WO2020227746A1 - Method for real-time analysis of in-engine processes - Google Patents

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WO2020227746A1
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Dieter Höfler
Florian SENN
Stefan MAXL
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Tectos Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for real-time analysis of internal engine processes in a drive train.
  • the invention also relates to an analysis device for carrying out the method.
  • the object of the invention is to analyze internal engine processes in a drive train as precisely and quickly as possible.
  • this is achieved in that the following steps are carried out: a) Providing a measuring device with at least one measuring transducer - preferably with at least two measuring transducers - for measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior, b) Providing and / or creating a real-time Model for simulating the drive train in relation to at least one defined characteristic variable, c) determining and / or providing at least one operating or control parameter of the drive machine, preferably speed, load and / or temperature, d) measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior in at least one operating point with the measuring device, e) performing a model-based simulation of the drive train behavior in relation to the characteristic variable on the basis of the at least one operating parameter of the drive machine using the real-time model , the model-based simulation being carried out at the same time as the measurement of the at least one characteristic variable, f) comparing the results measured with the measuring device with the results of the real-time simulation determined at the same time, and g) performing a change in at
  • the comparison of the measured results and the results of the real-time simulation is carried out automatically by a comparison device. It is particularly advantageous if the change in the boundary conditions of the real-time simulation is carried out automatically by the adjustment device if the results differ. This saves a great deal of time when analyzing internal engine processes.
  • the real-time model is created or provided by a database.
  • step e a basic comparison of the real-time model to the real drive train is carried out in a test run of the drive train in order to achieve a rough adaptation of the real-time model to the drive train to be analyzed.
  • the core phase of the procedure follows the preparatory steps and the base comparison.
  • measured data and simulation data for the at least one characteristic variable are determined in parallel, i.e. simultaneously, both from the measurement device and from the real-time model in two separate paths - a measurement path and a simulation path.
  • the at least one characteristic variable is measured with corresponding measuring sensors of the measuring device - the measured data are fed to the measuring data acquisition device.
  • the measurement data are preferably processed by an evaluation device - for example a vibration and spectrum analyzer.
  • On the simulation path - based on the at least one operating or control parameter of the drive machine - simulation data for the at least one characteristic variable are calculated in a simulation with the real-time model of the drive train.
  • the calculated simulation data are preferably processed in the simulation in accordance with the measured values - for example, subjected to a vibration and spectral analysis.
  • the processed measurement data and simulation data - that is, the measurement results and simulation results - can be used for the following comparison.
  • a comparison device of the analysis device compares the simulation results with the measurement results. Using algorithms and / or artificial intelligence (KI), the corresponding influencing variables (model parameters) of the real-time model are adapted until the simulation results match the measurement results.
  • KI artificial intelligence
  • the real-time model is a real-time vibration model. It can be provided that the torsional vibrations of the drive shaft are measured as at least one characteristic measured variable, preferably at two axially spaced points on a drive shaft of the drive train.
  • vibration measurement technology and real-time vibration simulation enables sufficiently precise statements to be made about the process courses in the drive train.
  • the method is carried out with an analysis device which, according to the invention, has a measuring device with at least one measuring transducer, a measuring data acquisition device for acquiring the measured data of the measuring device, a real-time model for simulating the drive train and a calibration device.
  • the real-time model is preferably designed as a real-time vibration model.
  • At least one measuring sensor preferably at least two measuring sensors, can advantageously be designed as a torsional vibration sensor. Furthermore, at least one measuring sensor can also be designed as an acceleration sensor.
  • a variant embodiment of the invention also provides that the analysis device has an interface to a CAN bus, for example the vehicle or a test stand.
  • An interface to the CAN bus is advantageous to the to be able to use current requirements for the machine or the vehicle as boundary conditions for the analyzes and calculations.
  • the analysis device is designed as a portable unit. This enables mobile use of the analysis device and quick installation on the drive train to be examined.
  • the real-time model can either be provided by an internal or external database or, for example, can be created with a tool which can be integrated into the analysis device.
  • Fig. 1 shows schematically the inventive method for real-time analysis in engine processes in a drive machine M having to drive train AS, for example a motor vehicle.
  • the method is carried out with an analysis device 1 according to the invention, which has a measuring device 2 with at least one measuring transducer 2a, 2b, 2c, a measuring data acquisition device 21 for acquiring the measurement data of the measuring device 2, a real-time model 3 for simulating the drive train behavior and a calibration device 4 has.
  • the measuring transducers 2a, 2b can be designed, for example, as rotary vibration transducers for detecting rotary vibrations of the drive shaft (crankshaft) KW of the drive machine M designed as an internal combustion engine.
  • the measuring sensor 2c can, for example, be an acceleration sensor for detecting translational vibrations.
  • the analysis device 1 has at least one input interface 5 for connection to a CAN bus of a vehicle or a test stand and at least one output interface 6 for further use or processing of the data, in particular for visualization, editing, automation and storage.
  • the analysis device 1 has at least two measuring sensors 2a, 2b for measuring torsional vibrations. Ideally, a correspondingly large number of rotary vibration sensors and translational sensors are used as measuring sensors 2a, 2b, 2c.
  • a measurement path 20 and a simulation path 30 - measurement values are generated in parallel, that is to say simultaneously, both from the measurement device and from also determined from the real-time model 3 simulation data for the at least one characteristic variable.
  • the at least one characteristic variable is measured with corresponding measuring sensors 2a, 2b, 2c of the measuring device 2.
  • the measurement data are fed to the evaluation device 22 and processed.
