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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers bei einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer obengenannten Vorrichtung.
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Ein Antriebsstrang einer Maschine, beispielsweise einer elektrischen Maschine, einer Turbine oder eines Motors, kann mehrere verschiedene Komponenten aufweisen. Beispielsweise kann der Antriebsstrang unter anderem einen Motor, eine Lagerung mit einer Dämpfung, ein Getriebe sowie Achswellen aufweisen. Der Antriebsstrang einer Maschine kann durch Alterung und/oder Gebrauch und/oder Belastung Beschädigungen, zum Beispiel Rissbildungen und/oder Losen und/oder mechanische Anschläge von Komponenten an anderen Komponenten, aufweisen, die erkannt und behoben werden müssen, um eine reibungslose Funktion des Antriebsstranges und damit auch der ganzen Maschine zu gewährleisten. Um eventuell entstandene Beschädigungen an einem Antriebsstrang feststellen zu können, kann der Antriebsstrang einer Sichtkontrolle unterzogen werden. Bei einer Wartung des Antriebsstranges kann auch mittels einer Geräuschbeurteilung und/oder eines Probelaufs der Maschine bzw. Probefahrt bei einem Fahrzeug festgestellt werden, ob eine Beschädigung des Antriebsstranges vorliegt, da Beschädigungen des Antriebsstranges zu einer veränderten Geräuschentwicklung oder einem veränderten Verhalten während eines Betriebs des Antriebsstranges führen können.
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Aus der
DE 101 42 895 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung von elektromotorischen Antrieben bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird vorgeschlagen, Spannungen und Strom regelmäßig zu messen und die Messdaten einem Computer zuzuführen, welcher ein Programm besitzt, das die spannungsbereinigt nach diesen Eingaben und den Herstellerdaten berechneten Drehmomente mit den elektronisch ermittelten vergleicht und Veränderungen zwischen Drehmomenten und Drehwinkel selbsttätig korrigiert und/oder für Diagnosezwecke auswertet und/oder Schaltvorgänge auslöst. Damit können Fehlmessungen, die durch Veränderungen im Antriebsstrang, die beispielsweise durch Materialermüdung entstehen, automatisch korrigiert werden. Da in den Antriebssträngen Drehschwingungen auftreten können, ist das Computerprogramm derart ausgestaltet, dass es periodisch auftretende Ausschläge der Messdaten erkennt und ebenfalls eine automatische Korrektur durchführt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zum Überprüfen eines Antriebsstranges zu schaffen, welches Fehler bei dem Antriebsstrang infolge von Beschädigungen oder Alterungserscheinungen beim Antriebsstrang objektiv und frühzeitig erkennen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers bei einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitgestellt, welches folgende Verfahrensschritte aufweist. Zuerst wird in den Antriebsstrang ein Drehmoment eingeprägt. Mit anderen Worten: der Antriebsstrang wird mit einem Drehmoment beaufschlagt. Dies kann beispielsweise mittels einer Antriebskomponente wie zum Beispiel eines Elektromotors erfolgen. Durch Einprägen des Drehmoments drehen sich die Komponenten des Antriebsstrangs mit einer Ist-Drehzahl. Anschließend wird ein zeitlicher Verlauf eines Ist-Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstranges ermittelt, welcher durch das eingeprägte Drehmoment verursacht ist. Zum Schluss wird der ermittelte zeitliche Verlauf des Ist-Drehwinkels mit einem vorgegebenen Referenzverlauf eines Drehwinkels verglichen. Abhängig von dem Vergleichsergebnis wird dann ein Fehler beim Antriebsstrang infolge von Beschädigungen oder Alterungserscheinungen beim Antriebsstrang erkannt.
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Insbesondere kann der Antriebsstrang ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs sein. Beispielsweise kann der Antriebsstrang ein blockierter Antriebsstrang sein. Zum Beispiel wird der Antriebsstrang mittels einer Bremse oder einer anderen geeigneten Vorrichtung derart blockiert, dass keine freie Drehung bzw. Rotation des Antriebsstranges möglich ist. Eine Blockierung kann insbesondere bewirken, dass ein erstes Ende des Antriebsstranges festgestellt oder blockiert ist, auch wenn an einem anderen Ende bzw. auf der dem ersten Ende bezüglich der Blockierung entgegengesetzten Seite ein Drehmoment eingeprägt wird.
