DE4036713A1 - Verfahren zum signalisieren der geschwindigkeit eines fahrzeugs und schaltungsanordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Signalisieren der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, welches mit einem Tacho­ meter ausgerüstet ist, der durch eine Tachometerwelle ange­ trieben ist.

Für manche Steuerungsaufgaben in Fahrzeugen benötigt man ein geschwindigkeitsabhängiges Eingangssignal, z. B. für das Steuern von Servoaggregaten, für die geschwindigkeits­ abhängige Steuerung der Lautstärke von Autoradios oder der Geschwindigkeit von Scheibenwischern, für das geschwindig­ keitsabhängige Verstellen von Spoilern und anderes mehr. Häufig werden Fahrzeuge erst nachträglich mit entsprechenden Geräten und Einrichtungen ausgerüstet und dann stellt sich die Frage, wie man am besten das geschwindigkeitsabhängige Eingangssignal gewinnt.

Es ist bekannt, an einem der Enden der Tachometerwelle, also am Getriebeanschluß oder am Anschluß des Anzeigeinstrumentes, einen Drehgeber zwischenzuschalten. Nachteilig dabei ist, daß dadurch der serienmäßige Zustand des Tachometers verändert wird, daß die Einbauorte schlecht zugänglich sind, und daß man wegen der sehr großen Typenvielfalt von Tachometern eine entsprechend große Vielfalt von Drehgebern vorrätig halten muß.

Es ist auch bekannt, die Tachometerwelle aufzuschneiden und einen Drehgeber einzufügen. Nachteilig dabei ist erneut, daß dadurch der serienmäßige Zustand des Tachometers verändert wird. Außerdem ist die Funktionssicherheit vom handwerklichen Geschick und von der Sorgfalt des Fachmanns (Automechaniker) abhängig, welcher den Drehgeber einsetzt. Schließlich muß man im Hinblick darauf, daß die Tachometerwellen keine einheit­ lichen Abmessungen aufweisen, eine Anzahl von unterschiedlichen Anpaßhülsen für die Montage vorrätig halten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie ohne gravierende Veränderung des serienmäßigen Zustandes eines Fahrzeuges im Wege der Nachrüstung ein geschwindigkeitsabhängiges Signal gewonnen und in einer solchen Bauform verwirklicht werden kann, die in allen Kraft­ fahrzeugen eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schaltungsan­ ordnung ist Gegenstand des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert keinerlei Eingriff in den Tachometer oder in die Tachometer­ welle. Da das von der Tachometerwelle abgestrahlte Laufge­ räusch ausgewertet wird, genügt es, an irgend einer Stelle der Tachometerwelle, zweckmäßigerweise an einer besonders leicht zugänglichen Stelle, außen auf die biegsame Hülle, in welcher die Tachometerwelle geführt ist, einen akustisch- elektrischen Wandler, insbesondere ein Körperschallmikrofon anzuordnen, welches die Laufgeräusche aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Den Wandler aufzuklemmen, ist in zweierlei Hinsicht günstig: Zum einen erzielt man dadurch eine gute Einkopplung des Laufgeräusches in den Wandler, zum anderen kann man bei einer Klemmbefestigung ein und dieselbe Klemme für praktisch alle vorkommenden Durchmesser von Tachometerwellen verwenden. Die Tachometer­ welle und die sie umgebende Hülle bleiben dabei völlig un­ verändert, der serienmäßige Zustand bleibt erhalten, was für das Bewahren von Garantieansprüchen wichtig ist. Da keinerlei Eingriffe in den Tachometer bzw. in die Tacho­ meterwelle vorgenommen werden, ist die Montage denkbar ein­ fach. Fehlerhafte Funktionen wegen falschen Einbaus des akustisch-elektrischen Wandlers sind selbst dann kaum zu befürchten, wenn dieser von einem Laien eingebaut wird.

Die Erfindung eignet sich deshalb hervorragend für Zwecke der Nachrüstung.

Analysiert man das Laufgeräusch der Tachometerwelle nach den darin enthaltenen Frequenzen, stellt man fest, daß mit der Drehzahl der Tachometerwelle korrelierte Frequenzen darin auffällig stark, d. h. mit besonders großer Amplitude, vertreten sind. Erfindungsgemäß wird deshalb das vom Wand­ ler gelieferte elektrische Signal nach Frequenzen analysiert und ein Signal mit einer Kenngröße gebildet, die der aufge­ fundenen, auffällig stark vertretenen Frequenz proportional ist. Bei dieser Kenngröße kann es sich z. B. um eine der Dreh­ zahl der Tachometerwelle proportionale Analogspannung oder um eine der Drehzahl proportionale Impulsfrequenz handeln.