  • the results of the measurement are broken down into spectral components with the help of appropriate evaluation algorithms in the evaluation device 22 - for example a vibration and spectral analyzer.
  • appropriate evaluation algorithms for example a vibration and spectral analyzer.
  • methods from acoustics are used, for example, in order to obtain the maximum level of information.
  • the vibration behavior of the drive train AS is simulated using the real-time model 3 of the simulation path 30, and a real-time simulation of the drive train is carried out in step 31.
  • the simulation data are processed analogously to the measurement path 20 in step 32 and, for example, a vibration and spectral analysis is carried out.
  • the results of the measurement and simulation are compared in an alignment device 4. If the results are sufficiently comparable, it can be assumed that the state variables used in real-time model 3 correspond to those of the measurement. If there are deviations, the model parameters of the real-time model 3 must be adapted in step 41 in such a way that a corresponding correlation occurs. This is the case when a deviation between the results of the measurement and the results of the simulation is less than or equal to a defined limit value. Once this state has been reached, a corresponding sufficient correspondence can be assumed. This adjustment is made completely automatically by the adjustment device 4 within fractions of a second. The model parameters are adjusted fully automatically using AI-supported algorithms.
  • This method is particularly suitable for the analysis of internal combustion engines, since the system is determined accordingly by the inertia and gas forces of the internal combustion engine. The same applies to electric drive motors M, but here additional information about the regulation is necessary.
  • the base comparison of the real-time model 3 is carried out, for example, by attempting to roll the vehicle.
  • the vehicle can be dragged from idle to maximum speed within a minute with a gear engaged and without ignition, or the drive train on the test bench.
  • the natural frequencies of the system are characterized with sufficient accuracy and thus enable the real-time model 3 to be coordinated.
  • the measured data MDI, MD2 are recorded and evaluated for the first crankshaft end KW1 and the second crankshaft end KW2, and the real-time simulations are carried out and simulation data SD1, SD2 are calculated.
  • the measurement data measured via the measurement transducers 2a, 2b and recorded via the measurement detection device 21 - for example a temporal course of torsional vibration amplitudes - are labeled MDI, MD2, and the measurement data evaluated via the evaluation unit 22 are labeled MAI, MA2.
  • the torsional oscillation amplitudes result from the real cylinder pressures pl, p2, p3, p4 in the individual cylinders ZI, Z2, Z3, Z4 of the internal combustion engine.
  • the adjustment device 4 If the measurement data MAI, MA2 or processed measurement data MAI, MA2 do not match the simulation data SD1, SD2, the adjustment device 4, the model parameters were corrected accordingly and the simulation calculation carried out again. If necessary, these steps are repeated until the results of the simulation agree with the results of the measurement.
  • a correspondingly long, high-resolution ring memory can be used to save the data in the analysis device 1.
  • the analysis results themselves can be transmitted via an output interface 6 to an external computer or tablet, for example.
  • the method according to the invention enables the quality of processes, for example combustion processes, to be quickly determined on the running system.
  • the method according to the invention and the analysis device 1 according to the invention can be used particularly advantageously in the field of development and production of drive trains, in particular in the field of quality assurance.

Abstract

The invention relates to a method for real time-analysis of in-engine processes in a drive train having at least one drive machine (M). In this method, the following steps are carried out: a) providing a measuring device (2) having at least one measurement sensor (2a, 2b, 2c) for measuring at least one characteristic variable of the drive train behaviour, b) providing and/or creating a real-time model (3) for simulating the drive train with regard to at least one defined characteristic variable, c) determining and/or providing at least one operating or control parameter of the drive machine (M), d) measuring at least one characteristic variable of the drive train behaviour in at least one operating point using the measuring device (2), e) carrying out model-based simulation of the drive train behaviour with regard to the characteristic variable on the basis of the at least one operating parameter of the drive machine (M), the model-based simulation being carried out concurrently with the measurement of the at least one characteristic variable, f) comparing the results measured by the measuring device (2) with the concurrently determined results of the real-time simulation (3), and g) changing at least one model parameter of the real-time model (2) if a deviation between the results of the measurement and the results of the simulation is detected.

Description

Verfahren zur Echtzeit-Analyse innermotorischer Prozesse Process for real-time analysis of internal engine processes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtzeit-Analyse innermotorischer Pro zesse in einem Antriebsstrang. Weiters betrifft die Erfindung eine Analyseeinrich tung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for real-time analysis of internal engine processes in a drive train. The invention also relates to an analysis device for carrying out the method.
Für den Entwicklungs- oder Produktionsprozess sind Analysen innermotorischer Prozesse notwendig, um die Funktionen der Antriebsmaschinen in Antriebssträn gen genau prüfen zu können. Allerdings sind innermotorische Prozesse bei An triebsmaschinen in Antriebssträngen - sowohl bei Brennkraftmaschinen, als auch bei elektrischen Motoren als Antriebsmaschinen - schwierig direkt zu messen. Eine Applikation entsprechender Sensorik ist sehr aufwendig und zum Teil sogar un möglich. Beispielsweise werden Zylinderdrücke in einer Brennkraftmaschine übli cherweise mit Hilfe von Piezosensoren direkt gemessen. Dies ist allerdings sehr zeit- und kostenaufwendig. For the development or production process, analyzes of internal engine processes are necessary in order to be able to precisely check the functions of the drive machines in drive trains. However, internal engine processes in drive machines in drive trains - both in internal combustion engines and in electric motors as drive machines - are difficult to measure directly. An application of appropriate sensors is very complex and in some cases even impossible. For example, cylinder pressures in an internal combustion engine are usually measured directly with the aid of piezo sensors. However, this is very time-consuming and costly.
