DE102014104894B4

DE102014104894B4 - Drehzahlbasiertes Diagnosesystem für eine Strömungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014104894B4
Application number: DE102014104894.6A
Authority: DE
Inventors: Scott M. Skelton; Kathryn D. Plastino
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN104097592A; US20140309854A1; DE102014104894A1; US8909425B2; CN104097592B

Abstract

System, umfassend: eine Strömungsvorrichtung (12), die eine Drehzahl aufweist, wobei die Strömungsvorrichtung (12) derart konfiguriert ist, ein Roh-Drehzahlsignal auszugeben; eine Komponente (30, 32) in Fluidkommunikation mit der Strömungsvorrichtung (12); und einen Controller (20) in Kommunikation mit der Strömungsvorrichtung (12), der konfiguriert ist, um: eine Einschaltbedingung zu detektieren; eine kalibrierte obere Drehzahlgrenze von der Strömungsvorrichtung (12) in Ansprechen auf die detektierte Einschaltbedingung anzuweisen; die Strömungsvorrichtung (12) nach Beibehalten der kalibrierten oberen Drehzahlgrenze für ein kalibriertes Stabilisierungsintervall abzuschalten; die Drehzahl der Strömungsvorrichtung (12) während eines Auslaufintervalls zu ermitteln, das durch die Periode zwischen der Anweisung der oberen Drehzahlgrenze und einem Erreichen einer kalibrierten unteren Drehzahlgrenze durch die Strömungsvorrichtung (12) definiert ist; eine Änderungsrate der Drehzahl über das Auslaufintervall zu berechnen; und eine Steueraktion in Bezug auf die Strömungsvorrichtung (12) auszuführen, wenn ein Maximalwert der berechneten Änderungsrate aus einem kalibrierten Bereich fällt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein drehzahlbasiertes Diagnosesystem für eine Strömungsvorrichtung.
HINTERGRUND
Fluid wird in Kraftfahrzeugen und anderen Systemen über eine Strömungsvorrichtung zirkuliert. Die Strömungsvorrichtung ist typischerweise eine Pumpe für Flüssigkeiten oder Kühlmittel und ein Gebläse oder Lüfter, wenn Luft das Kühlmedium ist. Das zirkulierte Fluid kann dazu verwendet werden, ein thermisches Management oder Fluidbetätigungsfunktionen auszuführen. Beispielsweise verwenden gewisse Fahrzeugantriebsstränge ein Batteriemodul mit relativ hoher Spannung als eine Quelle für elektrische Energie zum Antrieb eines oder mehrerer elektrischer Traktionsmotoren. Das Batteriemodul sowie die zugeordnete Leistungselektronik erzeugen wesentliche Wärmemengen während der andauernden Verwendung. Daher wird ein zirkuliertes Fluid in der Form von Luft oder Kühlmittel verwendet, um die Betriebstemperatur dieser Komponenten zu regulieren. Zusätzlich werden Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC-)Gebläse verwendet, um Luft in und aus einer Fahrzeugkabine zu bewegen. Bei anderen Anwendungen kann Fluid unter Druck über eine Pumpe, um eine Quelle für Fluidleistung bereitzustellen, bis zu einem Punkt des Gebrauchs zirkuliert werden, um beispielsweise ein Ventil oder einen Kolben zu betätigen. Die Kenntnis des funktionalen Zustandes einer gegebenen Strömungsvorrichtung ist daher wesentlich für die Gesamtsteuerung des Systems.
EP 2 743 509 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung einer durch einen Antriebsmotor angetriebenen Förderpumpe hinsichtlich eines Trockenlaufs. Für die Überwachung wird der Antriebsmotor nach einem anfänglichen Betrieb auslaufen gelassen. Dabei wird die Anzahl der Umdrehungen bis zu einem Endzustand detektiert und mit einem Schwellenwert verglichen.
DE 10 2014 008 716 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung eines Trockenlaufs eines Kreiselpumpenaggregats. Hierbei wird der Rotor des Aggregats für eine Zeitdauer beschleunigt, wobei die zur Beschleunigung benötigte Energie berechnet wird. Die berechnete Energie wird dann mit einem Referenzwert verglichen.
