用于识别机动车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法

摘要

本发明涉及一种用于识别机动车优选商用车的曲轴驱动装置(1)的运行特性变化的方法。本发明尤其涉及一种用于识别位于曲轴驱动装置(1)中的扭振减震器(11)的故障状态，优选扭振减震器(11)的次级质量的卡死或打滑的方法。在此，所述曲轴驱动装置包括曲轴(2)、在所述曲轴(2)的工作中旋转的脉冲产生器(3)和位置固定的传感器机构(4)，该传感器机构产生与所述脉冲产生器(3)的转速有关的转速信号N。具体地，所述方法包括如下步骤：在所述曲轴驱动装置(1)的工作期间，检测所述传感器机构(4)的当前的转速信号Nakt；借助带通滤波器对所述当前的转速信号Nakt予以滤波，该带通滤波器具有至少一个第一通带范围D1，该第一通带范围包括第一中心频率f1；把经滤波的所述当前的转速信号Nakt与存储在存储器(5)中的参考信号Nref相比较；和基于经滤波的所述当前的转速信号Nakt与所述参考信号Nref的比较来识别所述曲轴驱动装置(1)的运行特性变化。本发明还涉及一种机动车优选商用车，其具有被设计用于实施这种方法的控制机构(6)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于识别机动车优选商用车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法。本发明尤其涉及一种用于识别在曲轴驱动装置中存在的扭振减震器的故障状态、优选用于识别扭振减震器的次级质量的卡死或打滑的方法。本发明还涉及一种车辆优选商用车，该车辆具有被设计用于实施这种方法的控制机构。

背景技术

在机动车中的内燃机工作期间，曲轴驱动装置特别是曲轴以及通常存在的扭振减震器受到大的弯曲负荷和扭转负荷。此外，这些构件和轴承因旋转振动而受到应力，所述旋转振动由曲轴驱动装置的旋转运动的持久的突然加速和制动而产生。为了防止因发动机受损致使车辆失效，希望尽早地识别出曲轴驱动装置的磨损，特别是扭振减震器的磨损。

在现有技术中已知，借助于转速信号的阶次分析来监视传动系中的曲轴驱动装置，特别是扭振减震器。对此，例如公开文献DE 10 2010 041 889 A1公开了一种方法，其把转速信号首先转换到频域中，然后把不同发动机阶次的所得到的信号幅度与参考-幅度值相比较。随后由两个信号的幅度差推断出扭振减震器的可能的故障状态。但这种方法的缺点是，所检测的测量信号必须通过傅里叶-分析予以繁琐的后期处理。这决定了具有足够计算能力的传感器硬件，相应地提高了其成本。

发明内容

因此，本发明的目的是，提出一种相比于现有技术有所改善的方法，以便识别出机动车的曲轴驱动装置的运行特性变化。本发明的目的特别在于，提出一种更易于实现的且更加成本低廉的用于曲轴驱动装置监视的方法，其需要更少的计算运算，此外还能够辨别出故障状态的确切类型。

这些目的通过一种具有独立权利要求的特征的方法得以实现。本发明的有利的实施方式和应用可由从属权利要求得到，并将在后续说明中部分地参照附图予以详述。

在此，本发明基于本已公知的如下构思：对曲轴驱动装置的状态借助于其与当前的造型和材料组成有关的振荡特性予以监视。为此，检查转速信号是否存在叠加在实际信号上的频率较高的振荡分量。目前的方法大多基于对转速信号的繁琐的傅里叶-分析，与此相反，本发明的基本构思是，借助于带通滤波器从转速信号中仅仅滤波出一些频率范围，如果曲轴驱动装置存在故障状态的话，在这些频率范围内就会出现谐振特性变化。由此一方面减少了待处理的数据量，另一方面，相比于对信号的完全的傅里叶-分析，带通滤波在技术上实现起来明显更简单。此外由于曲轴驱动装置的谐振特性对于每种可能的故障状态来说都是独特的，所以还可以通过监视多个频率范围来从在此产生的信号样式中确定出故障状态的精确类型。