Es ist bekannt, mathematische Modelle einzusetzen, um bestimmte Eigenschaften des Antriebsstranges zu untersuchen. Je nach Verwendungszweck werden mecha nische, thermische, tribologische oder Schwingungsmodelle eingesetzt, wobei die Modelle zeitaufwendig im Realbetrieb adaptiert werden müssen, um die Genauig keit der Modellergebnisse zu erhöhen. It is known to use mathematical models to investigate certain properties of the drive train. Depending on the intended use, mechanical, thermal, tribological or vibration models are used, with the models having to be time-consuming to be adapted in real operation in order to increase the accuracy of the model results.
Aufgabe der Erfindung ist es, innermotorische Prozesse in einem Antriebsstrang möglichst genau und rasch zu analysieren. The object of the invention is to analyze internal engine processes in a drive train as precisely and quickly as possible.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass folgende Schritte durchgeführt werden : a) Bereitstellen einer Messvorrichtung mit zumindest einem Messaufneh mer - vorzugsweise mit zumindest zwei Messaufnehmern - zum Mes sen zumindest einer charakteristischen Größe des Antriebsstrangver haltens, b) Bereitstellen und/oder Erstellen eines Echtzeit-Modells zur Simulation des Antriebsstrang in Bezug auf zumindest eine definierte charakteris tische Größe, c) Ermitteln und/oder Bereitstellen zumindest ein Betriebs- oder Steuer parameter der Antriebsmaschine, vorzugsweise Drehzahl, Last und/ oder Temperatur, d) Messen zumindest einer charakteristischen Größe des Antriebstrang verhaltens in zumindest einem Betriebspunkt mit der Messvorrichtung, e) Durchführen einer modellbasierten Simulation des Antriebsstrangver haltens in Bezug auf die charakteristische Größe auf der Basis des zu mindest einen Betriebsparameters der Antriebsmaschine unter Ver wendung des Echtzeit-Modells, wobei die modellbasierte Simulation zeitgleich mit der Messung der zumindest einen charakteristischen Größe durchgeführt wird, f) Vergleichen der mit der Messvorrichtung gemessenen Ergebnisse mit den zeitgleich ermittelten Ergebnissen der Echtzeit-Simulation und g) Durchführen einer Änderung zumindest eines Modellparameters des Echtzeit-Modells, wenn eine Abweichung zwischen den Ergebnissen der Messung und den Ergebnissen der Simulation festgestellt wird, welche größer ist als ein definierter Grenzwert. According to the invention, this is achieved in that the following steps are carried out: a) Providing a measuring device with at least one measuring transducer - preferably with at least two measuring transducers - for measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior, b) Providing and / or creating a real-time Model for simulating the drive train in relation to at least one defined characteristic variable, c) determining and / or providing at least one operating or control parameter of the drive machine, preferably speed, load and / or temperature, d) measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior in at least one operating point with the measuring device, e) performing a model-based simulation of the drive train behavior in relation to the characteristic variable on the basis of the at least one operating parameter of the drive machine using the real-time model , the model-based simulation being carried out at the same time as the measurement of the at least one characteristic variable, f) comparing the results measured with the measuring device with the results of the real-time simulation determined at the same time, and g) performing a change in at least one model parameter of the real-time model, if a discrepancy between the results of the measurement and the results of the simulation is determined which is greater than a defined limit value.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vergleich der gemessenen Ergebnisse und der Ergebnisse der Echtzeit-Simulation automatisch durch eine Abgleichvorrichtung durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung der Randbedingungen des Echtzeit-Simulation bei Abweichung der Ergebnisse automatisch durch die Abgleichvorrichtung durchgeführt wird. Dies ermöglicht eine große Zeitersparnis bei der Analyse innermotorischer Prozesse. In one embodiment variant of the invention, it is provided that the comparison of the measured results and the results of the real-time simulation is carried out automatically by a comparison device. It is particularly advantageous if the change in the boundary conditions of the real-time simulation is carried out automatically by the adjustment device if the results differ. This saves a great deal of time when analyzing internal engine processes.
In einer Vorbereitungsphase des Verfahrens wird das Echtzeitmodell erstellt oder durch eine Datenbank bereitgestellt. In a preparatory phase of the method, the real-time model is created or provided by a database.
Vorzugsweise wird vor Schritt e) in einem Testlauf des Antriebsstranges ein Basis- abgleich des Echtzeit-Modells an den realen Antriebsstrang durchgeführt, um eine grobe Anpassung des Echtzeit-Modells an den zu analysierenden Antriebsstrang zu erreichen. Before step e), a basic comparison of the real-time model to the real drive train is carried out in a test run of the drive train in order to achieve a rough adaptation of the real-time model to the drive train to be analyzed.