DE 102 34 630 A1 lehrt ein Verfahren zur Ermittlung der Durchflussmenge eines durch eine Pumpe strömenden Fluids. Während des Pumpbetriebs wird der Antriebsmotor periodisch abgeschaltet. Im abgeschalteten Zustand wird die im Motor induzierte Spannung erfasst. Daraus wird die Durchflussmenge des Fluids ermittelt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes drehzahlbasiertes Diagnosesystem für eine Strömungsvorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Es ist hier ein System mit einer Strömungsvorrichtung, einer Fluidversorgung, einer Komponente und einem Controller offenbart. Der Controller, der in Kommunikation mit der Strömungsvorrichtung steht, ist derart konfiguriert, ohne die Verwendung von Strömungssensoren zu ermitteln, ob die Strömungsvorrichtung derzeit eine Ausgangsströmung erzeugt. Während eines detektierten Einschaltzustandes, wie eines Schlüsselereignisses, weist der Controller die Drehzahl der Strömungsvorrichtung zu einer kalibrierten oberen Drehzahlgrenze an, ermöglicht eine Stabilisierung der Strömungsvorrichtung an der oberen Drehzahlgrenze und schaltet dann die Strömungsvorrichtung ab. In dieser Stufe, die hier als ein ”Auslaufereignis” bezeichnet ist, nimmt die Drehzahl der Strömungsvorrichtung allmählich zu einer kalibrierten niedrigeren Drehzahlgrenze ab, da Reibung auf die Strömungsvorrichtung wirkt.
Die Strömungsvorrichtung kann ein Roh-Drehzahlsignal in der Form eines Frequenzsignals ausgeben. Der Controller empfängt das Frequenzsignal, wenn die Strömungsvorrichtung zu der unteren Drehzahlgrenze ausläuft, und berechnet eine Änderungsrate der zugrundeliegenden Drehzahl unter Verwendung eines Prozessors und zugeordneter Steuerlogik. Die berechnete absolute Änderungsrate, die ein absoluter Steigungswert der Ableitung der Drehzahl ist, wird über den Controller mit einem kalibrierten Drehzahlbereich verglichen. Der Controller führt eine Steueraktion in Bezug auf die Strömungsvorrichtung aus, wenn die berechnete Änderungsrate während des Auslaufens der Strömungsvorrichtung aus diesem kalibrierten Drehzahlbereich fällt.
Es ist hier auch ein Verfahren offenbart, das umfasst, das über einen Controller ein Roh-Drehzahlsignal von einer Strömungsvorrichtung in einem System empfangen wird, ein Einschaltzustand detektiert wird und eine obere Drehzahlgrenze von der Strömungsvorrichtung über den Controller in Ansprechen auf den detektierten Einschaltzustand angewiesen wird. Das Verfahren umfasst auch, dass eine untere Drehzahlgrenze von der Strömungsvorrichtung nach Beibehalten der oberen Drehzahlgrenze für eine kalibrierte Dauer angewiesen wird, so dass eine Drehzahl der Strömungsvorrichtung zu der unteren Drehzahlgrenze über ein kalibriertes Auslaufintervall abnimmt, und eine absolute Änderungsrate der Drehzahl über das Auslaufintervall berechnet wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Steueraktion in Bezug auf die Strömungsvorrichtung ausgeführt wird, wenn die berechnete absolute Änderungsrate aus einem kalibrierten Bereich fällt.
Zusätzlich ist ein Fahrzeug offenbart, das einen Controller, eine Schaltvorrichtung und eine Strömungsvorrichtung aufweist, die über periodische Signale von der Schaltvorrichtung, z. B. Pulsbreitenmodulation (PWM), ein Local Interconnect Network (LIN) oder ein Controller Area Network (CAN) gesteuert wird. Die Strömungsvorrichtung ist derart konfiguriert, ein Roh-Drehzahlsignal, z. B. in der Form eines Rückkopplungsfrequenzsignals auszugeben. Das Fahrzeug umfasst ferner ein Batteriemodul und eine Leistungselektronik in Fluidkommunikation mit der Strömungsvorrichtung. Das Batteriemodul und die Leistungselektronik werden über das durch die Strömungsvorrichtung zirkulierte Fluid erhitzt oder gekühlt. Der Controller, der mit der Strömungsvorrichtung über die Schaltvorrichtung in Kommunikation steht, detektiert ein Schlüsselereignis des Fahrzeugs als einen Einschaltzustand und weist eine kalibrierte obere Drehzahlgrenze von der Strömungsvorrichtung in Ansprechen auf das detektierte Schlüsselereignis an.
