenzspektrum übereinstimmt und deshalb in absehbarer Zeit das Auftreten von Fehlfunktionen nicht zu befürchten ist, oder ob sich eine Betriebsstörung ankündigt, die sofort eine nähere Untersuchung in einer Spezialwerkstatt erfordert oder aber, aufgrund der Kriterien, die beim Mustervergleich festgestellt werden können, ein Hinausschieben der Untersuchung noch rechtfertigt. Die apparative Realisierung einer solchen Meldeeinrichtung benötigt beim heutigen Stande und der absehbaren Entwicklungstendenz der integrierten Technik auf dem Gebiete analoger Schaltungen (für die Spektralanalyse) und digitaler Schaltungen (für die Speicherung und den Vergleich des aktuellen Musters mit dem Referenzmuster) nur sehr geringen Raum; und die insbesondere auf dem Gebiete der hoch-integrierten analogen Schaltungsteile heute noch vergleichbar hohen Kosten, die die Realisierung solcher Meldeeinrichtungen nur in Sonderfällen wie beispielsweise im Luftfahrtbereich aktuell vertretbar erscheinen lassen, werden mit Sicherheit in absehbarer Zeit einen ähnlichen Preisverfall verzeichnen, wie in jüngerer Vergangenheit auf dem Gebiete der hochintegrierten digitalen Schaltungen, so daß dann auch die Großserienproduktion für Standardausrüstung von Kraftfahrzeugen wirtschaftlich vertretbar wird. Dann ist das Ziel erreicht, auch technisch nicht begabten Lenkern eines Kraftfahrzeuges mit geringem apparativem Aufwand ein gesteigertes Sicherheitsgefühl zu vermitteln, indem hinsichtlich einer größeren Anzahl wichtiger Kriterien eine zuverlässige Meldung über die nicht nur aktuelle, sondern auch zukünftige Betriebsbereitschaft des Fahrzeuges erfolgt.

Für den Massenbedarf rechtfertigt es sich, im Interesse einer Reduzierung des erforderlichen Speicherbedarfes für die miteinander zu vergleichenden Muster ein typisches Leistungsspektrum bei einem bestimmten Betriebszustand der Kraftmaschine der Untersuchung auf in Entwicklung befindliche Funktionsfehler zugrundezulegen und hierfür das Kriterium einer bestimmten Betriebsdrehzahl zu wählen, wie es der Anspruch 2 lehrt.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 dagegen dient der Erfassung einer Vielzahl von Kriterien zur Beurteilung der Betriebstüchtigkeit der Kraftmaschine im Interesse einer genaueren Aussagemöglichkeit über etwa eintretende Fehlfunktionen, wobei die Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebsdrehzahlen als Parameter der miteinander zu vergleichenden Muster sicherstellt, daß auch Schwingungserzeuger erfaßt werden, deren Aktivität in unterschiedlichen Drehzahlbereichen sehr unterschiedlich ist, bzw. etwaige Fehlfunktionen, die nur bei bestimmten Drehzahlbereichen auftreten können oder kritisch werden können.

Für weitere Steigerung der Genauigkeit der Fehlfunktions-Vorhersage ist es zweckmäßig, die weiterbildenden Maßnahmen nach Anspruch 4 und/oder 5 vorzusehen, nämlich weitere Betriebsparameter - insbesondere die Betriebstemperatur und ggf. auch die aktuelle Belastung der Kraftmaschine - als Parameter beim Mustervergleich zu berücksichtigen.

Weitergehende Aussagen werden bei der Weiterbildung entsprechend Anspruch 6 ermöglicht, indem diese zusätzlich zu berücksichtigenden Betriebsparameter nicht nur als Parameter beim Abspeichern der Leistungsspektren und demzufolge beim Mustervergleich herangezogen werden, sondern ihrerseits Informationen für den Mustervergleich zusätzlich zur Spektralanalyse-Information liefern.

Die weiterbildende Maßnahme nach Anspruch 7 ermöglicht die gezielte Auswertung bestimmter Fehlerkategorien, insbesondere hinsichtlich Fehlfunktionen in verschiedenen Aggregaten der Kraftmaschine, die durch unterschiedliche Eigenresonanzen voneinander unterscheidbar sind.