Die Kernphase des Verfahrens schließt an die vorbereitenden Schritte und dem Basisabgleich an. Dabei werden parallel, also gleichzeitig, sowohl von der Mess vorrichtung, als auch vom Echtzeit-Modell in zwei getrennten Pfaden - einem Messpfad und einem Simulationspfad - Messdaten und Simulationsdaten für die zumindest eine charakteristische Größe ermittelt. Auf dem Messpfad wird die zu mindest eine charakteristische Größe mit entsprechenden Messaufnehmern der Messvorrichtung gemessen - die Messdaten werden der Messdatenerfassungsvor richtung zugeführt. Vorzugsweise werden die Messdaten durch eine Auswertevor richtung - beispielsweise einem Schwingungs- und Spektralanalysator - aufberei tet. Auf dem Simulationspfad werden - basierend auf dem zumindest einen Betriebs oder Steuerparameter der Antriebsmaschine - Simulationsdaten für die zumindest eine charakteristische Größe in einer Simulation mit dem Echtzeit-Modell des An triebsstranges berechnet. Vorzugsweise werden die berechneten Simulationsdaten in der Simulation entsprechend den Messwerten aufbereitet - beispielsweise einer Schwingungs- und Spektralanalyse unterzogen. The core phase of the procedure follows the preparatory steps and the base comparison. In this case, measured data and simulation data for the at least one characteristic variable are determined in parallel, i.e. simultaneously, both from the measurement device and from the real-time model in two separate paths - a measurement path and a simulation path. On the measuring path, the at least one characteristic variable is measured with corresponding measuring sensors of the measuring device - the measured data are fed to the measuring data acquisition device. The measurement data are preferably processed by an evaluation device - for example a vibration and spectrum analyzer. On the simulation path - based on the at least one operating or control parameter of the drive machine - simulation data for the at least one characteristic variable are calculated in a simulation with the real-time model of the drive train. The calculated simulation data are preferably processed in the simulation in accordance with the measured values - for example, subjected to a vibration and spectral analysis.
Für den folgenden Vergleich können günstigerweise die aufbereiteten Messdaten und Simulationsdaten - also die Messergebnisse und Simulationsergebnisse - ver wendet werden. The processed measurement data and simulation data - that is, the measurement results and simulation results - can be used for the following comparison.
Eine Abgleichvorrichtung der Analyseeinrichtung vergleicht die Simulationsergeb nisse mit den Messergebnissen. Mittels Algorithmen und/oder künstlicher Intelli genz (KI) werden die entsprechenden Einflussgrößen (Modellparameter) des Echt zeit-Modells solange angepasst, bis die Simulationsergebnisse mit den Messergeb nissen übereinstimmen. A comparison device of the analysis device compares the simulation results with the measurement results. Using algorithms and / or artificial intelligence (KI), the corresponding influencing variables (model parameters) of the real-time model are adapted until the simulation results match the measurement results.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Echtzeit-Modell ein Echtzeit-Schwingungsmodell ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass als zumindest eine charakteristische Messgröße die Drehschwingungen der Antriebswelle - vor zugsweise an zwei axial voneinander distanzierten Stellen einer Antriebswelle des Antriebsstranges - gemessen werden. One embodiment variant of the invention provides that the real-time model is a real-time vibration model. It can be provided that the torsional vibrations of the drive shaft are measured as at least one characteristic measured variable, preferably at two axially spaced points on a drive shaft of the drive train.
Durch die Kombination von Schwingungsmesstechnik und Echtzeit-Schwingungs simulation kann eine hinreichend genaue Aussage über die Prozessverläufe im An triebsstrang getätigt werden. The combination of vibration measurement technology and real-time vibration simulation enables sufficiently precise statements to be made about the process courses in the drive train.
Das Verfahren wird mit einer Analyseeinrichtung durchgeführt, welche erfindungs gemäß eine Messvorrichtung mit zumindest einem Messaufnehmer, eine Messda tenerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Messdaten der Messvorrichtung, ein Echtzeit-Modell zur Simulation des Antriebsstranges und eine Abgleichvorrichtung aufweist. Vorzugsweise ist das Echtzeit-Modell als Echtzeit-Schwingungsmodell ausgebildet. The method is carried out with an analysis device which, according to the invention, has a measuring device with at least one measuring transducer, a measuring data acquisition device for acquiring the measured data of the measuring device, a real-time model for simulating the drive train and a calibration device. The real-time model is preferably designed as a real-time vibration model.
Zumindest ein Messaufnehmer, vorzugsweise zumindest zwei Messaufnehmer, können vorteilhafter Weise als Drehschwingungsaufnehmer ausgebildet sein. Wei ters kann auch zumindest ein Messaufnehmer als Beschleunigungsaufnehmer aus gebildet sein. At least one measuring sensor, preferably at least two measuring sensors, can advantageously be designed as a torsional vibration sensor. Furthermore, at least one measuring sensor can also be designed as an acceleration sensor.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht weiters vor, dass die Analyseeinrich tung eine Schnittstelle zu einem CAN-Bus, beispielsweise des Fahrzeuges oder eines Prüfstandes aufweist. Eine Schnittstelle zum CAN-Bus ist vorteilhaft, um die aktuellen Anforderungen an die Maschine bzw. das Fahrzeug als Randbedingung der Analysen und Berechnungen verwenden zu können. A variant embodiment of the invention also provides that the analysis device has an interface to a CAN bus, for example the vehicle or a test stand. An interface to the CAN bus is advantageous to the to be able to use current requirements for the machine or the vehicle as boundary conditions for the analyzes and calculations.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Analyseein richtung als tragbare Einheit ausgebildet ist. Dies ermöglicht einen mobilen Einsatz der Analyseeinrichtung und einen raschen Aufbau am zu untersuchenden Antriebs strang. In a preferred embodiment it is provided that the analysis device is designed as a portable unit. This enables mobile use of the analysis device and quick installation on the drive train to be examined.
