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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft die Signalverarbeitung von Schwingungssignalen von einem Wälzlager und ist insbesondere auf eine Signalverarbeitung in einer eingebetteten Zustandsüberwachungseinheit gerichtet, die ein Radkopfwälzlager überwacht.
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HINTERGRUND
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Auf dem Gebiet der Wälzlager ist es bekannt, einen oder mehrere Sensoren anzubringen, um einen oder mehrere physikalische Parameter zu messen und diese physikalischen Parameter in elektrische Signale umzuwandeln, um dadurch den Zustand des Lagers zu überwachen. Ein solches Beispiel ist es, ein Radlager eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Lastkraftwagenanhängers, zu überwachen. Um in der Lage zu sein, einen Lastkraftwagen oder einen Lastkraftwagenanhänger mit einer Radlagerüberwachung nachzurüsten, ist es bekannt, eine Überwachungseinheit an der Radfelge zu befestigen. Radüberwachungsvorrichtungen, die an einer Radfelge befestigt sind, müssen besonders leicht und robust sein, um auf der einen Seite eine Unwucht des Rads als ein Ergebnis des Gewichts der Radüberwachungseinheit zu vermeiden und auf der anderen Seite eine lange Lebensdauer ungeachtet der extremen Bedingungen, denen die Radüberwachungseinheit während des Betriebs ausgesetzt ist, sicherzustellen. Es scheint Raum für Verbesserungen zu geben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Signalverarbeitung von unterschiedlichen Frequenzbändern zur Analyse zu definieren, die den Bedarf nach physikalischen und Verarbeitungsressourcen reduziert.
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Die vorher erwähnte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein schlankes Signalverarbeitungsverfahren erreicht, eine Lagerüberwachungseinheit und eine Radüberwachungseinheit, die das schlanke Signalverarbeitungsverfahren verwenden, werden dargestellt, die besonders für eingebettete Systeme geeignet sind. Die Erfindung basiert auf der grundlegenden erfinderischen Idee der digitalen Anpassung von gemessenen Signalen, die in unterschiedlichen Frequenzbändern zu analysieren sind, um dadurch zu ermöglichen, ein einziges gemeinsames analoges Frontend und ein einziges gemeinsames digitales Spektralanalysierer-Backend zu haben. Dies wird analoge Komponenten sparen und den Bedarf nach Speicher zusätzlich zu einer schlanken Signalverarbeitung entspannen.
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Die vorher erwähnte Aufgabe wird des Weiteren gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Signalverarbeitung eines analogen Sensorsignals zur Analyse in zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern erreicht. Für jedes Frequenzband weist das Verfahren die Schritte des Tiefpassfilterns, Umwandelns, digitalen Anpassens, Spektralanalysierens, Analysierens und Bestimmens auf. Der Schritt des Tiefpassfilterns tiefpassfiltert das analoge Sensorsignal, sodass hohe Frequenzkomponenten entfernt werden. Die Abschneidefrequenz des Tiefpassfilterns ist zumindest die Hälfte der Abtastfrequenz eines folgenden Analog-zu-Digital-Wandlers. Der Schritt des Umwandelns wandelt das tiefpassgefilterte analoge Sensorsignal in ein digitales Signal bei einer vorbestimmten Abtastrate um. Die Abtastrate ist dieselbe für alle Frequenzbänder, die verarbeitet werden, und ermöglicht, dass dieselbe Tiefpassfilterung für alle Frequenzbänder verwendet wird. Gemäß der Erfindung passt der Schritt des digitalen Anpassens das digitale Signal während des Betriebs gemäß den Parametern eines aktuellen von einem der zumindest zwei Frequenzbänder und gemäß Parametern einer Spektralanalyse, die durchzuführen ist, an. Die Anpassung wird durchgeführt, um das Frequenzband zu berücksichtigen und in die Spektralanalyse einzupassen, die kommt. Dann führt der Schritt des Spektralanalysierens eine Spektralanalyse an dem digital angepassten digitalen Signal durch, wobei ein Frequenzspektrum erzeugt wird.