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Beispielsweise kann der Antriebsstrang eines Fahrzeuges einen Motor, eine Lagerung mit Dämpfung, ein Getriebe, eine Kupplung, ein oder mehrere Nebenaggregate, eine Achswelle sowie eine Bremse aufweisen.
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Insbesondere kann das Einprägen eines Drehmoments in den Antriebsstrangs eine Drehung eines Teils oder eines Abschnittes oder eines Bestandteils des Antriebsstrangs bewirken, jedoch kann optional gleichzeitig durch eine Blockierung eine freie Drehung des gesamten Antriebsstranges verhindert werden. Ferner kann ein aus der Drehung des Teils des Antriebsstranges resultierender Ist-Drehwinkel des Teils des Antriebsstranges proportional zu dem eingeprägten Drehmoment sein. Des Weiteren kann der Ist-Drehwinkel mittels eines geeigneten Sensors bestimmt werden.
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Insbesondere kann ein Referenzverlauf eines Drehwinkels oder Verlauf eines Soll-Drehwinkels mittels eines entsprechenden Verlaufes des Ist-Drehwinkels eines idealen Antriebsstranges vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein idealer Antriebsstrang ein neuer Antriebsstrang sein. Wird bei einem Vergleich eines Referenzverlaufs eines Drehwinkels eines neuen Antriebsstranges mit dem bestimmten Verlauf des Ist-Drehwinkels eine Abweichung zwischen den beiden Verläufen festgestellt, so kann dadurch möglicherweise objektiv und frühzeitig eine Beschädigung des Antriebsstranges erkannt werden. Insbesondere kann ein zeitlicher Verlauf des bestimmten Ist-Drehwinkels mit einem zeitlichen Referenzverlauf eines Drehwinkels verglichen werden. Ferner kann ein zeitlicher Verlauf des bestimmten Ist-Drehwinkels in Abhängigkeit eines eingeprägten Drehmoments mit einem Referenzverlauf eines Drehwinkels verglichen werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens ist der vorgegebene Referenzverlauf eines Drehwinkels ein zeitlicher Ist-Drehwinkelverlauf eines Referenzantriebsstranges.
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Insbesondere kann der Referenzantriebsstrang ein neuer oder fehlerfreier Antriebsstrang sein. Ein solcher neuer oder fehlerfreier Antriebsstrang weist somit insbesondere keine Beschädigungen, wie Rissbildungen oder Losen auf. Somit kann mittels des Vergleichs möglicherweise ein fehlerhafter Antriebsstrang festgestellt werden, wenn festgestellt wird, dass der bestimmte zeitliche Ist-Drehwinkelverlauf von dem Referenzverlauf des Drehwinkels abweicht.
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Insbesondere kann der Referenzantriebsstrang ein Antriebsstrang mit einer vorgegebenen Abweichung von einem neuen Antriebsstrang sein. In diesem Fall kann der Vergleich möglicherweise verwendet werden, um die Art des Fehlers genauer zu bestimmen. Insbesondere können Änderungen in einer Mechanik des Antriebsstranges zu einer charakteristischen Abweichung des zeitlichen Ist-Drehwinkelverlaufes von einem idealen Ist-Drehwinkelverlauf führen. Sind diese charakteristischen Abweichungen bekannt, so kann möglicherweise im Umkehrschluss durch einen Vergleich des bestimmten Ist-Drehwinkelverlaufs mit verschiedenen Referenzverläufen von Drehwinkeln eine Diagnose durchgeführt werden, von welcher Art ein Fehler oder ein Schaden ist. Beispielsweise kann die vorgegebene Abweichung, eine vorgegebene Änderung in einer Mechanik des Antriebsstranges, ein Anschlagen eines Teils des Antriebsstranges oder eine Lose, zu einem Abweichen des Ist-Drehwinkelverlaufes von dem idealen Verlauf führen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang statisch.
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Der Begriff ein „Drehmoment statisch einprägen” kann hierbei insbesondere bedeuten, dass ein Drehmoment so in einen Antriebsstrang eingeprägt wird, dass ein durch das Einprägen des Drehmoments resultierender Ist-Drehwinkel eines Teils des Antriebsstranges keine Schwingungsphänomene zeigt. Insbesondere kann beispielsweise das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang deutlich langsamer als die Eigenfrequenz des Antriebsstranges erfolgen. Ein anderes Beispiel für eine statische Einprägung eines Drehmoments kann sein, dass die statische Einprägung derart erfolgt, dass eine schrittweise Erhöhung des Drehmoments durchgeführt wird und die Messung des entsprechenden Ist-Drehwinkels stets nur nach eventuellen Einschwingvorgängen bestimmt wird.