Das Echtzeit-Modell kann entweder durch eine interne oder externe Datenbank bereitgestellt oder beispielsweise mit einem Tool erstellt werden, welches in die Analyseeinrichtung integriert sein kann. The real-time model can either be provided by an internal or external database or, for example, can be created with a tool which can be integrated into the analysis device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Darin zeigen : The invention is explained in more detail below with reference to the figure. Show in it:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockschaubild; und 1 shows the method according to the invention in a block diagram; and
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 shows an embodiment of the method according to the invention.
Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Echtzeit-Analyse in nermotorischer Prozesse in einem eine Antriebsmaschine M aufweisenden An triebsstranges AS, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren wird mit einer erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung 1 durchgeführt, welches eine Mess vorrichtung 2 mit zumindest einem Messaufnehmer 2a, 2b, 2c, eine Messdatener fassungsvorrichtung 21 zur Erfassung der Messdaten der Messvorrichtung 2, ein Echtzeit-Modell 3 zur Simulation des Antriebsstrangverhaltens und eine Abgleich vorrichtung 4 aufweist. Die Messaufnehmer 2a, 2b können beispielsweise als Dreh schwingungsaufnehmer zur Erfassung von Drehschwingungen der Antriebswelle (Kurbelwelle) KW der als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine M ausgebildet sein. Der Messaufnehmer 2c kann beispielsweise ein Beschleunigungs aufnehmer zur Erfassung von translatorischen Schwingungen sein. Fig. 1 shows schematically the inventive method for real-time analysis in engine processes in a drive machine M having to drive train AS, for example a motor vehicle. The method is carried out with an analysis device 1 according to the invention, which has a measuring device 2 with at least one measuring transducer 2a, 2b, 2c, a measuring data acquisition device 21 for acquiring the measurement data of the measuring device 2, a real-time model 3 for simulating the drive train behavior and a calibration device 4 has. The measuring transducers 2a, 2b can be designed, for example, as rotary vibration transducers for detecting rotary vibrations of the drive shaft (crankshaft) KW of the drive machine M designed as an internal combustion engine. The measuring sensor 2c can, for example, be an acceleration sensor for detecting translational vibrations.
Die Analyseeinrichtung 1 weist zumindest eine Eingangsschnittstelle 5 zum An schluss an einen CAN-Bus eines Fahrzeuges oder eines Prüfstandes und zumindest eine Ausgangsschnittstelle 6 zur weiteren Verwendung oder Bearbeitung der Da ten, insbesondere zur Visualisierung, Editierung, Automatisierung und Spei cherung. In einem Ausführungsbeispiel weist die Analyseeinrichtung 1 zumindest zwei Messaufnehmer 2a, 2b zum Messen von Drehschwingungen auf. Idealerweise werden als Messaufnehmer 2a, 2b, 2c eine entsprechend große Anzahl an Dreh schwingungssensoren und translatorischen Sensoren verwendet. The analysis device 1 has at least one input interface 5 for connection to a CAN bus of a vehicle or a test stand and at least one output interface 6 for further use or processing of the data, in particular for visualization, editing, automation and storage. In one embodiment, the analysis device 1 has at least two measuring sensors 2a, 2b for measuring torsional vibrations. Ideally, a correspondingly large number of rotary vibration sensors and translational sensors are used as measuring sensors 2a, 2b, 2c.
In zwei getrennten Pfaden - einem Messpfad 20 und einem Simulationspfad 30- werden parallel, also gleichzeitig, sowohl von der Messvorrichtung Messwerte, als auch vom Echtzeit-Modell 3 Simulationsdaten für die zumindest eine charakteristi sche Größe ermittelt. In two separate paths - a measurement path 20 and a simulation path 30 - measurement values are generated in parallel, that is to say simultaneously, both from the measurement device and from also determined from the real-time model 3 simulation data for the at least one characteristic variable.
Auf dem Messpfad 20 wird die zumindest eine charakteristische Größe mit ent sprechenden Messaufnehmern 2a, 2b, 2c der Messvorrichtung 2 gemessen. Die Messdaten werden der Auswertevorrichtung 22 zugeführt und aufbereitet. Die Er gebnisse der Messung werden mit Hilfe von entsprechenden Auswertealgorithmen in der Auswertevorrichtung 22 - beispielsweise einem Schwingungs- und Spek tralanalysator - in spektrale Bestandteile zerlegt. Dazu werden beispielsweise Me thoden aus der Akustik verwendet, um den maximalen Informationsgrad zu erhal ten. On the measuring path 20, the at least one characteristic variable is measured with corresponding measuring sensors 2a, 2b, 2c of the measuring device 2. The measurement data are fed to the evaluation device 22 and processed. The results of the measurement are broken down into spectral components with the help of appropriate evaluation algorithms in the evaluation device 22 - for example a vibration and spectral analyzer. For this purpose, methods from acoustics are used, for example, in order to obtain the maximum level of information.
Zeitgleich dazu wird unter Verwendung des Echtzeit-Modell 3 des Simulationspfa des 30 das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges AS simuliert und im Schritt 31 eine Echtzeitsimulation des Antriebsstranges durchgeführt. Die Simulationsda ten werden analog zum Messpfad 20 in Schritt 32 aufbereitet und beispielsweise eine Schwingungs- und Spektralanalyse durchgeführt. At the same time, the vibration behavior of the drive train AS is simulated using the real-time model 3 of the simulation path 30, and a real-time simulation of the drive train is carried out in step 31. The simulation data are processed analogously to the measurement path 20 in step 32 and, for example, a vibration and spectral analysis is carried out.