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Die Spektralanalyse verwendet dieselben Parameter für die Spektralanalyse unabhängig davon, welches der zumindest zwei Frequenzbänder das aktuelle Frequenzband ist. Eine Spektralanalyse kann durch viele unterschiedliche Verfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise eine Fouriertransformation, DFT, FFT, oder in diesem Fall geeigneterweise unter Verwendung eines Görtzelalgorithmus. Der Schritt des Analysierens analysiert das Frequenzspektrum in Hinblick auf die durchgeführte digitale Anpassung und darauf, welches das aktuelle Frequenzband ist. Der Bestimmungsschritt bestimmt dann, ob es eine Unregelmäßigkeit in dem aktuellen Frequenzband gibt oder nicht. Geeigneterweise wird dies durch eine Art von Bericht gefolgt.
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Vorzugsweise weist der Schritt des digitalen Anpassens des digitalen Signals ein Dezimieren des digitalen Signals auf. In einem eingebetteten System werden die Schritte am besten sequenziell für jedes der zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbänder durchgeführt. In manchen Ausführungsformen sind die analogen Sensorsignale von einem Schwingungssensor, der direkt oder indirekt mit einer rotierenden Vorrichtung gekoppelt ist, wie beispielsweise einem Rollen- oder Kugellager. In den meisten Ausführungsformen wird eine Drehgeschwindigkeit bestimmt und weist dann geeigneterweise in dem Schritt des Analysierens des Frequenzspektrums ein Identifizieren von Frequenzspitzen und Identifizieren dieser Spitzen mittels der bestimmten Drehgeschwindigkeit auf.
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Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen des Verfahrens gemäß der Erfindung können in irgendeiner gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Die vorher erwähnte Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch durch eine Lagerüberwachungseinheit erreicht. Die Überwachungseinheit weist einen Schwingungssensor, einen analogen Signalverarbeitungsteil, einen Analog-zu-Digital-Wandler und einen digitalen Verarbeitungsteil auf. Gemäß der Erfindung sind die unterschiedlichen Teile der Überwachungseinheit angeordnet, um wie folgt zu arbeiten. Die Überwachungseinheit ist angeordnet, um ein analoges Sensorsignal zur Analyse in zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbändern zu signalverarbeiten. Der Schwingungssensor erzeugt ein analoges Sensorsignal. Die analoge Signalverarbeitung ist angeordnet, um das analoge Sensorsignal zu tiefpassfiltern und möglicherweise auch eine Verstärkung bereitzustellen. Der Analog-zu-Digital-Wandler ist angeordnet, um das tiefpassgefilterte analoge Sensorsignal in ein digitales Signal bei einer vorbestimmten Abtastrate umzuwandeln. Die vorbestimmte Abtastrate ist dieselbe zur Verarbeitung aller Frequenzbänder. Der digitale Verarbeitungsteil ist angeordnet, um das digitale Signal während des Betriebs gemäß einem aktuellen der zumindest zwei Frequenzbänder und gemäß Parametern einer Spektralanalyse digital anzupassen. Der digitale Verarbeitungsteil ist auch angeordnet, um das digital angepasste digitale Signal spektral zu analysieren, um ein Frequenzspektrum zu erzeugen. Dieselben Parameter für die Spektralanalyse werden unabhängig davon verwendet, welches der zumindest zwei Frequenzbänder das aktuelle Frequenzband ist. Der digitale Verarbeitungsteil ist des Weiteren angeordnet, um das Frequenzspektrum in Hinblick auf die durchgeführte digitale Anpassung und darauf, welches das aktuelle Frequenzband ist, zu analysieren. Schließlich bestimmt der digitale Verarbeitungsteil auch, ob es eine Unregelmäßigkeit in dem aktuellen Frequenzband gibt. Geeigneterweise wird dies dann berichtet.
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In den meisten Ausführungsformen weist das digitale Anpassen des digitalen Signals ein Dezimieren des digitalen Signals auf. Die unterschiedlichen Verarbeitungsschritte werden geeigneterweise sequenziell für jedes der zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzbänder durchgeführt. Vorteilhafterweise ist der Schwingungssensor direkt oder indirekt mit einer rotierenden Vorrichtung, die ein Rollen- oder Kugellager sein kann, gekoppelt. In manchen Ausführungsformen wird eine Drehgeschwindigkeit bestimmt. Wenn eine Drehgeschwindigkeit bestimmt wird, dann weist der Verarbeitungsschritt des Analysierens des Frequenzspektrums das Identifizieren von Frequenzspitzen und Identifizieren dieser Spitzen mittels der bestimmten Drehgeschwindigkeit auf.