Die Weiterbildung nach Anspruch 8 vermeidet Fehlfunktionen der erfindungsgemäßen Meldeeinrichtung aufgrund alterungsbedingter Änderungen im Leistungsspektrum, die insbesondere in der Einlaufphase und dann später wieder bei stark gealterter Kraftmaschine beträchtlich sein können, ohne mit der Entstehung einer Fehlfunktion zusammenzuhängen. Es ist nun vielmehr ein Nachführen des Referenzmusters gemäß dem aktuellen Schwinungsverhalten der ordnungsgemäß funktionierenden Kraftmaschine ermöglicht, was je nach der apparativen Auslegung der erfindungsgemäßen Meldeeinrichtung z. B. von der autorisierten Vertragswerkstatt nach routinemäßiger Inspektion oder aber zeitgesteuert erfolgen kann. Dadurch ist also sicherstellbar, daß das Referenzmuster von Zeit zu Zeit durch ein neues ersetzt wird, nämlich durch das aktuelle Leistungsspektrum der zwar gealterten aber noch ordnungsgemäß funktionierenden bzw. aufgrund von Wartungsarbeiten wieder betriebsbereiten Kraftmaschine.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles für die erfindungsgemäße Meldeeinrichtung. Es zeigt

Fig. 1 im Blockschaltbild eine Meldeeinrichtung zur Auswertung zweier typischer Fehler und

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Leistungsspektrums zur Erläuterung der Wirkungsweise der Meldeeinrichtung nach Fig. 1.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Eine Kraftmaschine 1, etwa ein Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor, erzeugt im Betrieb ein typisches Schwingungsspektrum, das je nach den aktuellen Betriebsbedingungen typischen Veränderungen unterworfen ist und bei Auftreten bestimmter Betriebsstörungen bestimmte qualitative, wenn nicht sogar quantitative Veränderungen erfährt. Die beim Betrieb der Kraftmaschine 1 erzeugten Schwingungen werden von einem Schwingungsaufnehmer 2, etwa einem Körperschallmikrofon, aufgenommen und in ein elektrisches Signal mit schwankender Amplitude A über der Zeit t umgesetzt. Ein solches Körperschallmikrofon ist zweckmäßigerweise an einem mechanisch wenig gedämpften Bereich des Kraftmaschinen-Gehäuses befestigt, der in guter Körperschallverbindung zu funktionswesentlichen bewegten Teilen der Kraftmaschine 1 steht, bei denen es sich im Falle eines Verbrennungsmotors beispielsweise um die Kurbelwelle und die Steuerelemente für die Ventile handelt. Für die Auswertung in Hinblick auf das Frequenzspektrum, das in diesem Signal mit dem Amplitudenverlauf A (t) enthalten ist, ist dem Schwingungsaufnehmer 2 ein Regelverstärker 3 nachgeschaltet, der das Speisesignal bevorzugt in ein Ausgangssignal mit konstanter mittlerer Leistung umsetzt, um Vergleichsoperationen mit normierten Informationen durchführen zu können.

Die wesentliche Frequenzkomponente im Ausgangssignal A (t) des Schwingungsaufnehmers 2 ist durch die momentane Betriebsdrehzahl n bestimmt, die von einem Drehzahlaufnehmer 4 erfaßt wird. Dieser ist beispielsweise mechanisch oder berührungslos an die Nockenwelle oder an den Zündverteiler eines Automotors gekoppelt, und falls er nicht bereits als Ausgangssignal ein Vielfaches der Kreisfrequenz entsprechend der Kraftmaschinen-Drehzahl abgibt, ist ihm ein Frequenzvervielfacher 5 nachgeschaltet.

Das Ausgangssignal A (t) des Schwingungsaufnehmers 2 wird im Wege der Fourier-Analyse auf seine Frequenzkomponenten analysiert, und zwar bevorzugt in Hinblick auf sein Leistungsspektrum S (f) im Wege der diskreten Fourier-Analyse mittels einer Differenzengleichungen lösenden Schaltanorndung 6 zur Ermittlung des Verlaufs des quadratischen Mittelwertes der Amplituden der im Signal A (t) enthaltenen Frequenzen. Für derartige Signalanalysen sind Frequenzanalysatoren bekannt. Vorteilhafter im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ermittlung des Leistungsspektrum mittels eines diskontinuierlich, über Abtast-Halte-Stufen nach dem Prinzip der sogenannten Eimerkettenschaltung arbeitenden Analogrechners. Es sind bereits hochintegrierte Schaltungen handelsüblich, die auf einem einzigen Chip die gesamte Abtast-Halte-Schaltung zur Durchführung der diskreten Fouriertransformation enthalten und extern lediglich noch mit zwei Quadrierern und einem Summierglied zu beschalten sind, um unmittelbar diskrete Analoginformationen über das Leistungsspektrum für diskrete Frequenzkomponenten im zu untersuchenden Signal zu liefern.