Die Ergebnisse der Messung und Simulation werden in einer Abgleichvorrichtung 4 verglichen. Sind die Ergebnisse hinreichend vergleichbar, so kann davon ausge gangen werden, dass die im Echtzeit-Modell 3 verwendeten Zustandsgrößen jenen der Messung entsprechen. Kommt es zu Abweichungen so müssen die Modellpa rameter des Echtzeit-Modells 3 in Schritt 41 so angepasst werden, dass eine ent sprechende Korrelation eintritt. Dies ist der Fall, wenn eine Abweichung zwischen den Ergebnissen der Messung und den Ergebnissen der Simulation kleiner oder gleich einem definierten Grenzwert ist. Ist dieser Zustand erreicht, kann von einer entsprechenden ausreichenden Übereinstimmung ausgegangen werden. Diese Ab gleichung wird durch die Abgleichvorrichtung 4 vollkommen automatisch innerhalb von Sekundenbruchteilen vorgenommen. Die Anpassung der Modellparameter er folgt mittels KI -unterstützten Algorithmen vollautomatisch. The results of the measurement and simulation are compared in an alignment device 4. If the results are sufficiently comparable, it can be assumed that the state variables used in real-time model 3 correspond to those of the measurement. If there are deviations, the model parameters of the real-time model 3 must be adapted in step 41 in such a way that a corresponding correlation occurs. This is the case when a deviation between the results of the measurement and the results of the simulation is less than or equal to a defined limit value. Once this state has been reached, a corresponding sufficient correspondence can be assumed. This adjustment is made completely automatically by the adjustment device 4 within fractions of a second. The model parameters are adjusted fully automatically using AI-supported algorithms.
Diese Methode eignet sich besonders für die Analyse von Brennkraftmaschinen, da hier durch die Massen- und Gaskräfte der Brennkraftmaschine das System ent sprechend genau bestimmt ist. Für elektrische Antriebsmotoren M gilt ähnliches, hier sind aber zusätzliche Informationen über die Regelung notwendig. This method is particularly suitable for the analysis of internal combustion engines, since the system is determined accordingly by the inertia and gas forces of the internal combustion engine. The same applies to electric drive motors M, but here additional information about the regulation is necessary.
Die Analyse eines Antriebsstranges für ein Fahrzeuges mit einer Brennkraftma schine als Antriebsmaschine M erfolgt zum Beispiel wie folgt: Vorbereitung The analysis of a drive train for a vehicle with an internal combustion engine as the drive machine M takes place, for example, as follows: Preparation
1. : Erstellung des Echtzeit-Modells 3 des Antriebsstrang AS mittels eines in die Analyseeinrichtung 1 integrierten Tools. 2. : Anbringen des Schwingungs-Messaufnehmer 2a am ersten Kurbelwellenende KW1 und am zweiten Kurbelwellenende KW2, beispielsweise am Schwungrad oder Starterkranz. Hier kann gegebenenfalls auch das motoreigene Signal verwendet werden. 1.: Creation of the real-time model 3 of the drive train AS by means of a tool integrated into the analysis device 1. 2.: Attaching the vibration sensor 2a to the first crankshaft end KW1 and to the second crankshaft end KW2, for example on the flywheel or starter ring. The engine's own signal can also be used here if necessary.
3. : Verbindung des Analyseeinrichtung 1 mit dem CAN-Bus des Fahrzeuges oder Prüfstandes über die Eingangsschnittstelle 5. Messdurchführuna 3.: Connection of the analysis device 1 to the CAN bus of the vehicle or test stand via the input interface 5. Measurement implementation
1. : Basisabgleich des Echtzeit-Modells 3 1.: Base comparison of the real-time model 3
Der Basisabgleich des Echtzeit-Modells 3 erfolgt beispielsweis durch einen Ausroll versuch des Fahrzeugs. Alternativ dazu kann das Fahrzeug mit eingelegtem Gang und ohne Zündung, oder am Prüfstand der Antriebsstrang innerhalb einer Minute von Leerlauf bis zur maximalen Drehzahl geschleppt werden. Dadurch prägen sich die Eigenfrequenzen des Systems hinreichend genau aus und ermöglichen so die Abstimmung des Echtzeit-Modells 3. The base comparison of the real-time model 3 is carried out, for example, by attempting to roll the vehicle. Alternatively, the vehicle can be dragged from idle to maximum speed within a minute with a gear engaged and without ignition, or the drive train on the test bench. As a result, the natural frequencies of the system are characterized with sufficient accuracy and thus enable the real-time model 3 to be coordinated.
2. : Start der Messung (siehe Fig. 2) 2.: Start of the measurement (see Fig. 2)
In dieser Phase werden für das erste Kurbelwellende KW1 und das zweite Kurbel wellenende KW2 sowohl die Messdaten MDI, MD2 erfasst und ausgewertet, als auch die Echtzeit-Simulationen durchgeführt und Simulationsdaten SD1, SD2 be rechnet. In this phase, the measured data MDI, MD2 are recorded and evaluated for the first crankshaft end KW1 and the second crankshaft end KW2, and the real-time simulations are carried out and simulation data SD1, SD2 are calculated.