Das vom Wandler gelieferte elektrische Signal enthält darüber­ hinaus Frequenzen, die mit der Drehzahl der Tachometerwelle nicht in eindeutiger Weise korreliert sind. Je mehr man von diesen Frequenzen unterdrücken kann, desto auffälliger hebt sich die gesuchte Frequenz von den anderen Frequenzen des Signales ab. Es ist deshalb in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das elektrische Signal gefiltert wird, um Frequenzen zu unterdrücken, die außerhalb eines die ver­ mutete auffällige Frequenz umgebenden Frequenzbereiches liegen.

Im einfachsten Fall geht man so vor, daß man eine Tief­ paßfilterung durchführt und alle höher frequenten Signal­ anteile unterdrückt, die oberhalb einer Grenzfrequenz lie­ gen, die durch die Drehzahl der Tachometerwelle bei der vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt wird. Vorzugsweise führt man jedoch eine noch weitergehende Filterung durch, indem man das Signal einer Bandpaßfilte­ rung unterzieht und die Mittenfrequenz des durchgelassenen Frequenzbereiches der auffällig stark vertretenen Frequenz nachführt. Man hat dann ein Fenster von vorgegebener Band­ breite, welches im infragekommenden Frequenzbereich ver­ schoben werden kann, wobei die Verschiebung so vorgenommen wird, daß die aufgefundene auffällige, mit der Drehzahl der Tachometerwelle korrelierte Frequenz innerhalb dieses Fensters, vorzugsweise etwa in seiner Mitte, liegt. Darin liegt keine prinzipielle Schwierigkeit, da das Verfahren seinen Ausgangspunkt immer bei stillstehendem Fahrzeug nimmt, so daß man zu Beginn des Verfahrens die untere Grenze des Fensters zu Null wählen kann, wodurch sicherge­ stellt ist, daß nach Beginn des Verfahrens die gesuchte Frequenz auf jeden Fall aufgefunden wird. Sie kann des­ halb von Beginn an verfolgt und die Mittenfrequenz ent­ sprechend verschoben werden.

Die gesuchte Frequenz kann unmittelbar durch Filterung des Signales bestimmt werden. Die gesuchte Frequenz ist aber dann besonders einfach zu erkennen, wenn das Signal einer Fouriertransformation unterworfen wird, wodurch man anstelle eines zeitkontinuierlichen Signales ein Spektrum, bei der mit einem Rechner durchzuführenden Fouriertrans­ formation ein Linienspektrum, erhält, in welchem bei der ge­ suchten Frequenz eine besonders ausgeprägte Spektrallinie erscheint, deren Amplitude auffällig aus dem Rauschanteil des Spektrums hervorsticht, und zwar umso deutlicher, je niedriger der Rauschanteil ist, weshalb es auch bei Durch­ führung einer Fouriertransformation bevorzugt ist, das Signal vorher einer Filterung zu unterziehen, durch welche insbesondere die höheren Frequenzen, welche den Rauschan­ teil überwiegend bestimmen, unterdrückt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich nicht nur die Drehzahl einer Tachometerwelle und damit die Fahrzeug­ geschwindigkeit ermitteln und signalisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch übertragen werden auf andere Arten von Wellen, um deren Drehzahl zu ermitteln und zu signalisieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt durch eine Welle, insbe­ sondere eine Tachometerwelle, die Anordnung eines Körperschall-Sensors zur Aufnahme des Laufgeräusches der Welle,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Schal­ tungsanordnung und