Diese Schaltanordnung zur Ermittlung des normierten Leistungsspektrums der von der Kraftmaschine 1 abgestrahlten Schwingungen wird außerdem mit dem Frequenzvielfachen der Betriebsdrehzahl n der Kraftmaschine 1 beaufschlagt, so daß die Auswertung der spektralen Leistungsdichte in der Schaltanordnung 6 auf die Maschinendrehzahl normiert erfolgt, diese dominierende Komponente im Schwingungsspektrum für die weitere Auswertung also unterdrückt wird. Dafür wird die Funktion der Schaltanordnung 6 über eine Steuerschaltung 7 bestimmt, die ihrerseits von der momentanen Betriebsdrehzahl n, also aus dem Drehzahllaufnehmer 4 geführt wird und die Taktfrequenz für die Wirkungsweise der Abtast-Halte-Funktionen in der Schaltanordnung 6 liefert.

Das Ergebnis dieser Signalverarbeitung wird über eine ebenfalls von der Steuerschaltung 7 betriebene Multiplexereinrichtung 8 abgefragt und auf einen Analog-Digital-Wandler 9 durchgeschaltet, der für die einzelnen diskreten Frequenzen f die jeweilige Ausgangsamplitude der Schaltanordnung 6, also den quadratischen Mittelwert der Eingangsamplitude dieser spezifischen Frequenzkomponente, digitalisiert. Die Folge der digitalisierten Amplitudenwerte für die einzelnen diskreten Frequenzen wird in einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 10 übernommen, dessen Speichersteuerschaltung 11 ebenfalls aus der Steuerschaltung 7 getaktet wird.

Ein Referenzmuster, nämlich das typische Leistungsspektrum der ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine 1, ist in einem weiteren Speicher 12 enthalten, der im Prinzip ein Nur-Lese-Speicher ist, bevorzugt aber als programmierbarer Lesespeicher realisiert ist. Seine Speichersteuerschaltung 13 wird in gleicher Weise betrieben, wie diejenige des Schreib-Lese-Speichers 10 mit im Prinzip wahlfreiem Zugriff, wodurch ein synchrones Auslesen einander zugeordneter Speicherbereiche und damit einander zugeordneter, miteinander zu vergleichender Informationen sichergestellt ist.

Für das Einspeichern des Referenzmusters in den Speicher 12 ist dieser über einen Ladeschalter 14 für die Dauer der Abfrage der den einzelnen ausgewerteten diskreten Frequenzen zugeordneten Amplitudeninformationen über den Analog-Digital-Wandler 9 an den Ausgang der Schaltanordnung 6 für die Ermittlung des Leistungsspektrums anschließbar. Das Schließen des Ladeschalters 14 ist von außen, beispielsweise manuell, über einen über die Steuerschaltung 7 auf den Ladeschalter 14 einwirkenden Setzschalter 15 möglich. Dieser wird beispielsweise, nämlich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Meldeeinrichtung in einem Kraftfahrzeug, beim Schlußabnahme-Probelauf des Kraftfahrzeug-Motors als der Kraftmaschine 1 betätigt, wenn die Schlußabnahme fehlerfreie Motorfunktion erbringt. Weitere Betätigungen erfolgen in größeren Zeitabständen, nämlich nach gewissen Betriebsdauern im Zuge der routinemäßigen Diagnose und Wartung des Kraftfahrzeuges und insbesondere seines Verbrennungsmotors nach dessen Durchsicht auf ordnungsgemäße Funktion und ggf. Reparatur von festgestellten Fehlfunktionen. Dieses dann aufnehmbare Leistungsspektrum ist zwar aufgrund der eingetretenen, noch keine Betriebsgefahr darstellenden Verschleißerscheinungen unterschiedlich in Bezug auf das beim fabrikneuen Motor aufgenommene Referenzspektrum; aber diese Maßnahme erbringt den Vorteil, das Auftreten von Fehlfunktionen während des Betriebes sicherer Erfassen zu können, weil das Referenzmuster nun das Leistungsspektrum der zwar schon gealtert aber an sich noch ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine 1 ist, also ein unrealistischer Vergleich mit der fabrikneuen Kraftmaschine 1 vermieden wird.