根据本发明的一种通用的方面，提出一种用于识别机动车、优选商用车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法。在此特别地，曲轴驱动装置也可以包括扭振减震器。运行特性尤其包括曲轴驱动装置的与转速相关的振荡特性、位置特性和谐振特性，该曲轴驱动装置例如带有曲轴、轴承、连杆、活塞、环、螺栓、减振器和飞轮，所述运行特性在此可以是指曲轴驱动装置在规定的条件(例如转速)下如何工作的方式。此外，曲轴驱动装置包括曲轴、在曲轴工作中旋转的脉冲产生器和位置固定的传感器机构，该传感器机构产生与脉冲产生器的转速有关的转速信号N。此外或替代地，位置固定的传感器机构也可以产生与脉冲产生器的角速度有关的角速度信号ω。转速信号和角速度信号仅仅相差倍数2π，并且通过关系式ω＝2πN而相关联。

脉冲产生器以及相应的用于检测脉冲产生器的旋转运动的传感器机构在现有技术中本已公知。因而例如可以为要求保护的所述方法采用磁性传感器，这其中包括感应式的、振荡-感应式的、磁阻式的涡流传感器和/或霍尔效应传感器。所有这些都基于在传感器机构位置的因脉冲产生器移动所致的磁力线变化的无接触的探测。此外也可以采用一些光学传感器，其测量入射到传感器机构上的且通过脉冲产生器的旋转而调制的光的强度、相位和/或偏振。术语“光”在此是指任何类型的电磁辐射。

脉冲产生器具有在曲轴驱动装置的工作中影响传感器机构的任务，并且例如可以设计成齿轮、传感轮、编码盘或穿孔盘。但也可以采用任何其它的结构，这些结构与曲轴按固定关系旋转，且这些结构至少局部地具有特别是在圆周侧的形式为穿孔、凸起、槽的区域，或具有不同的磁化强度、反射率和/或透射率的其它区域。如果这些结构经过传感器机构，就可以由每单位时间在传感器机构位置的磁力线和/或空间光分布的变化来求得脉冲产生器的旋转速度。由传感器机构产生的所述转速信号和/或角速度信号形成了要求保护的方法的基础，其中，下面为明了起见，仅针对转速信号N介绍一些方法步骤。但所公开的教导相应地也可以转用至角速度信号ω。

根据本发明，该方法包括如下步骤：

在曲轴驱动装置的工作期间，优选以高的采样率检测传感器机构的当前的转速信号N

虽然针对于识别曲轴驱动装置的运行特性变化介绍了所述方法，但如果脉冲产生器相应地与凸轮轴、驱动轴或其它轴耦联，则所述原理也可以用来识别凸轮轴、驱动轴或任何其它轴的运行特性变化。在监视曲轴驱动装置时的特殊优点在于，对于大多数机动车来说，用于转速测量的各个组件即脉冲产生器和传感器机构的这种布置在曲轴驱动装置上已经存在。

根据本发明的一种实施方式，在识别曲轴驱动装置的运行特性变化的步骤中，有针对性地识别位于曲轴驱动装置中的扭振减震器的故障状态。如果曲轴驱动装置包括用于减小曲轴驱动装置的并非所愿的扭转振动的这种构件，则可以采用要求保护的所述方法来识别该构件的有故障的工作状态，例如扭振减震器的次级质量的卡死或打滑。这些故障状态主要在包括两个可彼此相对转动活动地安置的质量(初级质量和次级质量)的扭振减震器上出现，这些质量通过至少一个弹簧-阻尼器单元而相互作用连接。在此，如果次级质量无法再相对于初级质量转动，次级质量就会存在卡死。相反，如果在初级质量与次级质量之间的摩擦例如因空气垫而被消除并且这些质量可以自由地相对移动，次级回转质量就会存在打滑。