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Schal­ tungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine rotierende Welle 1, welche von einer Wellenführung 2 oder Lagerung umgeben ist. Bei einer Tacho­ meterwelle ist die Wellenführung 2 üblicherweise ein durch eine Wendelfeder verstärkter Schlauch. Auf der Außenseite der Wellenführung liegt ein Körperschall-Sensor 3, dessen Vorderseite guten Kontakt zur Wellenführung 2 hat. Der Kör­ perschall-Sensor 3 ist mittels eines aus zwei Halbringen 6 und 7 bestehenden Spannringes, der durch eine Spannfeder 8 zugehalten wird, auf der Außenseite der Wellenführung fest­ geklemmt. In einem der Halbringe befindet sich eine Ausnehmung, in welcher der Körperschall-Sensor 3 in elastisch nachgeben­ des und schalldämmend wirkendes Material 4 eingebettet ange­ ordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Körperschall-Sensor vor allem die Laufgeräusche der Welle 1, nicht aber störende Geräusche aus der Umgebung aufnimmt. Durch ein Anschlußkabel 5 ist der Körperschall-Sensor 3 mit einer Auswerteschaltung verbunden, welche beispielhaft in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung liefert der Körperschall-Sensor 5 ein elektrisches Signal, welches durch einen Verstärker 10 verstärkt und durch ein schmal­ bandiges Bandpaßfilter 11 gefiltert wird, dessen Mittenfre­ quenz veränderlich ist. Das vom Bandpaßfilter 11 durchge­ lassene Signal wird durch einen Analog-Digital-Wandler 12 digitalisiert und einem Mikrorechner 13 eingegeben, der zusammen mit dem Bandpaßfilter 11 in einer Regelschleife liegt und die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters so steuert, daß die Amplitude des durchgelassenen Signals ein Maximum annimmt. Der Mikrorechner 13 steuert einen Ausgangssignalformer 14 an, in welchem ein Signal mit einer Kenngröße gebildet wird, welche der Mittenfrequenz proportional ist, bei der das vom Bandpaßfilter 11 durch­ gelassene Signal sein Maximum hat. Das Ausgangssignal kann z. B. eine der Mittenfrequenz proportionale Analog­ spannung oder Pulsfrequenz sein.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schaltungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Körperschall-Sensors 5 durch einen Verstärker 10 verstärkt, durch ein Tiefpaßfilter von seinem höher frequenten Anteil befreit, durch einen Analog- Digital-Wandler 12 digitalisiert und einem Mikrorechner 13 eingegeben, in welchem das Signal einer schnellen Fourier­ transformation (FFT) unterzogen wird. Es entsteht dabei ein Linienspektrum, welches die spektrale Leistungsdichte in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt, also angibt, wie stark eine bestimmte Frequenz im Signal vertreten ist. Der Signalanteil mit einer Frequenz, die mit der Drehzahl der Welle übereinstimmt, sticht auffällig aus dem Rausch­ anteil des Spektrums hervor und kann deshalb durch den Mikrorechner 13 ermittelt werden. Der Mikrorechner über­ mittelt die so bestimmte Frequenz an den Ausgangssignal­ former 14, welcher ein Ausgangssignal mit einer Kenn­ größe bildet, die der ihm übermittelten Frequenz pro­ portional ist.

Claims (11)

1. Verfahren zum Signalisieren der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, welches mit einem Tachometer ausgerüstet ist, der durch eine Tachometerwelle angetrieben ist, durch

• - Aufnehmen des Laufgeräusches der Tachometerwelle (1),
• - Umwandeln des Laufgeräusches in ein elektrisches Signal,
• - Analysieren des Signals auf eine auffällig stark darin vertretene Frequenz, und
• - Bilden eines Signals mit einer Kenngröße, die der aufge­ fundenen, auffällig stark vertretenen Frequenz proportional ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal gefiltert wird, um Frequenzen außerhalb eines die vermutete auffällige Frequenz umgebenden Frequenzbereichs zu unterdrücken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einer Tiefpaßfilterung unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einer Bandpaßfilterung unterzogen und die Mittenfrequenz des durchgelassenen Frequenzbereiches der auffällig stark vertretenen Frequenz nachgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal einer Fouriertransformation unterworfen und das dadurch erhaltene Frequenzspektrum auf eine auffällig stark ver­ tretene Frequenz untersucht wird.

6. Übertragung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche auf das Ermitteln und Signalisieren der Drehzahl einer Welle.

7. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch

• - einen Körperschall-Sensor (3) mit elektrischem Ausgangs­ signal zur Anbringung an einem Lager oder an einem anderen Führungsteil (2) der Welle (1),
• - einen Frequenzanalysator (13),
• - und einen Ausgangssignalformer (14), welcher ein Signal mit einer Kenngröße bildet, die der am stärksten ver­ tretenen Frequenz proportional ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Körperschall-Sensor (3) ein Tief­ paßfilter (15) nachgeordnet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Körperschall-Sensor (3) ein Band­ paßfilter (11) nachgeordnet ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters (11) durch den Frequenzanalysator (13) gesteuert ist, um sie der am stärksten vertretenen Frequenz nachzuführen.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzanalysator (13) ein Rechner ist.