【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种根据方案1的前序部分所述的用于确定车辆的车轮端(wheelend)的旋转速度和振动的装置。
技术介绍
1、在车辆中，例如在卡车中，经常需要监测(监视)各个元件，以检测损坏或磨损，优选地以在故障发生之前提前检测损坏或磨损。例如，这些元件中的一个可以是用在卡车中的车轮端。在这种车轮端中，可以设置轴承，并且可以使用传感器来检测这种轴承的故障。典型地，使用至少两个传感器，由于振动可以指示轴承的损坏，因此一个传感器用于检测轴承的振动，一个传感器用于检测轴承或车轮端的旋转速度。在常用系统中，使用加速度计来检测旋转速度。然而，这种组件非常昂贵并且增加总成本。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的在于提供一种比较便宜且易于实施的用于监测(监视)车轮端的装置。
2、该目的通过如方案1中要求所述的用于确定车辆(特别是卡车)的车轮端的旋转速度和振动的装置来实现。
3、所述装置包括测量在车轮端的旋转期间的信号的一个单个传感器(一个传感器/单个传感器)。所述传感器被配置在车轮端处。
4、与常用系统不同，仅需要单个传感器来测量旋转速度和振动两者。所述装置还包括确定单元，所述确定单元可以基于这一个单个传感器的信号来确定车轮端的旋转速度以及振动。
5、由于通过传感器测量到的旋转速度和振动频率不在相同的频率范围，因此，仅使用单个传感器来测量速度和振动是可行的。单个传感器测量复信号(complex signal)，在复信号中，振动利用正弦波被调制。
6、由于车轮端的轴承的缺陷，例如轴承的滚道上的裂痕(/裂纹)(spallings)，因此可能会发生振动，这改变传感器信号。换句话说，指示旋转速度的正弦波可能叠加一些具有比正弦波的频率高的频率的失真(distortion)。
7、因此，测量到的传感器信号可以被视为由低频正弦波(指示速度)、高频(由于振动)以及噪声频率(例如，可能由于任何环境扭曲而发生)构成。
8、由于旋转速度和振动的频率彼此不同，因此它们能够被容易地区分开，因此，可以使用一个单个传感器的(多个)信号来确定旋转速度以及振动。
9、由于仅需要单个传感器，因此相比于常用系统可以降低监测装置的总成本。此外，单个传感器可以是比加速度计便宜的压电传感器，这进一步降低总成本。此外，压电传感器通常比加速度计的尺寸小，因此可以减小传感器所需的空间。这还提供了以下优点：可将传感器定位为较靠近在连接到基板的印刷电路(包含确定单元)与机械间隔件之间的机械附接件。
10、为了确定旋转速度和振动，确定单元适于对测量到的信号执行频率分析，用以确定分析的信号中的指示旋转速度和/或诱发车轮端的振动的缺陷的一个或多个峰值。
11、通过执行频率分析，可以将时域中的传感器信号转换到频域中。在频域中，可以更加容易地检测到与旋转速度的频率和(多个)振动的(多个)频率相对应的峰值。
12、如上所述，旋转速度具有为正弦波形式的低频。当将信号的时间谱(timespectrum)转换为频谱时，使用频率分析，在低频(10hz左右)处存在一个非常高的峰值。这个峰值对应于在时间信号上为正弦波的速度。
13、在车轮端的旋转期间，传感器经过轴承上的缺陷。如果速度较高，则传感器以较短的时间间隔经过缺陷。因此，速度越高，缺陷频率越高。因此，振动或缺陷频率直接取决于速度。如果振动频率较高，则其可以更加容易地与低速度频率区分。因此，为了清楚地区分速度频率与振动频率，车轮端应以30km/h的最小速度旋转。
14、频率分析可以是离散傅立叶变换(dft)、快速傅立叶变换(fft)或戈泽尔(goertzel)算法中的一者。
15、dft可以用于执行频率分析或傅立叶分析。由于它处理有限量的数据，因此可以通过数值算法在计算机中实施，甚至在专用硬件中实现。这些实施通常采用高效的快速傅立叶变换(fft)算法。
16、优选地，使用戈泽尔算法，戈泽尔算法是一种特定类型的dft。它从离散信号中分析一个可选择的频率分量。为了覆盖全频谱，戈泽尔算法具有比快速傅立叶变换(fft)算法高的复杂度，但是对于计算少量的选择频率分量而言，它在数值上更加高效。戈泽尔算法的简单结构使其非常适合小型处理器和嵌入式应用。因此，戈泽尔算法提供了进一步的优点，因为这样的算法给出与fft或dft类似的结果，但是使用较少的微控制器资源并且节省电池容量。
17、如上所述，测量到的信号还可能会包含一些噪声。因此，确定单元可以适于从测量到的信号滤除噪声，特别是在执行频率分析之前从测量到的信号滤除噪声。例如，可以通过应用适于噪声频率的高通或低通滤波器来完成对噪声滤除。结果可以是包含速度和振动信息的无噪声信号。
18、根据另一实施方式，确定单元适于使用检测到的旋转速度来对测量到的信号进行滤波。
19、在提取速度(频域中的最高峰值)之后，可以从测量到的信号滤除该速度频率。因此，通过对原始信号应用速度相关的滤波器，可以从测量到的信号“切除(cut)”速度，然后，可以评估信号中的振动频率。