In Hinblick auf die großen Wartungsabstände bei modernen Kraftfahrzeugen kann es auch zweckmäßig sein, zusätzlich zum manuell zu betätigenden Setzschalter 15 eine zeitabhängig arbeitende Setzschaltung 16 vorzusehen, die beispielsweise frei läuft oder als Betriebsstundenzähler ausgelegt ist und auch ohne Funktionskontrolle der Kraftmaschine 1 in einer Fachwerkstatt in gewissen Zeit- oder Betriebszeitabständen das im Speicher 12 abgespeicherte Referenzmuster durch das aktuell aufgenommene Leistungsspektrum infolge Betätigung des Ladeschalter 14 ersetzt. Dabei ist davon ausgegangen, daß es zur Vermeidung von Fehlauswertungen vertretbar ist, während des ordnungsgemäßen Betriebes auch ohne die Sicherheit einer mängelfreien Funktionsdiagnose auf ein aktualisiertes Referenzmuster umzuschalten, weil in der vergleichsweise kurzen Zeitspanne für das Nachladen des Speichers 12 mit einem aktualisierten Referenzmuster nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit nicht gerade eine Fehlfunktion einsetzen wird.

Die Steuerschaltung 7 bewirkt, daß periodisch die in den Speichern 10 und 12 abgespeicherten Muster miteinander verglichen werden. Dafür werden über eine Torleitung 18 Vergleichsschaltungen 17 freigegeben, die mehr oder weniger breiten Bereichen des abgespeicherten Spektrums zugeordnet sind und auf Abgabe eines Signales bei typischen Abweichungen des im Speicher 10 zwischengespeicherten Momentanspektrums vom im Speicher 12 enthaltenen Referenzspektrum ausgelegt sind. Dazu werden beispielsweise aus den Speichern 10, 12 die Amplitudenwerte für eine bestimmte Frequenz, also die Informationen unter einander zugeordneten Adressen abgerufen und miteinander daraufhin verglichen, ob die Abweichungen voneinander noch innerhalb einer nicht aussagekräftigen Schwankungsbreite liegen, oder signifikant darüber hinausgehen. Für diesen paarweisen Vergleich der digitalisierten Amplituden kann eine Beschränkung auf typische Frequenzen für bestimmte Funktionen oder Fehlfunktionen, unter Berücksichtigung der abgespeicherten Amplitudenwerte von benachbarten Frequenzen, erfolgen. Die Vergleichsschaltungen 17 sind aber auch als diskontinuierlich arbeitende Kreuzkorrelationsschaltungen realisierbar, wobei die diskreten Frequenzen, für die zur Musterdarstellung Amplitudeninformationen abgespeichert sind, die unabhängige Variable darstellen und die Korrelation bei einer Verschiebung Null durchgeführt wird. Für derart arbeitende Vergleichsschaltungen 17 wird zweckmäßigerweise ebenfalls wieder auf die oben erläuterte Realisierung von Eimerkettenschaltungen in hochintegrierter Technik auf einem Chip zurückgegriffen.

Bei typischen Abweichungen der einander zugeordneten abgespeicherten Einzelinformationen bzw. der miteinander zu vergleichenden Gesamt-Muster werden von den Vergleichsschaltungen 17 Treiber 19 angesteuert, die ihrerseits optische und/oder akustische Signalgeber 20 ansteuern, die je nach der Zuordnung der Vergleichsschaltungen 17 zu bestimmten Teilen des Leistungsspektrums dem wahrscheinlichen Eintreten bestimmter Fehlfunktionen zugeordnet sind oder ganz allgemein einer nicht spezifizierten Fehlfunktionsmeldung dienen.