为了可靠地探测曲轴驱动装置的这些或其它的故障状态，本发明的另一实施方式规定，第一中心频率f

带通滤波器的第一中心频率f

针对多个激励频率，模拟或测量功能正常的曲轴驱动装置的谐振特性。激励在此可以是指一定频率的在外部施加到构件上的振动。为了测量谐振特性，可以借助于冲击激励器或振动激励器或者其它白噪声来激励功能正常的特别是安装在车辆中的曲轴驱动装置产生振动，并且探测与构件的造型和材料有关的系统响应，即一个或多个表征特性的振动模式形式的谐振特性。替代地，也可以借助于有限元方法来确定谐振特性。优选地，针对多个频率确定谐振特性，这些频率在曲轴驱动装置的工作中也会出现和/或被检测到。此外，也针对曲轴驱动装置的至少一个故障状态，针对多个激励频率，对具有相应故障状态的曲轴驱动装置的谐振特性进行模拟或测量。在这种情况下也优选针对多个频率确定谐振特性，这些频率在曲轴驱动装置的工作中也会出现和/或被检测到。随后求得功能正常的曲轴驱动装置和有故障状态的曲轴驱动装置的区别激励频率，这例如可以通过比较相应的振动幅度来进行。然后基于所求取的激励频率，确定带通滤波器的包括第一中心频率f

根据另一实施方式，检测当前的转速信号N

在一种优选的实施方式中，在比较步骤之前对经滤波的当前的转速信号N

此外，本发明的另一实施方式规定，带通滤波器具有至少一个第一通带范围D

根据另一种改进，该方法为此附加地包括如下步骤：基于借助在不同中心频率f

该实施方式的一种改进规定，第二中心频率f

根据另一设计方式，带通滤波器的第一中心频率f

根据本发明的一种设计方式，参考信号N

替代地，参考状态是在维护或维修曲轴驱动装置之后不久的曲轴驱动装置的状态。由于在维护或维修时可能对曲轴驱动装置进行的更改会导致传感器机构和/或脉冲产生器的变化，所以有利的是，对参考状态进行重新校准，以便由此避免误诊或误报。为此例如可以在维护或维修曲轴驱动装置之后，根据转速来检测传感器机构的当前的转速信号、角速度信号、转速加速度信号、角加速度信号、转速角度信号和/或角度信号，并且将其作为新的参考信号存储在存储器中。在这种情况下，术语“在维护或维修曲轴驱动装置之后不久”也是指，未对曲轴驱动装置的安装位置特别是传感器机构和脉冲产生器的位置进行其他的由维护或维修引起的改变，但车辆尚未进行重新的投入运行。

替代地，参考状态也可以是指曲轴驱动装置的故障状态，优选是曲轴驱动装置中的扭振减震器内的次级质量的卡死和/或打滑。这具有如下优点：如果不同的故障状态——也称为磨损状态——导致曲轴驱动装置的表征相应的故障状态或磨损状态的与转速有关的振动特性、位置特性和谐振特性，则这些故障状态也可以用作参考状态，以便由此进行有针对性的故障诊断。此外，也可以把曲轴驱动装置的多个参考状态存储在存储器中，并且相应地针对多个存储的参考状态进行比较。

根据本发明的另一设计方式，通过求得两个信号的量值差ΔN＝|N

此外，本发明的一种实施方式规定，该方法以定期的时间间隔进行，和/或在机动车的一定的行驶里程情况下进行，并把传感器机构的求得的当前的转速信号N

为明了起见，在所有先前的实施方式中，通过对用词的选择间接暗示了各个方法步骤的顺序(例如，表述“对滤波后的当前转速信号微分”暗示在滤波之后进行微分)。然而，对于本领域技术人员而言立即显而易见的是，各方法步骤可以部分地互换(例如对经微分的信号进行滤波)或组合(例如直接检测角加速度)，而在此并不偏离本发明的构思。代表这些方法步骤的实现同样发明构思的如此意义下的顺序，在下文中介绍一种替代方案，作为本发明的另一通用的观点。在此，对于本领域技术人员同样可见的是，先前的各实施方式相应地也可以类似地转用至现在提出的方法。

根据本发明的第二通用的观点，提出一种用于识别机动车、优选商用车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法。该曲轴驱动装置包括曲轴、在曲轴的工作中旋转的脉冲产生器和位置固定的传感器机构，该传感器机构产生与脉冲产生器的转速有关的转速信号N。此外，该方法包括如下步骤：

