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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehzahl aus Motorgeräusch ermitteln


Autor: Klaus (Gast)
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Hallo,

für ein mobiles Gerät, welches einige Messungen in verschiedenen Autos 
machen soll, bin ich auf der Suche nach einer Möglichkeit, die Drehzahl 
des Motors zu bestimmen. Dazu habe ich hier im Forum schon einige Ideen 
gefunden, aber keine will so richtig zu meinem Problem passen.
Wie gesagt, es soll ein mobiles Gerät sein, welches in verschiedenen 
Fahrzeugen verwendet werden soll: dies hat zur Folge, dass ich nicht das 
Hallgebersignal abgreifen will (sonst muss ich bei jedem Fahrzeug wieder 
suchen und basteln) und auch nicht vom Zünd verteiler. Den CAN-Bus 
möchte ich auch nicht verwenden, da dies einerseits umstritten ist, ob 
das nun zulässig ist oder nicht. Der Hauptgrund ist aber, dass die Daten 
auf dem CAN-Bus von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich sind bzw. gar 
kein CAN-Bus vorhanden.
Die Variante wie ich sie mir vorstelle nutzt das Motorengeräusch, 
entweder im Innenraum aufgenommen oder mit einem Mikrofon an einem 
festen Autoteil (wie die Mittelkonsole) abgreifen.
Damit kann in AVR quasi hören, wie viele mal pro Minute es im Motorraum 
kracht und über die Zylinderzahl auf die Drehzahl runterrechnen.
Für die Umsetzung brauche ich allerdings einige Tipps:
Wie soll das Geräusch umgewandelt werden: Hardwaremässig versuchen, 
daraus ein Impuls zu erzeugen? Die Bodenwellen welche ebenfalls Lärm 
verursachen und einen Impuls auslösen könnte man durch Einschränkung der 
Drehzahländerung sicher bis zu einem gewissen Punkt rausfiltern.
Oder das Mikrofonsignal aufzeichnen und mit einer FFT eine dominante 
Frequenz rausfinden versuchen?
Wer kann mir dazu Tipps geben oder kennt sogar jemand eine Seite wo dies 
gemacht wurde?
Vielen Dank für heisse Tipps!

/Klaus

Autor: sven0876m (Gast)
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mal nur ne doofe frage warum nimmst du nicht die restwelligkeit an der 
12v versorgungsspannung am auto. machen eigentlich alle au tester so.

sven

Autor: Klaus (Gast)
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Weil ich da meines wissens nicht auf die Motordrehzahl kommen kann. Das 
signal dürfte zwar proportional zur Restwelligkeit sein, aber ich kenne 
die Polpaarzahl und die Übersetzung nicht, da die von Fahrzeug zu 
Fahrzeug unterschiedlich sind.

Autor: Klaus (Gast)
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Ich meine natürlich: die Restwelligkeit ist proportional zur Drehzahl.

Autor: R. B. (blackbirdo00)
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Hallo Leute ,
Es gibt noch eine relativ einfache Möglichkeit ,

Die Zündkabel......

Kleine Induktionsspule drum rum und du hast einen Einwandfreien
Pulsgeber .

Der witz daran ist , hast du 4 Zylinder , ist der Impuls 1/4 der 
Drehzahl,
hast du 5 , ist es auch 1/4 der Drehzahl , weil in der Regel bei 
5-Zylindern zwei gleichzeitig gezündet werden , hast du 6 Zylinder 
....da weiß ich es nicht aber das kann man ja rausfinden alles ....
Dadurch kann man die Drehzahl denke ich relativ einfach ermitteln ..
Und es wäre Egal welches modell es ist ...

mfg
blacky

Autor: Klaus (Gast)
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Du hast noch einen Fehler in der Überlegung: bei einem 4 Takter wird nur 
alle 2 Umdrehungen jeder Zylinder einmal befunkt.
Und auch da ist wieder ein Eingriff nötig. Wie bekomme ich die Signale 
in den Innenraum, wo das Gerät betrieben wird?

Autor: Michael O. (mischu)
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Nimm einen Körperschallempfänger (Mikrofon für Strukturschwingungen) und 
verbinde ihn am Besten mit dem Chassis.

Bodenwellen oder Stöße sind stochastische Ereignisse, dein Motor läuft 
jedoch in einem Drehzahlbereich von 1:5. Dafür sollte ein Filter nicht 
so schwierig zu bauen sein. Vielleicht kannst Du mit einem kleinen 
Trägheitsmodell die maximale Beschleunigung des Motors nachbilden.

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Garantiert werden bei einem 5-Zylinder NICHT zwei Zylinder gleichzeitig 
gezündet!

ts

Autor: Klaus (Gast)
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Ja, das denke ich auch nicht, dies würde sich bestimmt nicht optimal auf 
die Laufruhe auswirken...