Um den Informationsumfang und damit den Speicherplatzbedarf und den Aufwand hinsichtlich der Speicheransteuerung zu begrenzen, genügt es im Prinzip, im Speicher 12 ein Referenzspektrum abzuspeichern, das bei ordnungsgemäßem Betrieb der Kraftmaschine 1 in einem bestimmten und leicht reproduzierbaren Betriebszustand wie insbesondere im Leerlauf bei warmer Kraftmaschine 1 aufgenommen wurde. Dem Drehzahlaufnehmer 4 ist ein Drehzahlwächter 21 nachgeschaltet, der bei Erreichen und Halten dieser Betriebsdrehzahl n über die Steuerschaltung 7 und die Multiplexereinrichtung 8 das Auslesen des momentanen Leistungsspektrums S (f) in den Schreib-Lese-Speicher 10 bewirkt und danach über die Torleistung 18 wenigstens eine der Vergleichsschaltungen 17 zum Vergleich mit dem im Speicher 12 enthaltenen Referenzmuster aktiviert. Um irritierende Fehlermeldungen aufgrund signifikanter Abweichungen des momentanen Leistungsspektrums vom abgespeicherten Referenzmuster während des Leerlaufes bei noch kaltem Motor möglichst zu vermeiden, ist es zweckmäßig, in oder an der Kraftmaschine 1 ferner einen Temperaturaufnehmer 22 anzuordnen, dem ein Temperaturwächter 23 nachgeschaltet ist. Dessen bei Erreichen der Betriebstemperatur erscheinendes Ausgangssignal ist mit dem bei Leelaufdrehzahl erscheinenden Ausgangssignal des Drehzahlwächters 21 über ein UND-Glied 24 verknüpft, so daß nur bei Vorliegen dieser Kriterien der Mustervergleich hinsichtlich der Leistungsspektren und damit die Überprüfung auf das etwaige Vorliegen einer Fehlfunktion stattfindet.

Um eine vielschichtigere Früherkennung und Diagnose von Fehlfunktionen zu ermöglichen, ist es aber zu bevorzugen, nicht nur Referenzmuster für einen ganz bestimmten Betriebszustand im Speicher 12 zur Verfügung zu stellen, sondern das Leistungsspektrum der ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine 1 bei verschiedenen Betriebsdrehzahlen n, ggf. unter Berücksichtigung typischer Betriebstemperaturen T. Der Drehzahlwächter 21 ist dann für Freigabesignal-Abgabe bei definierten, unterschiedlichen Betriebsdrehzahlen n ausgelegt, und als weitere Information neben den diskreten quadratischen Mittelwerten der Amplituden für bestimmte Frequenzen des Schwingungsspektrums wird über den Analog-Digital-Wandler 9 auch die aktuelle Betriebstemperatur T berücksichtigt. Die Speicherorganisation kann nach dem Prinzip des paging erfolgen, d. h., bestimmte Bereiche des Schreib-Lese-Speichers 10 und dementsprechend auch des die Referenzmuster enthaltenden Speichers 12 sind bestimmten Betriebsdrehzahlen n als den jeweiligen Parametern der Spektralverteilung zugeordnet. Die Betriebstemperaturen T können neben der Berücksichtigung als Information innerhalb der zu vergleichenden Muster oder stattdessen ebenfalls als Parameter für aktuelle Leistungsspektren dienen, denen ebenfalls eigene Speicherbereiche zugeteilt sind.

In gleicher Weise wie die Betriebstemperatur T kann die momentane Betriebsleistung P innerhalb der zu vergleichenden Muster und/oder als Parameter für weitere Muster-Sätze ausgewertet werden. Dafür ist ein Lastaufnehmer 25 an der Kraftmaschine 1 vorgesehen, der beispielsweise die momentane Torsionsbeanspruchung der Abtriebswelle mißt oder, in einfachen Ausführungsfällen, einfach als Winkelstellungs-Meßglied für die Gaspedalstellung realisiert wird. Beim in Fig. 1 vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die momentane Betriebsleistung P der Kraftmaschine 1 in gleicher Weise berücksichtigt, wie die momentane Betriebstemperatur T; d. h., dem Lastaufnehmer 25 ist ein Lastwächter 26 zur Abgabe eines Ausgangssignales bei einer bestimmten Motorbelastung, insbesondere beispielsweise bei Leerlaufbetrieb des Motors, nachgeschaltet, das ebenfalls das UND-Glied 24 speist, um ein weiteres Kriterium für Vorliegen des Leerlauf-Betriebszustandes bei der Beschränkung auf ein einziges Vergleichsmuster zur Verfügung zu haben; und außerdem kann als weiterer Datensatz über den Analog-Digital-Wandler 9 auch eine aktuelle Information hinsichtlich der momentanen Betriebsleistung P beim Mustervergleich oder bei der Abspeicherung von Spektralverteilungen mit der Motorleistung als (weiterem) Parameter erfolgen.