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Insbesondere kann bei einem statischen Einprägen eines Drehmoments in einen Antriebsstrang, ein Ist-Drehwinkelverlauf eines Teils des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von dem eingeprägten Drehmoment betrachtet werden. Insbesondere kann ein Vorteil des statischen Einprägens des Drehmoments sein, dass eine einfache Zuordnung von Referenzverläufen eines Drehwinkels zu bestimmten Ist-Drehwinkelverläufen möglich ist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang dynamisch.
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Der Begriff „Drehmoment dynamisch einprägen” kann hierbei insbesondere bedeuten, dass ein durch das Einprägen des Drehmoments resultierenden Ist-Drehwinkel eines Teils des Antriebsstranges Schwingungsphänomene zeigt. Beispielsweise kann eine dynamische Einprägung eines Drehmoments sein, dass ein Drehmoment bis zu einer bestimmten Größe statisch in einen Antriebsstrang eingeprägt wird und dann die Größe derart geändert wird, dass der resultierende Ist-Drehwinkel des Teils des Antriebsstranges Schwingungsphänomene zeigt. Beispielsweise könnte die Größe des eingeprägten Drehmomentes abrupt auf Null reduziert werden. Ein anderes Beispiel für eine dynamische Einprägung eines Drehmoments kann sein, dass ein Drehmoment mit einem zeitabhängigen Verlauf, z. B. einem sinusförmigen Verlauf oder einem linearen Verlauf, für ein vorgegebenes Zeitintervall in einen Antriebsstrang eingeprägt wird.
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Insbesondere kann bei einem dynamischen Einprägen eines Drehmoments in einen Antriebsstrang, ein Ist-Drehwinkelverlauf eines Teils des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der Zeit betrachtet werden. Insbesondere kann die resultierende Ist-Drehwinkeländerung, bei einem dynamischen Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang, einen Verlauf einer periodischen Schwingung, insbesondere einen Verlauf einer gedämpften, periodischen Schwingung haben. Ferner kann eine Frequenz und/oder eine Amplitude und/oder ein Dämpfungsparameter der Drehzahlschwingung charakteristisch für eine Abweichung von einem idealen Zustand des Antriebsstranges sein.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens ist beim Bestimmen eines Ist-Drehwinkels eines Teils des Antriebsstranges der Teil des Antriebsstranges ein Rotor eines Elektromotors.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang mittels eines Elements, das Bestandteil des Antriebsstranges ist.
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Dies könnte den Vorteil haben, dass kein zusätzliches Element benötigt wird, um das Drehmoment in den Antriebsstrang einzuprägen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang mittels des Elektromotors.
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Insbesondere kann ein Vorteil eines Elektromotors sein, dass ein Elektromotor auch bei einer kleinen Drehzahl Drehmoment auf einen Antriebsstrang einprägen kann. Insbesondere kann der Elektromotor ein Motor eines Fahrzeuges sein.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Ist-Drehwinkels mittels eines Drehwinkelsensors durchgeführt. Der Drehwinkelsensor kann beispielsweise eine bereits vorhandene Komponente des Antriebsstrangs sein.
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Insbesondere kann der Drehwinkelsensor ein Drehwinkelsensor sein, der Bestandteil eines Elektromotors des Antriebsstranges ist. Vorteilhafterweise werden in diesem Fall möglicherweise keine zusätzlichen Komponenten benötigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers bei einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitgestellt, welche eine Steuereinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Vergleichseinheit aufweist. Die Steuereinheit ist ausgebildet, mittels Abgabe eines Steuersignals an den Antriebsstrang, bzw. an eine Komponente des Antriebsstrangs, diesen bzw. diese dazu zu veranlassen, ein Drehmoment in den Antriebsstrang einzuprägen. Die Ermittlungseinheit ist ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf des Ist-Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstranges in Abhängigkeit des eingeprägten Drehmoments zu ermitteln. Die Vergleichseinheit ist ausgebildet, den von der Ermittlungseinheit ermittelten Verlauf des Ist-Drehwinkels mit einem vorgegebenen Referenzverlauf eines Drehwinkels zu vergleichen und abhängig von dem Vergleichsergebnis einen fehlerhaften Zustand des Antriebsstranges zu erkennen. Die genannte Komponente des Antriebsstranges kann beispielsweise ein Rotor eines Elektromotors ist, der vorzugsweise eine Antriebskomponente des Antriebsstranges ist.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und mit einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Erkennen eines fehlerhaften Zustandes beim Antriebsstrang bereitgestellt.