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Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen der Lagerüberwachungseinheit gemäß der Erfindung können in irgendeiner gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Die vorher erwähnte Aufgabe wird des Weiteren gemäß der Erfindung durch eine Radüberwachungseinheit erreicht, die dazu gedacht ist, an einer Radfelge eines Fahrzeugrad befestigt zu werden. Die Radüberwachungseinheit weist eine Lagerüberwachungseinheit, wie sie oben erwähnt ist, auf.
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Die Radüberwachungseinheit weist geeigneterweise eine Ausgangseinheit auf, um entweder optisch oder kabellos anzugeben, dass eine Unregelmäßigkeit bestimmt wurde.
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Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen der Radüberwachungseinheit gemäß der Erfindung können in irgendeiner gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Ein primärer Zweck der Erfindung ist es, ein Mittel bereitzustellen, um die Verwendung von Ressourcen, sowohl physikalische, wie beispielsweise Speicher und analoge Komponenten, als auch Verarbeitungsressourcen, beispielsweise zum Berechnen eines Frequenzspektrums, zu minimieren. Dies wird gemäß der Erfindung durch Anpassen von abgetasteten Sensorsignal während des Betriebs erreicht, um einem gewünschten Frequenzband zu entsprechen, um dadurch in der Lage zu sein, unterschiedliche Frequenzbänder mit derselben Abtastfrequenz/Rate abzutasten und in der Lage zu sein, dieselbe Frequenzspektralanalyse zu verwenden, geeigneterweise unter Verwendung des Görtzelalgorithmus. Andere Vorteile dieser Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun detaillierter für erläuternde und in keiner Weise beschränkende Zwecke mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben werden, in denen
- 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Radlagerüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt,
- 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Signalverarbeitung gemäß der Erfindung darstellt,
- 3 ein Fahrzeugrad darstellt, das eine Radlagerüberwachungseinheitsausführungsform gemäß der Erfindung hat, die eine Signalverarbeitung gemäß der Erfindung aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung klarzustellen, werden manche Beispiele ihrer Verwendung nun in Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben werden.
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1 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Radlagerüberwachungseinheit gemäß der Erfindung dar. Die Radlagerüberwachungseinheit weist eine Signalverarbeitung gemäß der Erfindung auf, wie sie in 2 dargestellt ist. Die Radlagerüberwachungseinheit gemäß der Erfindung weist einen Schwingungssensor 100, einen analogen Signalverarbeitungsteil 110, einen Analog-zu-Digital-Wandler (A/D, ADC) 120, einen Controller 130, einen digitalen Signalverarbeitungsteil 132, einen Analyse- und Bestimmungsteil 134, eine Ausgangseinheit 136, geeigneterweise einen Anzeigeteil 138 und eine Energiequelle 140 auf.
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Ein Ausgangssignal des Schwingungssensors 100 wird zuerst durch die analoge Signalverarbeitung 110 aufbereitet, die eine Verstärkung, Tiefpassfilterung, aufweisen kann, um dadurch ein Schwingungssignal zu erzeugen, das für den Analog-zu-Digital-Wandler (A/D, ADC) 120 sowohl für Signalamplitude, Dynamik als auch Frequenzbandbreite geeignet ist. In den digitalen Bereich eintretend überwachen, steuern und verarbeiten ein oder mehrere Controller/Prozessoren 130 die digitale Signalverarbeitung 132, die Analyse und Bestimmung 134 des Status/Zustands des Radlagers und auch die Ausgangseinheit 136. Die Ausgangseinheit kann eine Energieeinheit, um beispielsweise Versorgung einer LED mit Energie zu versorgen, und/oder ein vollständiger Funksendeempfänger zur kabellosen Kommunikation über beispielsweise Bluetooth oder ein anderes kabelloses Kommunikationsprotokoll mit beispielsweise einer Smartphone-App sein. Als eine einfache menschliche Schnittstelle ist die Anzeige 138 eine geeignete Option, sei es die einzige Schnittstelle oder als ein Zusatz. Die einfachste Form einer Anzeige ist eine LED. Die Energiequelle 140 kann eine Batterie und/oder Energieemter sein. Geschwindigkeit oder Umdrehungen pro Minute (RPM) ist ein wichtiger Faktor für die digitale Signalverarbeitung. Wenn sie nicht von irgendeiner externen Quelle bereitgestellt wird oder durch andere Mittel abgeleitet wird, dann kann es zweckmäßig sein, einen optionalen Geschwindigkeits-/RPM-Sensor 150 zu haben, der irgendeine Art von optionaler Geschwindigkeitsverarbeitungseinheit 152 benötigen könnte, um ein Geschwindigkeits-/RPM-Signal zu erzeugen, das geeignet ist.