Zu den Körperschallempfängern: wo kann man solche kaufen? Odr wäre es 
auch möglich das wie folgt zu bewerkstelligen: Man packt das Mikrofon in 
ein kleines Gehäuse und montiert dieses an ein Chassis-Teil?

Wie würde die weitere Auswertung aussehen? Ungefähr so:
Mikrofon/Körperschallempfänger --> Verstärker --> Bandpass (ungefähr von 
10 Hz bis 500 Hz, damit alle Umdrehungszahlen und so ungefähr bis 8 
Zylinder die Grundwelle durchgeht) --> Komparator --> AVR mit 
Softwarefilterung

Könnte sowas klappen? Oder was müsste Hardwareseitig noch so ran?

Autor: Funkenschlosser (Gast)
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Etwas ähnliches gab es schonmal:

http://www.medialab.ch/archiv/pdf_studien_diplomar...

Autor: Klaus (Gast)
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Das geht auch über den Spannungsrippel und damit komme ich nicht ohne 
Umwege (bzw. ohne zusätzliches Wissen über das Übersetzungsverhältnis 
von Motordrehzahl/Lichtmaschine) zur absoluten Drehzahl...

Autor: Yago Shep (yago)
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In welchem Rahmen liegen denn die "Zylinderperioden"?
Vielleicht wäre eine Messung des Luftstroms am Auspuff möglich und 
leicht realisierbar durch einen Aufsatz welcher angebracht wird. Oder 
ebenfalls akustisch, jedoch halt am Auspuff.
http://www.youtube.com/watch?v=wL_6dDCCHlg
ca ab sekunde 40 sieht man dass auch am Ausgang des Auspuffs noch die 
einzelnen Explosionen zu sehen sind. Ob das jedoch bei einem normalen 
Auto mit nur einem Auspuff immernoch der Fall ist weiss ich nicht.

Autor: Klaus (Gast)
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Jetzt wirds kreativ. Ich könnte ja den Kat und Schalldämpfer und all das 
Zeug demontieren, dafür sorgen, dass Bezin in den Auspuff kommt und sich 
dort entzündet und mit einer Fotodiode im Auspuff auswerten ;)
Scherz beiseite. Das würde sicher gehen, wenn man ein Mikro an den 
Auspuff macht. Aber dann bin ich wieder ausserhalb der Fahrgastzelle. 
Ich denke, dass die Geräusche am Auspuff in ähnlicherweise auch am 
Chassis gemessen werden können.
Aber wie ich sehe gibt es sowas noch nicht fertig mit Schaltplan und so. 
Werde mich wohl selber hinsetzen müssen :(
Weitere Tipps sind aber gerne willkommen.

Grute Nacht

Autor: Jötze (Gast)
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>> Der witz daran ist , hast du 4 Zylinder , ist der Impuls 1/4 der
>> Drehzahl,
>> hast du 5 , ist es auch 1/4 der Drehzahl , weil in der Regel bei
>> 5-Zylindern zwei gleichzeitig gezündet werden

Ein 5-Zylinder Reihenmotor (z.B. Audi) hat 5 Kurbelwellenkröpfungen und 
einen mit 72° gleichmäßig geteilten Kurbelstern.
Da verbietet es sich, 2 Zylinder gleichzeitig zu zünden.
Wie es mit den exotischen VR5-Motoren von VW aussieht weis ich gerade 
nicht.

Jötze

Autor: Gast (Gast)
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Ist es so schlimm dass das Gerät pro Fahrzeug einmal kurz geeicht werden 
muss?
Ginge doch mit dem Spannungsripple dann ganz gut... Motor auf z.b. ca 
2000 Umdrehungen, dann Frequenz messen, dann kann man doch vermutlich 
abschätzen welche Konfiguration es ist, auch  wenn die Zieldrehzahl 
nicht genau getroffen ist.
Ansonsten: Außerhalb der Fahrgastzelle und dann mit dünnem Kabel durch 
Fenster oder Tür, geht das nicht?