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Dabei weist der Antriebsstrang vorzugsweise einen Elektromotor auf und die Steuereinheit der Vorrichtung durch Abgabe eines Steuersignals den Elektromotor zum Einprägen eines Drehmoments in den Antriebsstrang steuert.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird eine Überprüfungsvorrichtung zum Überprüfen eines Antriebsstranges bereitgestellt, welche eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, ein erstes Signal an eine Motorsteuerung zu senden, wobei basierend auf dem ersten Signal, ein Drehmoment in einen Antriebsstrang eingeprägt wird, und ein zweites Signal zu empfangen, welches indikativ für einen Ist-Drehwinkel eines Teils des Antriebsstranges ist, und eine Auswerteeinheit aufweist, welche eingerichtet ist, einen Vergleich eines Verlaufs eines Ist-Drehwinkels, wobei der Verlauf mittels des empfangenen zweiten Signals bestimmbar ist, mit einem vorgegebenen Referenzverlauf eines Drehwinkels auszuführen und basierend auf diesem Vergleich den Zustand der Antriebsstranges zu bestimmen.
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Beispielsweise kann die Überprüfungsvorrichtung ein Teil oder eine Komponente einer Motorsteuerung sein. Alternativ können die Überprüfungsvorrichtung und die Motorsteuerung zwei getrennte Vorrichtungen sein.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Überprüfungsvorrichtung zum Überprüfen eines Antriebsstranges bereitgestellt, wobei das Element zum Einprägen eines Drehmoments in einen Antriebsstrang Teil bzw. Bestandteil des Antriebsstranges ist.
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Dies kann den Vorteil haben, dass kein zusätzliches Element benötigt wird, um das Drehmoment in den Antriebsstrang einzuprägen.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug bereitgestellt, welche dazu eingerichtet ist, in einem Verfahren gemäß einem exemplarischen Aspekt verwendet zu werden.
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Insbesondere kann die Motorsteuerung dazu eingerichtet sein, ein Einprägen eines Drehmoments in einen Antriebsstrang und ein Bestimmen eines Ist-Drehwinkels eines Teils des Antriebsstranges zu steuern. Ferner kann die Motorsteuerung dazu eingerichtet sein, an eine Überprüfungsvorrichtung angeschlossen zu werden.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, in dem ein Programm gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Aspekt eingerichtet ist.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird ein Programm-Element bereitgestellt, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Aspekt eingerichtet ist.
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Bevor ein Einprägen eines Drehmoments in einen Antriebsstrang einer Maschine, insbesondere eines Fahrzeugmotors, in einer Bewegung der Maschine, insbesondere des Fahrzeugs resultiert, muss möglicherweise der gesamte Antriebsstrang aufgespannt werden. Insbesondere verformen bzw. bewegen sich bei einem Fahrzeug eine Motoraufhängung und die Achswellen bei einer Drehmomenteinprägung reversibel. Durch dieses reversible Verformen bzw. Bewegen kann ein Antriebsstrang möglicherweise ein schwingungsfähiges System darstellen, welches erlaubt auch im Stillstand der Maschine den Antriebsstrang zu bewegen und dabei den Antriebsstrang zu überprüfen. Insbesondere kann ein Verlauf eines Ist-Drehwinkels eines Teils des Antriebsstranges charakteristisch für den Antriebsstrang sein.
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Des Weiteren können möglicherweise Änderungen in einer Mechanik des Antriebsstranges zu einer Abweichung des Ist-Drehwinkelverlaufes des Teils des Antriebsstranges von einem idealen Ist-Drehwinkelverlauf des Teils des Antriebsstranges führen. Beispielsweise kann ein Anschlagen eines Bestandteils des Antriebsstranges oder eine Lose, d. h. der Antriebsstrang verfügt über ein unerwünschtes Spiel, zu einem Abweichen des Ist-Drehwinkelverlaufes von dem idealen Verlauf eines Drehwinkels führen. Durch einen Vergleich des Ist-Drehwinkelverlaufs mit dem Referenzverlauf des Drehwinkels können möglicherweise Veränderungen des Antriebsstranges erkannt und beurteilt werden.