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Der gesamte digitale Bereich kann innerhalb eines Microcontrollers realisiert werden, der ein oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), Programm- und Datenspeicher, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, Analog-zu-Digital-Umwandlung und möglicherweise auch einen Schaltkreis aufweist, um in der Lage zu sein, direkt manche der Signalverarbeitungsaufgaben direkt durchzuführen, wie beispielsweise den Görtzelalgorithmus. Andere Ausgestaltungen sind natürlich möglich, dort kann es möglich sein, auch die analoge Verarbeitung zu integrieren oder ein oder mehrere der digitalen Teile als ein getrenntes Teil, wie beispielsweise Datenspeicher/Zwischenspeicher, oder alles oder Teile als eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) zu haben.
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2 stellt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Signalverarbeitung gemäß der Erfindung mit einer Anzahl von Verarbeitungsschritten dar. Ein erster Schrittbeginn 200 ist ein geeigneter Eintritt von einem Kalt-, einem Anschalt-, oder Warm-, oder einem Wiederherstellungsstart. Danach initialisiert in einem zweiten Schritt-Initial-Set-Up 210 ein Controller oder ASIC geeigneterweise alle Register und Variablen, bereitet irgendwelche Eingangs- und Ausgangsanschlüsse vor, einschließlich einem A/D-Wandler, Timern etc. Geeigneterweise wird auch irgendeine Art von Rückkopplung einer menschlichen Schnittstelle gegeben, dass die Einheit korrekt aktiviert ist und korrekt arbeitet. In einem ersten optionalen Schritt 220 wird ein Signalpegel von einem Schwingungssensor gemessen. In einem zweiten optionalen Schritt 222 wird bestimmt, ob der Signalpegel, der von dem Schwingungssensor gemessen wird, über oder unter einem vorbestimmten Schwellwert ist. Messung und Bestimmung kann sowohl in dem analogen Bereich als auch dem digitalen Bereich durchgeführt werden. Wenn es in dem analogen Bereich durchgeführt wird, dann werden zusätzliche analoge Komponenten benötigt, wie beispielsweise ein Komparator. Wenn es in dem digitalen Bereich durchgeführt wird, werden mehr Verarbeitungsressourcen durch A/D-Wandlung und digitale Signalverarbeitung benötigt, somit wird mehr Batterieenergie verwendet. Wenn der gemessene Signalpegel über dem vorbestimmten Schwellwert ist, dann wird bestimmt, dass das Lager/Radlager rotiert und die Verarbeitung fährt mit einem dritten Schritt 230 fort, wenn nicht, dann fährt das Verfahren mit einem dritten optionalen Schritt 224 fort. Der dritte optionale Schritt ist eine Verzögerung, eine optionale vorbestimmte Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit dem ersten optionalen Schritt 220 fortfährt. Die optionale vorbestimmte Verzögerung kann geeigneterweise in dem Bereich von Sekunden, Minuten bis Stunden sein. Indem die optionalen Schritte 220, 222, 224 enthalten sind, kann mit relativ geringer Verarbeitung bestimmt werden, ob ein Fahrzeug und/oder Lager/Radlager sich bewegt/rotiert, wodurch Batterie gespart wird.