In Fig. 2 sind die über die Messaufnehmer 2a, 2b gemessenen und über die Mess erfassungsvorrichtung 21 erfassten Messdaten - beispielsweise ein zeitlicher Ver lauf von Drehschwingungsamplituden - mit MDI, MD2, und die über die Auswer teeinheit 22 ausgewerteten Messdaten mit MAI, MA2 bezeichnet. Die Drehschwin gungsamplituden resultieren aus den realen Zylinderdrücken pl, p2, p3, p4 in den einzelnen Zylindern ZI, Z2, Z3, Z4 der Brennkraftmaschine. In FIG. 2, the measurement data measured via the measurement transducers 2a, 2b and recorded via the measurement detection device 21 - for example a temporal course of torsional vibration amplitudes - are labeled MDI, MD2, and the measurement data evaluated via the evaluation unit 22 are labeled MAI, MA2. The torsional oscillation amplitudes result from the real cylinder pressures pl, p2, p3, p4 in the individual cylinders ZI, Z2, Z3, Z4 of the internal combustion engine.
Als Randbedingungen der Simulation werden über die Eingangsschnittstelle 5 Da ten über Betriebsparameter der Antriebsmaschine M aus dem CAN-Bus des Fahr zeuges oder Prüfstandes, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperaturen, oder dergleichen, verwendet. In der Simulation müssen wichtige Größen, wie zum Bei spiel der Druckverlauf pi t, P2,t, P3,t, P4,t, in den einzelnen Zylinder ZI, Z2, Z3, Z4 so exakt stimmen, dass die Ergebnisse aus der Messung und der Simulation am ersten Kurbelwellende KW1 und am zweiten Kurbelwellenende KW2 der Antriebs maschine M hinreichend genau übereinstimmen. As boundary conditions of the simulation, data about operating parameters of the drive machine M from the CAN bus of the vehicle or test stand, such as speed, load, temperatures, or the like, are used via the input interface 5. In the simulation, important variables such as the pressure curve pi t , P2, t, P3, t, P4, t, in the individual cylinders ZI, Z2, Z3, Z4 must be so accurate that the results from the measurement and the simulation at the first crankshaft end KW1 and at the second crankshaft end KW2 of the drive machine M match with sufficient accuracy.
Stimmen die Messdaten MAI, MA2 bzw. aufbereiteten Messdaten MAI, MA2 nicht mit den Simulationsdaten SD1, SD2 überein, so wird durch die Abgleichvorrichtung 4 eine entsprechende Korrektur der Modellparameter vorgenommen und die Si mulationsberechnung erneut durchgeführt. Gegebenenfalls werden diese Schritte wiederholt, bis die Ergebnisse der Simulation mit den Ergebnissen der Messung übereinstimmen. If the measurement data MAI, MA2 or processed measurement data MAI, MA2 do not match the simulation data SD1, SD2, the adjustment device 4, the model parameters were corrected accordingly and the simulation calculation carried out again. If necessary, these steps are repeated until the results of the simulation agree with the results of the measurement.
3. : Abschluss und Auswertung (siehe Fig. 2) 3.: Completion and evaluation (see Fig. 2)
Die Auswertung der Ergebnisse kann ebenfalls nahezu in Echtzeit erfolgen. Es kann davon ausgegangen werden, dass Änderungen im System verhältnismäßig lang sam von statten gehen (Zeit 1 Zyklus). The results can also be evaluated almost in real time. It can be assumed that changes in the system take place relatively slowly (time 1 cycle).
Aus Sicherheitsgründen und zur Analyse von Schäden kann ein entsprechend lan ger, hochaufgelöster Ringspeicher zur Sicherung der Daten in der Analyseeinrich tung 1 verwendet werden. Die Analyseergebnisse selbst können über eine Aus gangsschnittstelle 6 beispielsweise auf einen externen Rechner oder ein Tablet übertragen werden. For security reasons and to analyze damage, a correspondingly long, high-resolution ring memory can be used to save the data in the analysis device 1. The analysis results themselves can be transmitted via an output interface 6 to an external computer or tablet, for example.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine rasche Bestimmung der Qualität von Prozessen, beispielsweise von Verbrennungsprozessen, am laufenden System. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäße Analyseeinrichtung 1 im Bereich der Entwicklung und der Produktion von Antriebssträngen, insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung, eingesetzt wer den. The method according to the invention enables the quality of processes, for example combustion processes, to be quickly determined on the running system. The method according to the invention and the analysis device 1 according to the invention can be used particularly advantageously in the field of development and production of drive trains, in particular in the field of quality assurance.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Echtzeit-Analyse innermotorischer Prozesse in einem zumin dest eine Antriebsmaschine (M) ausweisenden Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden : a) Bereitstellen einer Messvorrichtung (2) mit zumindest einem Mess aufnehmer (2a, 2b, 2c) - vorzugsweise mit zumindest zwei Messauf nehmern (2a, 2b, 2c) - zum Messen zumindest einer charakteristi schen Größe des Antriebsstrangverhaltens, b) Bereitstellen und/oder Erstellen eines Echtzeit-Modells (3) zur Simu lation des Antriebsstrang in Bezug auf zumindest eine definierte cha rakteristische Größe, c) Ermitteln und/oder Bereitstellen zumindest ein Betriebs- oder Steu erparameter der Antriebsmaschine (M), vorzugsweise Drehzahl, Last und/oder Temperatur, d) Messen zumindest einer charakteristischen Größe des Antriebstrang verhaltens in zumindest einem Betriebspunkt mit der Messvorrich tung (2), e) Durchführen einer modellbasierten Simulation des Antriebsstrangver haltens in Bezug auf die charakteristische Größe auf der Basis des zumindest einen Betriebsparameters der Antriebsmaschine (M) unter Verwendung des Echtzeit-Modells (3), wobei die modellbasierte Si mulation zeitgleich mit der Messung der zumindest einen charakteris tischen Größe durchgeführt wird, f) Vergleichen der mit der Messvorrichtung (2) gemessenen Ergebnisse mit den zeitgleich ermittelten Ergebnissen der Echtzeit-Simulation (3) und g) Ändern zumindest eines Modellparameters des Echtzeit-Modells (2), wenn eine Abweichung zwischen den Ergebnissen der Messung und den Ergebnissen der Simulation festgestellt wird, welche größer ist als ein definierter Grenzwert. 