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Ein Vorteil des Verfahrens zum Überprüfen eines Antriebsstranges kann sein, dass auch Beschädigungen des Antriebsstranges festgestellt werden können, welche nicht sichtbar sind und/oder nicht hörbar sind und/oder nicht zu einem veränderten Verhalten während des Betriebs des Antriebsstranges führen. Ferner kann das Verfahren eine objektive und frühzeitige Erkennung von Beschädigungen eines Antriebsstranges einer Maschine ermöglichen. Dadurch können leichter irreparable Schäden an dem Antriebsstrang und/oder der Maschine und/oder Unfällen und/oder Schäden, insbesondere Personenschäden vermieden werden. Auch kann möglicherweise einfacher festgestellt werden, welche Komponente des Antriebsstranges beschädigt ist und/oder von welcher Art die Beschädigung ist. Dadurch kann der Aufwand bei der Wartung und/oder erhöhte Kosten der Wartung verringert werden. Ferner kann ein Vorteil sein, dass das Verfahren möglicherweise automatisiert werden kann.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen mit Bezug auf unterschiedliche Gegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Gegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Gegenständen gehören.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben dargestellten Verfahrens sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte Vorrichtung und auf das oben genannte Fahrzeug usw. übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung bzw. des Fahrzeugs anzusehen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 einen Graph, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Referenzantriebsstranges bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt;
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3 einen Graph, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Antriebsstranges mit einem mechanischen Anschlag bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt;
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4 einen Graph, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Antriebsstranges mit einer Lose bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt;
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5 einen Graph, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Referenzantriebsstranges bei einer dynamischen Drehmomenteinprägung darstellt; und
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6 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren einer Ausführungsform der Erfindung.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem anderen Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einem Antriebsstrang 100 und einer Vorrichtung zum Erkennen eines fehlerhaften Zustands beim Antriebsstrang 100. Der Antriebsstrang 100 weist einen Elektromotor 101 auf, der einen Drehwinkelsensor 102 hat. Ferner weist der Antriebsstrang 100 noch verschiedene andere Komponenten 103 wie zum Beispiel ein Getriebe, eine Kupplung, einen Verbrennungsmotor sowie verschiedene Nebenaggregate auf. Über eine Achswelle 104 ist der Antriebsstrang 100 mit einem Rad 105 des Fahrzeugs 10 verbunden, das festgebremst bzw. blockiert ist, wodurch der Antriebsstrang 100 in seiner freien Drehung bzw. Bewegung blockiert ist. Der Elektromotor 101 und der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs 10 sind mittels einer Motoraufhängung 106 aufgehängt. Der Elektromotor 101 wird von einer Motorsteuerung 107 angesteuert.
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Bevor eine Drehung eines Antriebs in eine Bewegung des Fahrzeugs 10 resultiert, muss der gesamte Antriebsstrang 100 aufgespannt werden. Wird ein Drehmoment in den Antriebsstrang 100 des Fahrzeugs 10 eingeprägt, so verformen bzw. bewegen sich insbesondere die Motoraufhängung 106 und die Achswelle 104 reversibel. Auf diese Art und Weise kann auch im Stillstand des Fahrzeugs 10 der Antriebsstrang 100 bewegt und dabei überprüft werden.
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Dazu kann die Motorsteuerung 107 mittels des Elektromotors 101 ein Drehmoment vorgegeben und dieses Drehmoment in den Antriebsstrang 100 einprägen, was zu einer Ausspannung des Antriebsstranges 100 bzw. der Komponenten des Antriebsstranges 100 führt. Die Aufspannung des Antriebsstranges 100 bewirkt, dass sich insbesondere der Rotor des Elektromotors 101 um einen bestimmten Drehwinkel aus seiner Nullstellung herausbewegt auch in dem Fall, dass sich das Rad 105, das von dem Antriebsstrang 100 angetrieben wird, nicht dreht, beispielsweise weil es blockiert ist. Dieser Ist-Drehwinkel des Rotors des Elektromotors 101 kann mittels eines Drehwinkelsensors 102 des Elektromotors 101 erfasst werden. Insbesondere ist der Ist-Drehwinkel des Rotors abhängig von dem Drehmoment, das in den Antriebsstrang 100 eingeprägt wird bzw. wurde. Der erfasste Ist-Drehwinkel des Rotors kann von der Motorsteuerung 107 aus dem Drehwinkelsensor 102 ausgelesen werden und an eine Vorrichtung 150 einer Ausführungsform der Erfindung geleitet werden.