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Der dritte Schritt 230 ist ein Erfassungs-/Bestimmungsschritt der Geschwindigkeit/Drehung. Die Geschwindigkeit/Drehung kann durch ein Geschwindigkeits-/Rotationssignal erfasst oder mittels eines zusätzlichen Geschwindigkeits-/Rotationssensors oder durch irgendwelche anderen Mittel bestimmt werden. In einem vierten Schritt 232 wird bestimmt, ob die Geschwindigkeit/Rotation schneller als eine vorbestimmte Geschwindigkeit/Rotation ist. Wenn sie es ist, fährt das Verfahren mit einem sechsten Schritt 240 fort, wenn nicht, dann fährt das Verfahren mit einem fünften Schritt 234 fort. Der fünfte Schritt 234 ist eine Verzögerung, eine erste Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder dem ersten optionalen Schritt 220 fortfährt, wenn es dort ist, oder andernfalls mit dem dritten Schritt 230. Die erste Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt sein oder variabel in Hinblick auf beispielsweise eine Geschwindigkeit/Rotation und/oder Vorhandensein der optionalen Schritte 220-224. Die erste vorbestimmte Verzögerungszeit kann geeigneterweise in dem Bereich von Minuten sein, wenn die optionalen Schritte 220-224 vorhanden sind, andernfalls kann sich die erste Verzögerungszeit auch auf Stunden erstrecken, wenn bestimmt wurde, dass die Geschwindigkeit null ist. Es ist wichtig für die Signalverarbeitung, dass die Geschwindigkeit/Rotation innerhalb eines bestimmten Bereichs ist. Wenn sie außerhalb dieses Bereichs ist, dann wartet das Verfahren eine Weile, um zu sehen, ob die Geschwindigkeit/Rotation etwas später innerhalb des Bereichs ist. Wenn die Geschwindigkeit/Rotation null ist, dann kann es eine Weile sein, bevor sie beginnt, daher der Grund, die erste Verzögerungszeit auf bis zu Stunden zu erhöhen.
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In dem sechsten Schritt 240 werden die Schwingungssensorsignale für eine vorbestimmte Abtastzeit bei einer vorbestimmten Abtastrate abgetastet und dann durch Tiefpassfiltern und Downsampling in Echtzeit resampelt, was eine äquivalente Abtastrate erzeugt. Wie viel die Schwingungssensorsignale nach unten abgetastet werden, wird in Abhängigkeit davon sein, welches Band aktuell analysiert wird, gemäß der Erfindung zumindest zwei unterschiedliche Bänder, welche unterschiedliche Frequenzbänder abdecken, und daher mit unterschiedlichen äquivalenten Abtastraten. Alle unterschiedlichen Bänder werden physikalisch bei derselben Abtastfrequenz durch den A/D-Wandler abgetastet. Dies ermöglicht dieselbe analoge Signalverarbeitung, insbesondere das Tiefpassfiltern, vor der A/D-Wandlung für alle drei Bänder. Die Echtzeitdezimierung (Tiefpassfiltern und Downsampling) wird dann individuelle äquivalente Abtastraten für jedes Band, das zu analysieren ist, erzeugen. Wenn die aktuelle Abtastfrequenz/-rate des A/D-Wandlers für jedes individuelle Band optimiert werden würde, dann müsste es auch eine individuelle analoge Signalverarbeitung geben, um der Abtastrate jedes Bands zu entsprechen. Die Echtzeitdezimation spart auch an der Menge von Speicher, der benötigt wird, um jede Abtastmenge zu speichern. In Abhängigkeit von den Frequenzbändern und der Suche nach Frequenzen kann eine weitere Dezimation und nichtlineare Berechnungen, wie beispielsweise ein absoluter Wert, durchgeführt werden. Dies wird gemacht, um die unterschiedlichen Abtastmengen für die Spektralanalyse auszurichten.
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Nach dem sechsten Schritt 240, der die Schwingungssensorsignale abtastet und zuerst äquivalente Abtastraten-Abtastmengen, und dann ausgerichtete Abtastmengen, erzeugt, fährt das Verfahren mit einem siebten Schritt 242 fort. Der siebte Schritt 242 führt eine Spektralanalyse durch, wie beispielsweise eine Fouriertransformation, FFT oder geeigneterweise unter Verwendung des Görtzelalgorithmus. Durch ausgerichtete Abtastmengen kann die Spektralanalyse in derselben Weise mit denselben Parametern für alle der ausgerichteten Abtastmengen durchgeführt werden. Dies ermöglicht, dass die Spektralanalyse, wenn gewünscht, hart verdrahtet ist, und auch wenn sie in Software durchgeführt wird, vereinfacht es die Programmierung, spart Speicherplatz und benötigt nur eine Optimierung einer Spektralanalyse. Nach dem siebten Schritt 242, der die Spektralanalyse durchführt, führt ein achter Schritt 244 irgendeine notwendige weitere Signalverarbeitung durch, wie beispielsweise eine Spitzendetektion.