Der Controller schaltet dann die Strömungsvorrichtung nach Beibehalten der kalibrierten oberen Drehzahlgrenze für eine kalibrierte Dauer ab und ermittelt eine Drehzahl der Strömungsvorrichtung während eines Auslaufintervalls, das durch die Periode zwischen der Anweisung der oberen Drehzahlgrenze und dem Erreichen einer kalibrierten unteren Drehzahlgrenze durch die Strömungsvorrichtung definiert ist, einschließlich einem Verarbeiten der PWM-Rückkopplungssignale über einen Prozessor. Zusätzlich berechnet der Controller eine Änderungsrate der Drehzahl über das Auslaufintervall, ermittelt eine maximale absolute Steigung, d. h. den Absolutwert der Änderungsrate innerhalb des Auslaufintervalls und vergleicht die maximale absolute Steigung mit einer kalibrierten maximalen absoluten Steigung einer kalibrierten Strömungsvorrichtung. Eine Steueraktion wird über den Controller in Bezug auf die Strömungsvorrichtung ausgeführt, wenn eine Abweichung zwischen der maximalen absoluten Steigung und der kalibrierten maximalen absoluten Steigung eine Schwelle überschreitet.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Moden zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit beispielhaften Strömungsvorrichtungen und einem Controller, der die Leistungsfähigkeit der Strömungsvorrichtungen diagnostiziert, wie hier dargestellt ist.
2 ist eine schematische Darstellung von Kurven, die eine Leistungsfähigkeit einer beispielhaften Strömungsvorrichtung relativ zu der einer kalibrierten Strömungsvorrichtung beschreiben.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Diagnostizieren einer der Strömungsvorrichtungen, die in 1 gezeigt sind, beschreibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf. die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Ansichten betreffen, ist ein System 10 schematisch in 1 gezeigt. Das System 10 kann ein beispielhaftes Fahrzeug sein, wie gezeigt ist. Jedoch können Nicht-Fahrzeugsysteme leicht in der Alternative ohne Abweichung von dem beabsichtigen erfindungsgemäßen Schutzumfang in Betracht gezogen werden, beispielsweise Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC-)Systeme für Industrie- oder Wohngebäude, fluidbetriebene Systeme oder irgendwelche anderen Systeme mit einem Fluidkreislauf 14 und/oder 140 des unten beschriebenen Typs. Das beispielhafte Fahrzeug von 1 ist nachfolgend zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben. Daher wird das System 10 nachfolgend als das Fahrzeug 10 bezeichnet.
Das Fahrzeug 10 von 1 kann eine oder mehrere Strömungsvorrichtungen 12 aufweisen. Wie hier verwendet ist, betrifft der Begriff ”Strömungsvorrichtung” eine beliebige Fluidpumpe, ein beliebiges Gebläse, ein beliebiger Lüfter oder eine beliebige andere Strömungsvorrichtung, die eine Antriebskraft bereitstellt, die zum Zirkulieren eines Fluides, unabhängig davon, ob es sich um eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Kombination daraus handelt, in dem entsprechenden Fluidkreislauf 14 oder 140 ausreichend ist. Zur Vereinfachung sind nur zwei Strömungsvorrichtungen 12 in 1 gezeigt, wobei die Strömungsvorrichtung 12 des Fluidkreislaufs 14 ein Gebläse oder ein Lüfter ist und die Strömungsvorrichtung 12 des Fluidkreislaufs 140 eine Pumpe ist. Es können mehr oder weniger Strömungsvorrichtungen 12 innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Antriebskraft, die durch die Strömungsvorrichtungen) 12 aufgebracht wird, liegt typischerweise in der Form eines Drehmoments vor, das auf eine drehbare, gerippte oder mit Schaufeln ausgestattete Welle aufgebracht wird, wie es in der Technik gut bekannt ist. Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, die Leistungsfähigkeit der Strömungsvorrichtungen 12 zu diagnostizieren und insbesondere die Anwesenheit oder Abwesenheit einer zugeordneten Ausgangsströmung von den Strömungsvorrichtungen 12 ohne Erfordernis physikalischer Sensoren für volumetrische Strömung zu diagnostizieren. Stattdessen verarbeitet ein Controller 20 Roh-Drehzahlsignale (Pfeil N₁₂) von den jeweiligen Strömungsvorrichtungen 12 während eines erzwungenen Auslaufens einer Drehzahl der Strömungsvorrichtungen 12 von einer kalibrierten oberen Drehzahlgrenze (N_U) zu einer unteren Drehzahlgrenze (N_L) (siehe 2). Auf diese Weise ermittelt der Controller 20 von 1, ob die Strömungsvorrichtungen 12 richtig funktionieren. Das Setzen und Verwenden der oberen und unteren Drehzahlgrenzen N_U und N_L ist nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
Es wird hier erkannt, dass die Strömungsvorrichtungen 12, wenn sie in der form von herkömmlichen Lüftern, Gebläsen oder Pumpen vorliegen, bei relativ hohen Drehzahlraten ohne Erzeugung einer entsprechenden Ausgangsströmung drehen können. Verschiedene Ausfallmoden können in einem derartigen Ergebnis resultieren, wobei ein blockierter Strömungspfad ein übliches Beispiel ist. Eine Blockade kann über abgelagerten Schmutz oder einen Schlauchschaden erfolgen. Andere Ausfallmoden umfassen ein nicht detektiertes Fluidleck oder sogar eine gebrochene, gebogene oder fehlende Schaufel.