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Die Vorrichtung 150 weist eine Steuereinheit 151, eine Ermittlungseinheit 152 und eine Vergleichseinheit 153 auf. Die Steuereinheit 151 ist insbesondere eingerichtet, ein erstes Signal 155 an die Motorsteuerung 107 zu senden, um ein Drehmoment durch den Elektromotor 101 in den Antriebsstrang 100 einzuprägen. Die Ermittlungseinheit 152 ist eingerichtet, ein zweites Signal 156 von dem Drehwinkelsensor 102 zu empfangen, welches indikativ für den Ist-Drehwinkel des Rotors des Elektromotors 101 ist. Aus diesem zweiten Signal 152 ermittelt die Ermittlungseinheit 152 einen zeitlichen Verlauf des Ist-Drehwinkels des Rotors des Elektromotors 101 und leitet diesen ermittelten Ist-Drehwinkelverlauf an die Vergleichseinheit 153. Die Vergleichseinheit 153 ist eingerichtet, einen Vergleich des Verlaufs des Ist-Drehwinkels, welcher auf dem zweiten Signal 156 basiert, mit einem vorgegeben Referenzverlauf eines Drehwinkels auszuführen und abhängig von dem Vergleichsergebnis zu erkennen, ob ein fehlerhafter Zustand bei dem Antriebsstrang 100 vorliegt. Insbesondere kann der Vergleich des Verlaufs des Ist-Drehwinkels mit dem vorgegebenen Referenzverlauf eines Drehwinkels mittels der Vergleichseinheit 153 ausgeführt werden. In der Vorrichtung 150 kann der bestimmte Ist-Drehwinkelverlauf mit einem Referenzverlauf eines Drehwinkels verglichen werden. Um einen Antriebsstrang zu überprüfen, kann das Drehmoment statisch und/oder dynamisch in den Antriebsstrang eingeprägt werden. Alternativ kann auch ein Teil oder die gesamte Auswertung bzw. der Überprüfung mittels Komponenten der Motorsteuerung durchgeführt werden.
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2 zeigt einen Graph 200, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf 203 eines Rotors eines Referenzantriebsstranges bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt. Auf der x-Achse 201 ist ein Wert des eingeprägten Drehmoments und auf der y-Achse 202 ist ein Wert des resultierenden Ist-Drehwinkels des Rotors aufgetragen. Bei einem statischen Einprägen eines Drehmoments, wird ein sich langsam veränderndes Drehmoment mittels des Elektromotors 101 in den Antriebsstrang eingeprägt und der daraus resultierende Ist-Drehwinkel des Rotors des Elektromotors erfasst. Das Einprägen des Drehmoments in den Antriebsstrang erfolgt dabei so langsam, dass keine Schwingungszustände oder Schwingungsphänomene des resultierenden Ist-Drehwinkels bzw. des Systems auftreten. Der Ist-Drehwinkelverlauf 203 kann je nach Antriebsstrang auch einen anderen Verlauf zeigen, zum Beispiel einen linearen Verlauf.
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3 zeigt einen Graph 300, der einen Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Antriebsstranges mit einem mechanischen Anschlag bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt. Auf der x-Achse 301 ist wiederum der Wert des eingeprägten Drehmoments und auf der y-Achse 302 der aus dem eingeprägten Drehmoment resultierende Ist-Drehwinkel aufgetragen. Die gepunktete Linie 303 zeigt einen Referenzverlauf eines Drehwinkels eines Referenzantriebsstranges. Bei dem Referenzantriebsstrang kann es sich zum Beispiel um einen baugleichen, aber neuwertigen Antriebsstrang handeln. Verändert sich zum Beispiel durch ein Anschlagen eines Teils eines Motors oder Getriebeblocks gegen ein Karosserieteil die Mechanik des Antriebsstranges, so verändert sich auch ein resultierende Verlauf 304 des Ist-Drehwinkels. Die Linie 304 zeigt wie eine Veränderung in einer Mechanik des Antriebsstranges den bestimmten Ist-Drehwinkelverlauf in Abhängigkeit des eingeprägten Drehmoments verändert. Deutlich ist zu erkennen, dass ab einem bestimmten eingeprägten Drehmoment der resultierende Ist-Drehwinkelverlauf von dem Referenzverlauf eines Drehwinkels abweicht. Trotz zunehmenden Wertes des eingeprägten Drehmoments nimmt der resultierende Ist-Drehwinkel nicht zu, sondern bleibt konstant. Vergleicht man den gemessenen Ist-Drehwinkelverlauf 304 mit dem Referenzverlauf eines Drehwinkels 303, so können Beschädigungen bzw. Veränderungen in einem Antriebsstrang entdeckt und möglicherweise einem entsprechenden Fehlerbild zugeordnet werden.