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Danach überprüft ein neunter Schritt 246, um zu sehen, ob alle Bänder durchgeführt wurden. Wenn alle Bänder durchgeführt wurden, dann fährt die Verarbeitung mit einem zehnten Schritt 250 fort, andernfalls wird das nächste Band ausgewählt und das Verfahren fährt mit dem sechsten Schritt 240 fort. In den meisten Ausführungsformen gibt es zwei bis vier Bänder, die üblicherweise für eine Zustandsüberwachung von Kugel-/Rollenlagern verwendet werden. Der zehnte Schritt 250 erfasst/bestimmt eine Geschwindigkeit/Rotation. Dies wird entweder durch ein Geschwindigkeits-/Rotationssignal, durch einen zusätzlichen Geschwindigkeitssensor oder ein anderes Mittel durchgeführt. Ein elfter Schritt 252 bestimmt dann, ob die Geschwindigkeit/Rotation innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von der vorher erfassten/bestimmten Geschwindigkeit/Rotation in dem dritten Schritt 230 ist. Wenn die Geschwindigkeit/Rotation innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, dann fährt das Verfahren mit einem dreizehnten Schritt 260 fort, wenn nicht, dann fährt das Verfahren mit einem zwölften Schritt 254 fort. Der zwölfte Schritt 254 ist eine zweite Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder dem ersten optionalen Schritt 220, wenn es dort ist, oder andernfalls mit dem dritten Schritt 230 fortfährt. Die zweite Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt oder variabel in Hinblick auf beispielsweise eine Geschwindigkeit/Rotation sein. Die zweite Verzögerungszeit kann geeigneterweise in dem Bereich von Minuten sein oder die zweite Verzögerungszeit kann sich auch auf Stunden erstrecken, wenn bestimmt wurde, dass die Geschwindigkeit/Rotation null ist. In manchen Ausführungsformen ist es möglich, die Geschwindigkeit/Rotation parallel mit der Abtastung der Schwingungssensorsignale zu erfassen/zu bestimmen. Eine Bestimmung, ob die Geschwindigkeit/Rotation innerhalb eines spezifizierten Bereichs während der Abtastung ist, wird dann auch parallel mit der Abtastung durchgeführt.
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Der dreizehnte Schritt 260 führt eine weitere Verarbeitung/Analyse/Vergleich durch, um in der Lage zu sein, einen Status des Lagers zu bestimmen. Ein vierzehnter Schritt 262 kann dann den Status in der Form einer LED ausgeben, die optisch signalisiert, dass ein Lager nicht in seinem optimalen Zustand ist, und/oder kann über Bluetooth oder ein anderes kabelloses Protokoll, wie beispielsweise Wi-Fi, zu einer Smartphone-App und/oder einem Konzentrator übertragen werden, der den Zustand jedes überwachten Lagers eines beispielsweise Fahrzeugs einer zentralen Überwachungseinheit überreichen wird. All die Verarbeitung der Schwingungssensorsignale für alle Bänder ist durchgeführt und der fünfzehnte Schritt 264 setzt das Verfahren in Wartestellung mittels einer dritten Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder dem ersten optionalen Schritt 220, wenn es dort ist, oder andernfalls mit dem dritten Schritt 230 fortfährt. Die dritte Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt oder variabel in Hinblick auf beispielsweise den Zustand des Lagers sein, wenn es keine Anzeigen gibt, dann wird eine weniger häufige Überwachung benötigt, das ist eine lange Verzögerungszeit, während, wenn Abnutzung sich zu zeigen beginnt, dann wird eine häufigere Überwachung benötigt, somit kürzere Verzögerungen.