In einem gesteuerten (engl. von ”open loop”) Luftkühlsystem, wie dem Fluidkreislauf 14, der in 1 gezeigt ist, kann Schmutz in die Strömungspfade über Lufteinlässe 13 zugeführt werden. Als ein Beispiel ziehen einige Luftkühlsysteme Ansaugluft von innerhalb einer Fahrzeugkabine und können daher durch Passagiere, Fracht oder Schmutz unabsichtlich blockiert werden. Während geregelter (engl.: von ”closed loop”) Flüssigkeitskühl- oder Betätigungssysteme, wie der Fluidkreislauf 140, sich als weniger anfällig gegenüber einem blockierten Strömungspfad von extern zugeführtem Schmutz erwiesen haben, existiert dennoch die Möglichkeit, dass eine Blockade von anderen Quellen auftritt. Beispielsweise kann Dichtungsmaterialschmutz von beschädigten Fluiddichtungen wie auch Metallspäne und andere übliche Schmutzstoffe vorhanden sein. Eine Blockade kann auch von teilweise oder vollständig zusammengefallenen Schläuchen oder Klemmen, insbesondere in einer Fluidversorgungsleitung auftreten.
In einem derartigen Ausfallmodus können die in 1 gezeigten Strömungsvorrichtungen 12 ein Auslaufverhalten aufweisen, das von einer erwarteten Leistungsfähigkeit relativ zu einer kalibrierten/neuen Strömungsvorrichtung 12 abweicht. Die vorliegende Diagnosevorgehensweise, wie durch den Controller 20 ausgeführt ist, wirkt somit über die augenblicklichen Drehzahlen der Strömungsvorrichtungen 12 und typischen internen elektrischen Diagnoseverfahren hinaus, wie einem Messen einer gegenwärtigen Zufuhr zu der Strömungsvorrichtung 12, von denen beide der Anwesenheit einer Ausgangsströmung entsprechen können, jedoch nicht müssen. Während derartige herkömmliche Vorgehensweisen in Verbindung mit der vorliegenden Vorgehensweise verwendet werden können, prüft der Controller 20 von 1 spezifisch die Änderungsrate oder Steigung einer Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 während eines erzwungenen Auslaufens über eine kalibrierte Dauer.
Die vorliegende Analyse wird in Ansprechen auf einen detektierten Einschaltzustand ausgeführt, wie einen Fahrzeugstart/Schlüssel-Ein oder eine Abschaltung/Schlüssel-Aus, d. h. einen Schlüsselzyklus. Wie nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben ist, wird die Strömungsvorrichtung 12, deren Leistungsfähigkeit zu diagnostizieren ist, bei der kalibrierten oberen Drehzahlgrenze (N_U) automatisch abgeschaltet oder mit einem reduzierten Leistungsniveau gespeist und kann danach zu einer unteren Drehzahlgrenze (N_L) bei zunehmend geringeren Drehzahlraten ”auslaufen”, da Fluidwiderstand, Reibung und andere Kräfte allmählich Wirkung zeigen.