In Fig. 2 ist ein stark vereinfachtes Leistungsspektrum S (f) beispielhaft dargestellt. Die einzelnen Punkte über der Abszissenachse stellen jeweils das Betragsquadrat der Amplitude einer bestimmten, diskreten Frequenz f _i im normierten Frequenzgemisch dar, das vom Schwingungsaufnehmer 2 an der Kraftmaschine 1 als deren Geräuschabstrahlung erfaßt wird. Ein solches Leistungsspektrum ist für eine bestimmte Betriebsdrehzahl n der Kraftmaschine 1 aufnehmbar und dient als Referenzspektrum, wenn davon ausgegangen werden kann, daß die Kraftmaschine 1 ordnungsgemäß arbeitet. Wie dargelegt, sind u. U. als weitere Parameter die Betriebstemperatur T und die Betriebsleistung P zu berücksichtigen.

Bestimmte Veränderungen erfährt dieses Muster aufgrund unterschiedlicher Betriebsgegebenheiten, beispielsweise infolge Einflusses des Untergrundes beim fahrenden Kraftfahrzeug, die nicht signifikant für die korrekte Arbeitsweise der Kraftmaschine 1 sind und z. B. im aufgenommenen Schwingungsspektrum Veränderungen bei höheren Frequenzen f _c hervorrufen. Die Amplitudenverteilung in solchen Frequenzbereichen wird deshalb von Vergleichsschaltungen 17 nicht erfaßt. Bei tieferen Frequenzen, nämlich in der Nähe der Betriebsdrehzahl n, liegen die wesentlichen Spektralanteile, die für die Überwachung daraufhin auszuwerten sind, ob Funktionsfehler im Begriffe sind, sich zu entwickeln, oder gar schon auftreten. Bei diesen niedrigeren Frequenzen, im dargestellten Beispielsfalle in der Umgebung von Frequenzen f _a und f _b , ist das Spektrum daraufhin zu untersuchen, ob erhebliche oder gar typische Abweichungen der Spektralverteilung vom Referenzmuster hinsichtlich der ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine 1 unter Berücksichtigung auszuwertender Betriebsparameter - auftreten. Möglichkeiten solcher Veränderungen in der Spektralverteilung, also Veränderungen des aktuell aufgenommenen Leistungsspektrums gegenüber dem abgespeicherten Referenzmuster, sind in Fig. 1 gestrichelt als Überhöhung eines Maximum und als Verschleifen eines Minimum durch Verlagerung in einen Wendepunkt berücksichtigt. Solche typischen Musterveränderungen können beispielsweise einer Fehlfunktion im Bereiche der Lagerung einer Kurbelwelle bzw. im Bereiche der Ventilansteuerung entsprechen, und da die Abweichungen im Leistungsspektrum vom Muster-Leistungsspektrum schon bei ersten Anzeichen solcher Fehlfunktionen, während der ordnungsgemäße Betrieb der Kraftmaschine 1 aber noch nicht gestört ist, erfaßbar sind, ist dadurch eine Früherkennung bevorstehender Fehler und in gewissem Maße auch eine Fehlerdiagnose ermöglicht. Dementsprechend sind bei Vorhandensein mehrerer Vergleichsschaltungen 17 diese bestimmten, hinsichtlich der Funktion der Kraftmaschine 1 singifikanten Bereichen des Spektrums und damit bestimmten Frequenzbereichen zugeordnet, um je nach der Bedeutung der sich ankündigenden Fehlfunktion für den Betrieb der Kraftmaschine 1 unterschiedliche Meldungen über die Signalgeber 20 hervorzurufen, im in Fig. 1 dargestellten Beispielsfalle ein optisches bzw. ein akustisches Signal.