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4 zeigt einen Graph 400, der einen möglichen Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Antriebsstranges mit einer Lose bei einer statischen Drehmomenteinprägung darstellt. Der Wert des eingeprägten Drehmoments ist auf der x-Achse 401 aufgetragen, während der aus dem eingeprägten Drehmoment resultierende Ist-Drehwinkel auf der y-Achse 402 aufgetragen ist. Die gepunktete Linie 403 zeigt wiederum den Referenzverlauf eines Drehwinkels des Referenzantriebsstranges. Die Linie 404 zeigt die Veränderung des Ist-Drehwinkelverlaufs, falls eine Lose in dem Antriebsstrang auftritt. Vergleicht man den Verlauf der Linie 404 mit dem Verlauf der Linie 403, so erkennt man, dass bei einem Antriebsstrang mit einer Lose ein eingeprägtes Drehmoment zu einem größeren resultierenden Ist-Drehwinkel führt als bei einem Referenzantriebsstrang. Je nach Art der Lose kann diese auch nicht zu einem steileren anfänglichen Anstieg führen, wie in 4 gezeigt, sondern nur zu einer größeren Gesamtauslenkung.
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5 zeigt einen Graph, der einen beispielhaften Ist-Drehwinkelverlauf eines Rotors eines Referenzantriebsstranges bei einer dynamischen Drehmomenteinprägung darstellt. Auf der x-Achse 501 des Graphs 500 ist die Zeit aufgetragen und auf der y-Achse 502 ist der resultierende Ist-Drehwinkel des Rotors aufgetragen. Bei einer dynamischen Drehmomenteinprägung wird zuerst ein Drehmoment bis zu einem bestimmten Wert aufgebaut. Der Verlauf des resultierenden Ist-Drehwinkels ähnelt in einem Bereich des Drehmomentaufbaus 504 dem Ist-Drehwinkelverlauf bei einer statischen Drehmomenteinprägung. Im Unterschied zu der statischen Drehmomenteinprägung wird bei der dynamischen Drehmomenteinprägung nach dem Drehmomentaufbau 504 das Drehmoment plötzlich geändert, insbesondere abgeschaltet. Die Drehmomentabschaltung 505 ist in 5 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt. Da der Antriebsstrang ein schwingungsfähiges System ist, treten durch die Drehmomentabschaltung 505 Schwingungen des resultierenden Ist-Drehwinkels des Rotors des Elektromotors auf. Das Verhalten der Schwingungsphänomene des Ist-Drehwinkels während eines Abklingvorgangs 506 ist im Wesentlichen von den Eigenschaften der bewegten Komponenten in dem Antriebsstrang abhängig.
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Vergleicht man den durch die dynamische Drehmomenteinprägung resultierenden Ist-Drehwinkelverlauf 503 mit einer entsprechenden Referenzkurve oder Referenzverlauf eines Drehwinkels, können auch mittels der dynamischen Drehmomenteinprägung Abweichungen des Verhaltens des Antriebsstranges von dem Verhalten eines Referenzantriebsstrangs festgestellt werden. Das Verfahren des dynamischen Drehmomenteinprägens ermöglicht sowohl einen Vergleich des zeitlichen Verlaufs des resultierenden Ist-Drehwinkels des zu untersuchenden Antriebsstranges mit dem zeitlichen Verlauf eines Ist-Drehwinkels eines Referenzantriebsstranges, als auch einen Vergleich mit berechneten charakteristischen Größen wie zum Beispiel eine Frequenz der Abklingschwingen, eine Amplitude der Abklingschwingung oder eine Dämpfung der Abklingschwingung.
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Auch kann eine Antwort des schwingungsfähigen Antriebsstranges auf eine periodische, zum Beispiel sinusförmige, Drehmomenteinprägung untersucht werden.
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Zusammenfassend bleibt festzustellen:
Wird ein Antriebsstrang einer Maschine, insbesondere eines Fahrzeugs mittels einer Drehmomenteinprägung aufgespannt, so kann ein Verlauf eines resultierenden Ist-Drehwinkels eines Teils oder Abschnittes des Antriebsstranges charakteristisch für einen Zustand des Antriebsstranges sein. Insbesondere können durch das beschriebene Verfahren Beschädigungen bzw. Alterungserscheinungen in einem Antriebsstrang erkannt werden. Vorteilhafterweise kann bei einem Hybrid bzw. Elektrofahrzeug ein in dem Fahrzeug vorhandener Elektromotor und dessen zugehöriger Drehwinkelsensors zur Überprüfung des Antriebsstranges genutzt werden.