Als Teil der vorliegenden Vorgehensweise berechnet der Controller 20 von 1 die Ableitung der Rohdrehzahl (N₁₂) der Strömungsvorrichtung 12 zwischen der oberen Drehzahlgrenze (N_U) zu der unteren Drehzahlgrenze (N_L), wie in 2 gezeigt ist, um so die maximale absolute Steigung während dieses Auslaufintervalls zu ermitteln. Die maximale absolute Steigung wird dann mit einem kalibrierten Bereich zu lässiger Steigungen verglichen. Wenn die berechnete maximale absolute Steigung aus dem kalibrierten Bereich zulässiger Steigungen fällt, d. h. um eine aufgezeichnete Toleranz entweder steiler oder flacher relativ zu einem neuen, normalen oder anderweitig ”als gut bekannten” System unter Verwendung einer richtig funktionierenden Strömungsvorrichtung 12 ist, führt der Controller 20 eine Steueraktion in Bezug auf die diagnostizierte Fluidvorrichtung 12 aus, wie nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben ist.
Weiter Bezug nehmend auf 1 kann der beispielhafte Fluidkreislauf 14, 140 eine Schleife für thermisches Management zum Zirkulieren von Kühlmittel zu einer Komponente 30, 32 sein, die Wärme im Betrieb erzeugt. Der Fluidkreislauf 14 sieht ein vereinfachtes Beispiel einer luftgekühlten Schleife vor, wobei ein Pfeil A in diesem Beispiel zirkulierte Luft repräsentiert, wobei eine Strömungsvorrichtung 12 in der Form eines Gebläses oder Lüfters Luft zu der Komponente 30 zirkuliert. Die Komponente 30 kann eine zugeordnete Leistungselektronik für ein Hochspannungsbatteriemodul sein, wenn das Fahrzeug 10 als ein Hybridelektro- oder Batterieelektrofahrzeug konfiguriert ist. Ein derartiger Fluidkreislauf 14 würde einen Frischlufteinlass von der Umgebung über die Einlässe 13 erfordern, die einen Filter 15 und/oder oder eine Klappe aufweisen können, um so einen Eintritt von Schmutz oder anderen möglichen Strömungspfadbehinderungen einzuschränken. Die Struktur der Fluidkreisläufe 14 und 140 ist in 1 zu veranschaulichenden Zwecken stark vereinfacht. Der Fachmann erkennt, dass andere Komponenten und Vorrichtungen gleichermaßen in den Fluidkreisläufen 14 und 140 vorhanden sein können, wie Wärmetauscher, Expansionsventile, Verdampfer, Kondensatoren, Entlastungsventile und dergleichen.
Der Fluidkreislauf 14 sieht ein vereinfachtes Beispiel einer Flüssigkeits- oder Flüssigkeits/Gas-Kühlmittelschleife vor, wobei ein Fluid (Pfeil F) in der Form von Öl, Kältemittel oder Kühlmittel abhängig von der Anwendung von einem Sumpf 18 über die Strömungsvorrichtung 12, in diesem Fall einer Fluidpumpe, gezogen und unter Druck zu der Komponente 32, die erhitzt, gekühlt oder betätigt werden soll, zirkuliert wird. Die Komponente 32 kann derselbe Typ von Komponente wie die Komponente 30 sein, beispielsweise ein Batteriemodul oder eine zugeordnete Leistungselektronik, oder sie kann ein Kolben, ein Ventil, ein Zylinder oder eine andere hydraulisch betätigte Vorrichtung sein. Somit kann die Strömungsvorrichtung 12 in dem Fluidkreislauf 140 als ein Getriebe, eine Servolenkung, eine Kraftstoff- oder Wasserpumpe ausgeführt sein, und die Strömungsvorrichtung 12 des Fluidkreislaufs 14 kann als ein HVAC-Gebläse oder -Lüfter zum Lenken erhitzter oder gekühlter Luft in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs 10 ohne Abweichung von dem beabsichtigten erfindungsgemäßen Schutzumfang ausgeführt sein.