Die Steuerschaltung 7 ist im Grunde als logische Schaltung realisierbar, um in Abhängigkeit von bestimmten Gegebenheiten bestimmte Steuerungsfunktionen, insbesondere das Einlesen und Auslesen über die Speichersteuerschaltungen 11 bzw. 13 und die Funktion der Vergleichsschaltungen 17 auszulösen. Zweckmäßigerweise wird für die schaltungsmäßige Realisierung einer solchen Steuerschaltung 7 die Zentraleinheit eines Mikroprozessors herangezogen, d. h., die wesentlichen Teile der gerätetechnischen Realisierung der erfindungsgemäßen Meldeeinrichtung sind unter Verwendung eines Mikrocomputers 27 durch Beschaltung seines Mikroprozessors mit weiteren Speichern 10, 12 und mit externen Gebern in Form des Analog-Digital-Wandlers 9, des Setzschalters 15 und der zeitabhängig arbeitenden Setzschaltung 16 realisierbar. Die Funktionen des UND-Gliedes 24, des Ladeschalters 14 sowie der Vergleichsschaltungen 17 und natürlich der Speichersteuerschaltungen 11, 13 werden zweckmäßigerweise dabei nicht hardwaremäßig, sondern softwaremäßig über die Programmierung des Mikrocomputers 27 realisiert, wie es als solches bei Signalverarbeitungsaufgaben vergleichbarer Art bereits bekannt ist.

Claims (8)

1. Meldeeinrichtung zur Feststellung des Auftretens von Funktionsfehlern beim Betrieb einer Kraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugmotors, bei der an der Kraftmaschine ein Schwingungsaufnehmer angeordnet ist, dessen Ausgang auf eine diskontinuierlich arbeitende Schaltanordnung zur periodischen Ermittlung des Leistungsspektrums der von der Krarftmaschine abgegebenen Schwingungen gestaltet ist, und bei der ein Signalgeber vorgesehen ist, der beim Auftreten der Funktionsfehler ein Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an der Kraftmaschine (1) auch noch ein Drehzahlaufnehmer (4) angeordnet ist, dessen Ausgang an die Schaltanordnung (6) geschaltet ist,
• - daß ein Schreib-Lesespeicher (10) vorgesehen ist, in den das ermittelte Leistungsspektrum digitalisiert gespeichert wird,
• - daß ein Speicher (12) vorgesehen ist, der ein Referenzmuster hinsichtlich des Schwingungsverhaltens einer ordnungsgemäß arbeitenden Kraftmaschine (1) enthält, und
• - daß die Speicher ( 10; 12) an wenigstens eine Vergleichsschaltung (17) angeschlossen sind, deren Ausgang an den Signalgeber (20) geführt ist.

2. Meldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vergleichsschaltung (17) über Torleitungen (18) von einem Drehzahlwächter (21) freisteuerbar ist.

3. Meldeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein auf unterschiedliche Betriebsdrehzahlen (n) ansprechender Drehzahlwächter (21) vorgesehen ist, dem Speichersteuerschaltungen (11; 13) für die Speicher (10; 12) nachgeschaltet sind.

4. Meldeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kraftmaschine (1) zusätzlich ein Temperaturaufnehmer (22) angeordnet ist, an den die Speichersteuerschaltungen (11; 13) und, über einen Temperaturwächter (23) die Vergleichsschaltungen (17) angeschlossen sind.

5. Meldeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmaschine (1) zusätzlich mit einem Lastaufnehmer (25) ausgestattet ist, an den die Speichersteuerschaltungen (11; 13) und, über einen Lastwächter (26) die Vergleichsschaltungen (17) angeschlossen sind.

6. Meldeeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analog-Digital-Wandler (9) der Schaltanordnung (6) zur Leistungsspektrum-Ermittlung und außerdem dem Temperaturaufnehmer (22) und/oder dem Lastaufnehmer ( 25) nachgeschaltet ist.

7. Meldeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltungen (17) auf unterschiedliche Frequenzen (f _a; f _b ) ansprechen und an unterschiedliche Signalgeber angeschlossen sind.

8. Meldeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (12) über einen extern oder zeitabhängig betätigbaren Ladeschalter (14) der Schaltanordnung (6) vorübergehend nachschaltbar ist.