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.

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.

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.

Aufgabe der Erfindung ist es, innermotorische Prozesse in einem Antriebsstrang möglichst genau und rasch zu analysieren.

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.

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 einer Vorbereitungsphase des Verfahrens wird das Echtzeitmodell erstellt oder durch eine Datenbank bereitgestellt.

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.

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.

Für den folgenden Vergleich können günstigerweise die aufbereiteten Messdaten und Simulationsdaten - also die Messergebnisse und Simulationsergebnisse - ver wendet werden.

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.

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.

Durch die Kombination von Schwingungsmesstechnik und Echtzeit-Schwingungs simulation kann eine hinreichend genaue Aussage über die Prozessverläufe im An triebsstrang getätigt werden.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Darin zeigen :

Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockschaubild; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Analyse eines Antriebsstranges für ein Fahrzeuges mit einer Brennkraftma schine als Antriebsmaschine M erfolgt zum Beispiel wie folgt: Vorbereitung

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.

3. : Verbindung des Analyseeinrichtung 1 mit dem CAN-Bus des Fahrzeuges oder Prüfstandes über die Eingangsschnittstelle 5. Messdurchführuna

1. : Basisabgleich des Echtzeit-Modells 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.

2. : Start der Messung (siehe 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 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.

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.

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.

3. : Abschluss und Auswertung (siehe 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).

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.

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.