Um die Strömungsleistungsfähigkeit einer der Strömungsvorrichtung(en) 12, die in dem Fahrzeug 10 oder anderen Systemen verwendet sind, zu diagnostizieren, kann der Controller 20 von 1 in Kommunikation mit jeder Strömungsvorrichtung 12 gebracht werden, deren Leistungsfähigkeit zu diagnostizieren ist. Der Controller 20 kann als eine oder mehrere Computervorrichtungen ausgeführt sein, die die erforderlichen Hardware- und Softwareelemente zum Ausführen der Aufgaben aufweist, die in dem beispielhaften Verfahren 100 von 2 detailliert dargestellt sind. Beispielsweise kann der Controller 20 einen Prozessor 22, einen konkreten nichtflüchtigen Speicher 24, z. B. ROM, optisches Medium, Flashspeicher etc., wie auch ein irgendein erforderlicher Übergangsspeicher, wie RAM oder EEPROM, aufweisen. Der Controller 20 sollte auch alle notwendigen Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Vorrichtungen, Netzwerkschnittstellenkarten, Transceiver 26 und dergleichen aufweisen. Signale zu und von dem Controller 20 können von und zu den Strömungsvorrichtung(en) 12 über eine geeignete Steuerverbindung, z. B. Übertragungsleiter, Bus für Controller Area Network (CAN), serielle Verbindung und/oder drahtlos übertragen werden.
Die Steuerung der Strömungsvorrichtungen 12 von 1 kann bei einer möglichen Konfiguration über Impulsbreitenmodulation (PWM) erreicht werden. Bei anderen Konfigurationen können ein Local Interconnect Network (LIN) oder ein Controller Area Network (CAN) verwendet werden. Wie es in der Technik zu verstehen sei, können periodische Signale, die in 1 als PWM-Signale (Pfeil PWM) gezeigt sind, an die Strömungsvorrichtungen 12, bei diesem Beispiel über ein Schaltmodul 33 in Ansprechen auf Anweisungen (Pfeil 11) übertragen werden, die von dem Controller 20 stammen. Das Schaltmodul 33 kann Teil des Controllers 20 oder der Strömungsvorrichtungen 12 sein, oder das Schaltmodul 33 kann eine separate Vorrichtung sein. In Ansprechen auf einen Empfang der PWM-Signale (Pfeile PWM) wird die Drehzahl der Strömungsvorrichtungen 12 ermittelt und an den Controller 20 übertragen. Die Strömungsvorrichtung(en) 12 können eine beliebige geeignete Technik zur Drehzahlmessung sein, einschließlich beispielsweise Rück-EMK, Stromdetektion, Codierer/Halleffektsensoren, etc. Das Frequenzrückkopplungssignal (Pfeil f) wird dann an den Controller 20 über das Schaltmodul 33 oder irgendeine andere geeignete Struktur in Nicht-PWM-Ausführungsformen kommuniziert, wobei die Drehzahl (Pfeil N₁₂) schließlich an den Controller 20 übertragen oder von diesem berechnet wird.
Das Frequenzrückkopplungssignal (Pfeil f) in der nicht beschränkenden Ausführungsform von 1 ist ein frequenzmoduliertes Signal, das die Drehzahl (N₁₂) der entsprechenden Strömungsvorrichtung 12 codiert. Das Rückkopplungssignal (Pfeil f) kann als Teil eines existierenden Kommunikationsprotokolls erzeugt werden. Der Controller 20 verarbeitet die empfangenen Frequenzdomänendaten, um die zugrundeliegende Drehzahl (Pfeil N₁₂) der Strömungsvorrichtung 12 zu ermitteln, oder empfängt die Rückkopplungssignale (Pfeil f) direkt mit derselben Wirkung. Der Controller 20 von 1 berechnet dann über den Prozessor 22 die absolute Änderungsrate der Drehzahl (N₁₂) über ein kalibriertes Auslaufintervall, d. h. d / dt N₁₂ in Ansprechen auf einen vorbestimmten Einschaltzustand, wie nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Die absolute Änderungsrate weist eine entsprechende Steigung (M₁₂) auf, wie in 2 gezeigt ist, die durch den Controller 20 mit einer Steigung (M_X) eines bekannten guten Systems verglichen wird, das beispielsweise eine bekannte gute oder kalibrierte Strömungsvorrichtung 12 verwendet. Der Controller 20 führt dann eine Steueraktion über ein Ausgangssignal (Pfeil 29) beispielsweise zu einem Statusanzeiger 25 oder zu einem Speicher 24 aus.