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3 stellt eine Fahrzeugrad 300 dar, das eine Radlagerüberwachungseinheitsausführungsform 310 gemäß der Erfindung hat, die eine Signalverarbeitung gemäß der Erfindung aufweist. Die Radlagerüberwachungseinheit 310 ist geeigneterweise an der Radfelge 305 durch zwei Radwarzenverschlüsse 322, 324 angebracht, um eine gute Übertragung von Schwingungen von dem Radlager zu bekommen.
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Da die Radlagerüberwachungseinheit 310 Mittel zum Detektieren, Evaluieren und Signalisieren als eine relativ strukturell kompakte Einheit aufweist, kann die Einheit im Allgemeinen einfach durch beispielsweise Anordnen der Vorrichtung zwischen zwei Radwarzen und der Radfelge nachgerüstet werden. Wobei die Einheit durch Festziehen der Radwarzenverschlüsse/Muttern angebracht ist.
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Die Erfindung basiert auf der grundlegenden erfinderischen Idee des digitalen Anpassens von gemessenen Signalen, die in unterschiedlichen Frequenzbändern analysiert werden sollen, um dadurch ein einziges gemeinsames analoges Frontend und ein einziges gemeinsames digitales Spektralanalysierer-Backend zu ermöglichen. Dies wird analoge Komponenten sparen und den Bedarf nach Speicher entspannen. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche variiert werden.
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- 1 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Radlagerüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung dar:
- 100
- Schwingungssensor,
- 110
- analoge Signalverarbeitung,
- 120
- Analog-zu-Digital-Wandler (A/D, ADC),
- 130
- Controller,
- 132
- digitale Signalverarbeitung,
- 134
- Analyse und Bestimmung des Status/Zustands des Radlagers,
- 136
- Ausgangseinheit, um beispielsweise eine LED mit Energie zu versorgen und/oder eine kabellose Bluetooth- (oder andere Protokoll) Kommunikation zu beispielsweise einer Smartphone-App,
- 138
- Anzeige, wie beispielsweise eine LED,
- 140
- Energiequelle, wie beispielsweise eine Batterie und/oder Energieemte,
- 150
- optionaler Geschwindigkeitssensor,
- 152
- optionale Geschwindigkeitsverarbeitungseinheit.
- 2 stellt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Signalverarbeitung gemäß der Erfindung dar:
- 200
- Beginn,
- 210
- initialer Set-Up,
- 220
- Optional - Messen des Signalpegels von dem Schwingungssensor,
- 222
- Optional - Bestimmen, ob der Signalpegel, der von dem Schwingungssensor gemessen wurde, über oder unter einem vorbestimmten Schwellwert ist, wenn der gemessene Signalpegel über dem vorbestimmten Schwellwert ist, dann wird bestimmt, dass das Lager/Radlager rotiert und das Verfahren fährt mit Schritt 230 fort, wenn nicht, dann fährt das Verfahren mit Schritt 224 fort,
- 224
- Optional - Verzögerung, eine optionale vorbestimmte Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit dem optionalen Schritt 220 fortfährt, die optionale vorbestimmte Verzögerung kann geeigneterweise in dem Bereich von Sekunden, Minuten bis Stunden sein,
- 230
- Erfassung/Bestimmung der Geschwindigkeit/Rotation, entweder durch ein Geschwindigkeits-/Rotationssignal, durch einen zusätzlichen Geschwindigkeits-/Rotationssensor oder irgendein anderes Mittel,
- 232
- Bestimmung, ob die Geschwindigkeit/Rotation schneller als eine vorbestimmte Geschwindigkeit/Rotation ist, wenn sie es ist, fährt das Verfahren mit Schritt 240 fort, wenn nicht, fährt das Verfahren mit Schritt 234 fort,
- 234
- Verzögerung, eine erste Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder Schritt 220, wenn es dort ist, oder andernfalls mit Schritt 230 fortfährt, die erste Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt oder variabel in Hinblick auf beispielsweise eine Geschwindigkeit und/oder Vorhandensein der optionalen Schritte 220-224 sein, die erste vorbestimmte Verzögerungszeit kann geeigneterweise in dem Bereich von Minuten sein, wenn die optionalen Schritte 220-224 vorhanden sind, andernfalls kann sich die erste Verzögerungszeit auch auf Stunden erstrecken, wenn bestimmt wurde, dass die Geschwindigkeit null ist,