Autor: Klaus (Gast)
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Schlimm wäre es nicht, aber ich möchte es trotzdem verhindern. Das 
Problem beim Eichen dürfte die erreichbare Genauigkeit sein.
Der Drehzahlmesser ist nicht exakt, man kann mit dem Fuss nicht exakt 
eine Drehzahl einstellen (je nach Motor ist eine Zieldrehzahl mit dem 
Gaspedal anfahren fast unmöglich). Mit der Konfiguration abschätzen geht 
leider gar nicht, weil je nach Fahrzeug ist das Übersetzungsverhältnis 
von Motorumdrehungszahl zu Lichtmaschinenumdrehungszahl krumm sein wird.
Damit wird man meiner Einschätzung nach allerhöchstens auf eine 
Genauigkeit von 100 U/min kommen, das ist mir zu wenig und vorallem ist 
diese Abweichung immer wieder anders nach dem "Eichen". Das Problem der 
Rippelspannung ist zudem, dass je neuer das Fahrzeug, desto weniger 
stellt man diesen Rippel fest bzw. desto mehr sieht man Störungen von 
anderen Verbrauchern bzw. Rauschen. In der Arbeit, welche oben ein Link 
zu ist, konnte (trotz erheblichem Aufwand, mit DSP etc. (und ich möchte 
schon bei einem AVR bleiben) bei einem Mercedes die Drehzahl daraus 
nicht ermittelt werden.
Ich möchte möglichst universell und idiotensicher bleiben. Damit 
scheidet auch die Variante mit der Pick-Up Lösung an der Zündspule aus. 
Diese ist je nach Fahrzeug wieder versteckt, oder für jeden Zylinder 
eine eigene, die direkt auf der Kerze sitzt, oder es gibt gar keine 
Zündspule wie in Dieselfahrzeugen.
Ich versuche das jetzt mal mit einem Mikrofon welches direkt an ein mit 
dem Chassis fest verbundenen Teil verbunden wird. Dann verstärkt, durch 
einen Bandpass geschickt und über einen Komparator als Digitalsignal in 
den AVR gebracht. Dort wird softwaremässig gefiltert. Dabei denke ich an 
eine Art Software-PLL, welche Impulse durch Bodenwellen filtern soll und 
die Trägheit der Motordrehzahl nachbilden soll.
Für weitere Tipps immer dankbar. Vorallem wenn jetzt jemand sieht, dass 
ich auf dem kompletten Holzweg bin.

Autor: faraday (Gast)
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nur mal so als Idee: Beschleunigungs/Vibrationssensor ans Chassis
hab aber keine Ahnung, wie empfindlich/genau die sind und was die 
eigentlich ausgeben

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

am Motor gibt es einiges mit halber Drehzahl und ausserdem gibt es jede 
Menge Oberschwingungen. Eine Frequenzanalyse bringt bestenfalls mehrere 
Frequenzmaxima, die die Drehzahl sein könnten - da kannst du dir dann 
eines aussuchen.

Gruss Reinhard

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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sven0876m schrieb:
> mal nur ne doofe frage warum nimmst du nicht die restwelligkeit an der
> 12v versorgungsspannung am auto. machen eigentlich alle au tester so.

Bei meinem TÜV ist es das Gleiche.
Wenn die Restwelligkeit nicht ausreicht macht mein Prüfer einfach die 
Beleuchtung an, schon ist die Restwelligkeit groß genug.

Wie der Tester das Übersetzungsverhältnis ermittelt ist mir auch nicht 
ganz klar, aber wenn man von einem geraden Verhältnis ausgeht müsste das 
schon "geraten" werden können.

Ansonsten gäbs noch die Möglichkeit in den Begrenzer reinzudrehen. Diese 
Drehzahl ist meist bekannt und kann dann zum umrechnen dienen.

Autor: Klaus2 (Gast)
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der tester sagt, stell 1000 ein und du machst es - den rest kann er sich 
dann ausrechnen.

zündung: ein golf2 zündet ggf 1x pro zylinder, aber heute sind 
mehrfachzündungen auch keine seltenheit (also pro zylinderhub), ganz 
abgesehen von nachverbrennung etc. müsste man mal das oszi dranklemmen.

beim tüv kenne ich es auch häufig mit körperschallmikro.

Klaus.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Klaus2 schrieb:
> der tester sagt, stell 1000 ein und du machst es - den rest kann er sich
> dann ausrechnen.
Wie das ohne Drehzahlmesser?

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Kann man die Restwelligkeit nicht einfach am Zigarettenanzünder 
abgreifen? Oder gibt's dir zu viele Autos ohne Zigarettenanzünder?

Schöne Grüße,
Kai

Autor: Gast (Gast)
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OBDII ist keine Alternative? Da holen sich die ASU-Messgeräte auch die 
Drehzahl her.

Autor: Michael O. (mischu)
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Körperschallsensor = Beschleunigungsaufnehmer

Defakto Standard HigEnd Mikros / Körperschallsensoren:
http://www.bruelkjaer.de

Bei Wälzlagern ist das ein Forschungsgebiet, um deren Zustand beurteilen 
zu können. Mit Körperschallempfänger die Vibrationen messen. Harmonische 
Komponenten gehören meistens zur Grunddrehzahl.

Also sollte das auch im PKW funktionieren.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Wie wärs mit einem Piezo am Chassis statt eines Mikrofons?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Wenn es über Akustik gehen soll, dann ist das vielleicht interessant
http://de.wikipedia.org/wiki/Cepstrum
"Hierdurch sind harmonische Anteile im Signal deutlich zu erkennen, auch 
wenn sie nur relativ kleine Amplituden aufweisen ... bei der 
Schadensfrüherkennung an Maschinen Anwendung findet"
hab aber selbst keine Erfahrung damit.

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