20、根据另一实施方式，确定单元适于在频率分析之前应用一个或多个带通滤波器，以建立一个或多个带通，特别是多于两个带通。
21、通过使用带通滤波器，将信号减少到带通内的频率。因此，可以减少在频率分析期间将要处理的信号，这减少了所需的计算和电池资源。
22、例如，传感器可以测量从0至4khz的信号，然后可以应用带通滤波器以减少点的数量(例如，到250hz的频率范围)，从而能够加速戈泽尔算法。
23、当仅创建一个带通时，可能的情况是该带通没有包含速度和振动检测所需的所有信息，特别是在带通内的频率仅包括速度的频率或振动的频率时。优选地，创建两个或三个带通，因为这样的带通数量可以确保正确地提取速度频率和/或振动频率，同时使将要被处理的信号量足够少，这与处理整个信号相比减少了必要的计算资源。
24、当应用例如三个带通滤波器时，可以以不同的带通频率对测量到的信号进行滤波，以减小将要被存储的总信号大小。由此，可以减小存储测量到的信号所需的存储器。此外，带通滤波器可以用于增加信号的信噪比(snr)，例如从而容易检测速度频率和振动频率。
25、为了确保得到的带通包括所有必需的频率，可以针对旋转速度的预期频谱和/或振动的预期频谱来优化带通滤波器。
26、在下文中，示例性地描述了信号的测量和处理。可以采用56hz的采样频率来执行信号的获取(即，利用传感器测量信号)。在该获取之后，可以如上所述对信号进行滤波，并且可以进一步降低采样频率。当使用三个带通时，可以将采样频率降低到28khz(对于带通1)、降低到14khz(带通2)以及降低到7khz(带通3)。这种获取的过度采样起抗锯齿)(/反走样)(anti-al本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定车辆的车轮端的旋转速度和振动的装置(1)，特别地，所述车辆为卡车，其特征在于，所述装置(1)包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(6)是压电传感器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于对测量到的信号执行频率分析，用以确定分析的信号中的指示旋转速度和/或诱发所述车轮端的振动的缺陷的一个或多个峰值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述频率分析是离散傅立叶变换、快速傅立叶变换或戈泽尔算法中的一者。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于从测量到的信号滤除噪声，特别地，所述确定单元(4)适于在执行频率分析之前从测量到的信号滤除噪声。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于使用检测到的旋转速度来对测量到的信号进行滤波。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于在所述频率分析之前应用一个或多个带通滤波器，以建立一个或多个带通，特别地，
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，一个或多个带通滤波器针对旋转速度和/或振动的预期频谱而进行优化。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于对0至500Hz之间的频率执行频率分析中的一者。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还包括输出单元(24)，用于基于确定的所述车轮端的旋转速度和振动来输出信号，特别地，所述输出单元(24)用于基于确定的所述车轮端的旋转速度和振动来输出警告信号。
...【技术特征摘要】
1.一种用于确定车辆的车轮端的旋转速度和振动的装置(1)，特别地，所述车辆为卡车，其特征在于，所述装置(1)包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(6)是压电传感器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于对测量到的信号执行频率分析，用以确定分析的信号中的指示旋转速度和/或诱发所述车轮端的振动的缺陷的一个或多个峰值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述频率分析是离散傅立叶变换、快速傅立叶变换或戈泽尔算法中的一者。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述确定单元(4)适于从测量到的信号滤除噪声，特别地，所述确定单元(4)适于在执行频率分析之前从测量到的信号滤除噪声。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置...
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