1. A method for real-time analysis of internal engine processes in a drive train having at least one drive machine (M), characterized in that the following steps are carried out: a) Providing a measuring device (2) with at least one measuring transducer (2a, 2b, 2c) - Preferably with at least two transducers (2a, 2b, 2c) - for measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior, b) Providing and / or creating a real-time model (3) for simulating the drive train in relation to at least one defined Characteristic variable, c) determining and / or providing at least one operating or control parameter of the drive machine (M), preferably speed, load and / or temperature, d) measuring at least one characteristic variable of the drive train behavior at at least one operating point with the measuring device device (2), e) Carrying out a model-based simulation of the powertrain behavior in relation to the characteristic variable based on the at least one operating parameter of the drive machine (M) using the real-time model (3), the model-based simulation being carried out at the same time as the measurement of the at least one characteristic variable, f) comparing the values obtained with the measuring device ( 2) measured results with the simultaneously determined results of the real-time simulation (3) and g) changing at least one model parameter of the real-time model (2), if a deviation between the results of the measurement and the results of the simulation is found which is greater as a defined limit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der gemessenen Ergebnisse und der Ergebnisse der Echtzeit-Simulation au tomatisch durch eine Abgleichvorrichtung (4) durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the comparison of the measured results and the results of the real-time simulation is carried out automatically by a balancing device (4).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Modellparameter des Echtzeit-Modells (3) bei Abweichung der Ergebnisse automatisch durch die Abgleichvorrichtung (4) durchgeführt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the change in the model parameters of the real-time model (3) is carried out automatically by the adjustment device (4) if the results differ.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt e) in einem Testlauf des Antriebsstranges ein Basisabgleich des Echtzeit-Modells (3) an den realen Antriebsstrang durchgeführt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before step e) a basic comparison of the real-time model (3) is carried out on the real drive train in a test run of the drive train.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Echtzeit-Model (3) ein Echtzeit-Schwingungsmodell ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the real-time model (3) is a real-time vibration model.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest eine charakteristische Messgröße die Drehschwingungen der Antriebswelle (KW) - vorzugsweise an zwei axial voneinander distanzier ten Stellen der Antriebswelle (KW) des Antriebsstranges - gemessen werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the torsional vibrations of the drive shaft (KW) - preferably at two axially distanzier th points of the drive shaft (KW) of the drive train - are measured as at least one characteristic measured variable.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt d) gemessenen Messdaten in einer Auswertevorrichtung (21) aufbereitet werden, wobei vorzugsweise eine Schwingungs- und/oder Spektralanalyse durchgeführt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the measurement data measured in step d) are processed in an evaluation device (21), wherein a vibration and / or spectral analysis is preferably carried out.
8. Analyseeinrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (1) eine Messvorrichtung (2) mit zumindest einem Messaufnehmer (2a, 2b, 2c), eine Messdatenerfassungsvorrichtung (3) zur Erfassung der Messdaten der Messvorrichtung (2), ein Echtzeit-Modell (4) zur Simulation des Antriebs strangverhaltens und eine Abgleichvorrichtung (5) aufweist. 8. Analysis device (1) for performing the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the analysis device (1) has a measuring device (2) with at least one measuring sensor (2a, 2b, 2c), a measurement data acquisition device (3) for recording the measurement data of the measuring device (2), a real-time model (4) for simulating the drive train behavior and a balancing device (5).
9. Analyseeinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (1) eine Auswertevorrichtung (22) für die Messdaten aufweist. 9. Analysis device (1) according to claim 8, characterized in that the analysis device (1) has an evaluation device (22) for the measurement data.
10. Analyseeinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Messaufnehmer (2a, 2b), vorzugsweise zumindest zwei Messaufnehmer (2a, 2b), als Drehschwingungsaufnehmer ausgebildet ist/ sind. 10. Analysis device (1) according to claim 8 or 9, characterized in that at least one measuring sensor (2a, 2b), preferably at least two measuring sensors (2a, 2b), is / are designed as a torsional vibration sensor.
11. Analyseeinrichtung (1) nach einem der Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Messaufnehmer (2c) - vorzugsweise zumindest zwei Messaufnehmer, als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist/sind. 11. Analysis device (1) according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least one measuring sensor (2c) - preferably at least two measuring sensors, is / are designed as an acceleration sensor.
12. Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Echtzeit-Modell (4) ein Echtzeit-Schwingungsmodell ist. 12. Analysis device (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the real-time model (4) is a real-time vibration model.
13. Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (1) zumindest eine Eingangs schnittstelle (6) zu einem CAN-Bus aufweist. 13. Analysis device (1) according to one of claims 8 to 12, characterized in that the analysis device (1) has at least one input interface (6) to a CAN bus.
14. Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (1) eine Ausgangsschnittstelle (7) zur Visualisierung der Ergebnisse und/oder zur Datenspeicherung auf weist. 14. Analysis device (1) according to one of claims 8 to 13, characterized in that the analysis device (1) has an output interface (7) for visualizing the results and / or for data storage.
15. Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung (1) als tragbare Einheit ausge bildet ist. 15. Analysis device (1) according to one of claims 8 to 14, characterized in that the analysis device (1) is designed as a portable unit.
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