- 240
- Abtasten der Schwingungssensorsignale für eine vorbestimmte Abtastzeit bei einer vorbestimmten Abtastrate und dann Resampling in Echtzeit, um äquivalente Abtastraten in Abhängigkeit davon zu erzeugen, welches Band aktuell zu analysieren ist, gemäß der Erfindung zumindest zwei unterschiedliche Bänder, wodurch unterschiedliche Frequenzbänder abgedeckt werden und daher mit unterschiedlichen äquivalenten Abtastraten, in Abhängigkeit von den Frequenzbändern und der Suche nach Frequenzen kann eine weitere Dezimation (Tiefpassfiltern und Downsampling) und nichtlineare Berechnungen, wie beispielsweise ein absoluter Wert, durchgeführt werden,
- 242
- Spektralanalyse, wie beispielsweise über eine Fouriertransformation, FFT oder geeigneterweise unter Verwendung des Görtzelalgorithmus,
- 244
- weitere Signalverarbeitung, wie beispielsweise Spitzendetektion,
- 246
- Überprüfen, um zu sehen, ob alle Bänder durchgeführt wurden, wenn alles durchgeführt wurde, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt 250 fort, andernfalls wird das nächste Band ausgewählt und das Verfahren fährt mit Schritt 240 fort, in den meisten Ausführungsformen gibt es zwei bis vier Bänder, die üblicherweise zur Zustandsüberwachung von Kugel-/Rollenlagern verwendet werden,
- 250
- Erfassung/Bestimmung von Geschwindigkeit/Rotation, entweder durch ein Geschwindigkeits-/Rotationssignal, durch einen zusätzlichen Geschwindigkeitssensor oder irgendein anderes Mittel,
- 252
- Bestimmung, ob die Geschwindigkeit/Rotation innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von der vorher erfassten/bestimmten Geschwindigkeit/Rotation in Schritt 230 ist, wenn sie es ist, fährt das Verfahren mit Schritt 260 fort, wenn nicht, fährt das Verfahren mit Schritt 254 fort,
- 254
- Verzögerung, eine zweite Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder dem optionalen Schritt 220, wenn es dort ist, oder andernfalls mit Schritt 230 fortfährt, die zweite Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt oder variabel in Hinblick auf beispielsweise die Geschwindigkeit/Rotation sein, die zweite Verzögerungszeit kann geeigneterweise in dem Bereich von Minuten sein oder die zweite Verzögerungszeit kann sich auch auf Stunden erstrecken, wenn bestimmt wurde, dass die Geschwindigkeit/Rotation null ist,
- 260
- weitere Verarbeitung/Analyse/Vergleich,
- 262
- Statusausgabe kann in der Form einer LED sein, die optisch signalisiert, dass ein Lager nicht in seinem optimalen Zustand ist, und/oder sie kann über Bluetooth oder ein anderes kabelloses Protokoll, wie beispielsweise Wi-Fi, zu einer Smartphone-App, und/oder einem Konzentrator sein, der den Zustand jedes überwachten Lagers eines beispielsweise Fahrzeugs einer zentralen Überwachungseinheit überreichen wird,
- 264
- Verzögerung, eine dritte Verzögerungszeit, bevor das Verfahren mit entweder dem optionalen Schritt 220, wenn es dort ist, oder andernfalls mit Schritt 230 fortfährt, die dritte Verzögerungszeit kann entweder vorbestimmt oder variabel in Hinblick auf beispielsweise den Zustand des Lagers sein, wenn es keine Anzeichen gibt, dann wird eine weniger häufige Überwachung benötigt, das heißt lange Verzögerungszeiten, während eine Abnutzung sich zu zeigen beginnt, dann wird eine häufigere Überwachung benötigt, kürzere Verzögerungen.
- 3 stellt ein Fahrzeugrad dar, das eine Radlagerüberwachungseinheitsausführungsform gemäß der Erfindung darstellt, die eine Signalverarbeitung gemäß der Erfindung aufweist:
- 300
- Fahrzeugrad,
- 305
- Radfelge,
- 310
- Radlagerüberwachungseinheit,
- 322
- Radmutter,
- 324
- Radmutter.