在曲轴驱动装置的工作期间，优选以高的采样率来检测传感器机构的当前的转速信号N

本发明还涉及一种机动车、优选商用车，其具有曲轴驱动装置，该曲轴驱动装置包括曲轴、在曲轴的工作中旋转的脉冲产生器和位置固定的感应式传感器机构和控制机构，该传感器机构产生与脉冲产生器的转速有关的转速信号N，该控制机构被设计用于接收传感器机构的转速信号，并且实施如本文献中记载的用于识别曲轴驱动装置的运行特性变化的方法。

附图说明

发明的前述优选实施方式和特征可任意地相互组合。下面参照附图介绍本发明的其它细节和优点。其中：

图1为带有脉冲产生器和传感器机构的曲轴驱动装置的示意图；

图2示出根据本发明的一种实施方式的用于识别机动车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法；

图3示出根据本发明的另一实施方式的用于识别机动车的曲轴驱动装置的运行特性变化的方法；

图4针对曲轴驱动装置的各种不同的运行状态示出在中心频率f

图5如同图4中那样，针对曲轴驱动装置的同样的这些运行状态示出在中心频率f

具体实施方式

图1示意性地示出机动车特别是商用车的本已公知的曲轴驱动装置1。曲轴驱动装置1包括曲轴2以及多个与曲轴2耦联的连杆9和活塞10，该曲轴2是示意性地仅仅示为发动机组7的内燃机8的一部分。此外，曲轴驱动装置1以及内燃机8包括其他的按照通常的实践所使用的构件，特别是配重、曲轴轴承、密封件、气缸、喷射系统等，这些构件在图1中未明确示出。曲轴2布置在发动机组7内部，并在两侧伸出。在曲轴2的从发动机组7伸出的一个端部上设置了扭振减震器11。在曲轴2的与该端部相对的端部上，曲轴驱动装置1包括飞轮12，例如双质量飞轮，其带有被设计成传感轮的脉冲产生器3。在此，该传感轮在周向侧具有等间距的角度标记，这些角度标记可以设计成孔眼或凸起。与传感轮相邻地——在当前的实施方式中径向地，其中，轴向的安装位置也是可能的——设置了传感器机构4，例如感应式传感器机构，其适合于产生与脉冲产生器3的转速或角速度有关的转速信号N或角速度信号ω。对此，在传感轮上的各角度标记的距离与相应的曲轴转数之间存在固定的关系，由此可以由每单位时间检测各角度标记来求得曲轴2的转速或角速度。在图1所示的实施方式中，把由传感器机构4检测的转速信号N或角速度信号ω提供给控制机构6。此外，该控制机构6与存储器5连接，在该存储器上存储着传感器机构4的至少一个参考信号N

图2示出根据本发明的一种实施方式的用于识别机动车的曲轴驱动装置1的运行特性变化的方法的流程图。在步骤61中，在曲轴驱动装置1的优选静止的运行期间检测传感器机构4的当前的转速信号N

图3示出根据本发明的另一实施方式的用于识别机动车的曲轴驱动装置1的运行特性变化的方法的流程图。起点是，在步骤71中，高频地检测传感器机构4的当前的角速度信号ω

如果在步骤751中确定Δω‘

并行地在步骤752中确定Δω‘

图4示意性地示出经带通滤波的(第一通带范围D

图5同样针对扭振减震器11的不同的工作状态示出在经带通滤波及经微分的角速度信号(＝角加速度信号)作为转速的函数。然而在这种情况下，这些信号是借助于带通滤波器在D

尽管已借助一定的实施例介绍了本发明，但对于本领域技术人员显然的是，可以进行不同的改变，且可以采用对等物作为替代，而不偏离于本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的实施例，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的全部实施例。本发明特别是也要求保护从属权利要求的主题和特征，而独立于所引用的权利要求。

附图标记清单

1 曲轴驱动装置

2 曲轴

3 脉冲产生器

4 传感器机构

5 存储器

6 控制机构

7 发动机组

8 内燃机

9 连杆

10 活塞

11 扭振减震器

12 飞轮