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Der Drehmomentverlauf kann programmgesteuert von einer Motorsteuerung eines Motors erzeugt werden und bewirkt eine Änderung des Ist-Drehwinkels, deren Verlauf von Eigenschaften des gesamten Antriebsstrangs abhängt. Durch Vergleich der gemessenen Verläufe des Ist-Drehwinkels mit denen eines Referenzantriebsstranges, zum Beispiel ein Antriebsstrang eines Neufahrzeugs, können Beschädigungen erkannt bzw. Alterungserscheinungen beurteilt werden.
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Der Vorteil des Verfahrens kann möglicherweise in der einfachen, automatisierbaren Prüfung und objektiven Beurteilung sowie der frühzeitigen Erkennung von Alterungserscheinungen liegen. Wird ein Antriebsstrang eines Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugs überprüft, so können möglicherweise im Wesentlichen bereits die gewöhnlichen Komponenten des Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugs, wie z. B. Elektromotor, Drehwinkelsensor, der einen Ist-Drehwinkel eines Rotors eines Elektromotors bestimmt, verwendet werden, um den Antriebsstrang zu überprüfen, so dass möglicherweise keine zusätzlichen Komponenten zum Überprüfen des Antriebsstrangs benötigt werden.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Nun wird das Verfahren einer Ausführungsform der Erfindung unter Zuhilfenahme von 6 näher beschrieben. Gemäß Verfahrensschritt S110 sendet die Steuereinheit 151 der Vorrichtung 150 ein Steuersignal 155 an die Motorsteuerung 107 und veranlasst diese, den Elektromotor 101 so zu betreiben, dass dieser in den Antriebsstrang 100 ein vorgegebenes Drehmoment einprägt bzw. dass sich der Elektromotor 100 mit einem vorgegebenen Drehmoment dreht und den Antriebsstrang 100 betreiben versucht. Gemäß Verfahrensschritt S120 ermittelt die Ermittlungseinheit 152 aus dem Sensorsignal 156, das die Ermittlungseinheit 152 von dem Drehwinkelsensor 102 erhält einen zeitlichen Verlauf des Ist-Drehwinkels des Rotors des Elektromotors 101, der mit dem von der Motorsteuerung 107 eingestellten Drehmoment sich dreht. Anschließend leitet die Ermittlungseinheit 152 den ermittelten zeitlichen Verlauf des Ist-Drehwinkels an die Vergleichseinheit 153. Die Vergleichseinheit 153 vergleicht dann gemäß Verfahrensschritt S130 den zeitlichen Verlauf des Ist-Drehwinkels mit einem vorgegebenen Referenzverlauf 203, 503 eines Drehwinkels und erkennt gemäß Verfahrensschritt S140 einen fehlerhaften Zustand beim Antriebsstrang 100, wenn der zeitliche Verlauf des Ist-Drehwinkels von dem vorgegebenen Referenzverlauf 203, 503 abweicht. Der vorgegebene Referenzverlauf 203, 503 eines Drehwinkels ist dabei ein zeitlicher Ist-Drehwinkelverlauf eines fehlerfreien Referenzantriebsstranges. Das Einprägen des Drehmoments mittels des Elektromotors 101 gemäß Verfahrensschritt S110 kann statisch oder auch dynamisch erfolgen.
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Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 100
- Antriebsstrang
- 101
- Elektromotor
- 102
- Drehwinkelsensor
- 103
- weitere Komponenten des Antriebsstrangs
- 104
- Achswelle
- 105
- Rad
- 106
- Motoraufhängung
- 107
- Motorsteuerung
- 150
- Vorrichtung
- 151
- Steuereinheit
- 152
- Ermittlungseinheit
- 153
- Vergleichseinheit
- 155
- erstes Signal
- 156
- zweites Signal
- 200, 300, 400, 500
- Graph
- 201, 301, 401, 501
- x-Achse
- 202, 302, 402, 502
- y-Achse
- 203
- Referenzdrehwinkelverlauf
- 303
- Referenzdrehwinkelverlauf
- 304
- Drehwinkelverlauf bei einem mechanischen Anschlag
- 403
- Referenzdrehwinkelverlauf
- 404
- Drehwinkelverlauf bei einer Lose
- 503
- Referenzdrehwinkelverlauf
- 504
- Drehmomentaufbau
- 505
- Drehmomentabschaltung
- 506
- Abklingvorgang