Bezug nehmend auf 2 beschreibt ein Satz aus Kurven 50 die zugrundeliegende Steuervorgehensweise, wie durch den Controller 20 von 1 ausgeführt wird. 2 ist eine Zeitaufzeichnung, wobei die Zeit (t) an der horizontalen Achse aufgetragen ist und die Drehzahl (N) an der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Kurve N₁₂ repräsentiert die Drehzahl einer gegebenen der Strömungsvorrichtungen 12. Somit wird die Strömungsvorrichtung 12 zwischen t₀ und t₁ zum Betrieb bei einer stabilen Drehzahl angewiesen, die bei dem Beispiel von 2 die obere Drehzahlgrenze (N_U) ist. Bei etwa t₁ schaltet nach Verstreichen einer Verzögerung (t_s), die zum Stabilisieren der Drehzahl (N₁₂) bei der oberen Drehzahlgrenze (N_U) geeignet ist, der Controller 20 von 1 die Strömungsvorrichtung 12 ab und erlaubt ein Auslaufen der Strömungsvorrichtung 12 zu einer kalibrierten unteren Drehzahlgrenze (N_L). Die obere Drehzahlgrenze (N_U) kann auf eine maximale Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 und die untere Drehzahlgrenze (N_L) auf Null oder irgendwo dazwischen gesetzt werden, wobei die letztere Möglichkeit in 2 für die untere Drehzahlgrenze (N_U) gezeigt ist. Die Differenz zwischen den jeweiligen oberen und unteren Drehzahlgrenzen (N_U und N_L) sollte auch ausreichend groß sein, um die gewünschte Auflösung, z. B. zumindest 70% der maximalen theoretischen Drehzahl und weniger als etwa 25% der minimalen theoretischen Drehzahl in einer möglichen Konfiguration bereitzustellen.
Kurz nachdem die Strömungsvorrichtung 12 abgeschaltet ist, beginnt ihre Drehzahl abzunehmen. Die erwartete Abnahmetrajektorie einer kalibrierten/richtig funktionierenden Strömungsvorrichtung 12 ist in 2 durch Kurve N_X repräsentiert. Eine fehlerhafte Strömungsvorrichtung 12 kann jedoch eine wahrnehmbar verschiedene Trajektorie aufweisen, wie durch Kurve N₁₂ repräsentiert ist. Der Controller 20 berechnet die maximale absolute Steigung in der Dauer Δt zwischen einem Abschalten der Strömungsvorrichtung 12 an der oberen Drehzahlgrenze (N_U) und einem schließlichen Erreichen der unteren Drehzahlgrenze (N_L), d. h. an Punkt 70 einer Kurve M₁₂ mit entsprechender Steigung, wobei diese Dauer das Auslaufintervall ist. Die maximale absolute Steigung für die Strömungsvorrichtung 12 entspricht einem Punkt 70 von 2. Der Controller 20 vergleicht dann die maximale absolute Steigung einer kalibrierten Strömungsvorrichtung, die in Speicher 24 von 1 aufgezeichnet ist, d. h. Punkt 60. Eine geeignete Steueraktion wird abhängig von einem Absolutwert der Abweichung zwischen den Punkten 60 und 70 ausgeführt.
Bezug nehmend auf 3 kann ein beispielhaftes Verfahren 100 zur Diagnose der Leistungsfähigkeit der in 1 gezeigten Strömungsvorrichtungen 12 von dem Controller 20 ausgeführt werden, wobei Steueraktionen schließlich von dem Controller 20 als Folge der Diagnose ausgeführt werden. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102, wo der Controller 20 ermittelt, ob ein vorbestimmter Einschaltzustand (En) erfüllt worden ist. Der Schritt 102 kann beispielsweise ein Detektieren eines Start- oder Schlüssel-Ein-Ereignisses des Fahrzeugs 10 von 1 allein oder in Verbindung mit einer Temperaturmessung der Komponente 30 oder 32 betreffen. Dies bedeutet, falls das Fahrzeug 10 von 1 nicht für einige Zeit gelaufen ist, kann die Temperatur der Komponente 30 oder 32 ausreichend gering sein, wodurch keine Kühlung für die Dauer des folgenden Tests erforderlich ist.
Wenn die Komponente 30 oder 32 durch Fluid anstatt durch Erhitzung oder Kühlung betätigt wird, kann ein anderer Zustand, wie ein bestimmter Getriebezustand, in der Alternative verwendet werden, oder eine Fahrzeugabschaltung/-schlüssel-Aus kann als die Einschaltbedingung verwendet werden.
Der Zweck von Schritt 102 besteht darin, eine Zeitperiode zu identifizieren, während der eine Ausführung der verbleibenden Schritte des Verfahrens 100 ohne übermäßige Überlagerung mit der normalen Heiz-, Kühl- oder Betätigungsfunktionalität der Strömungsvorrichtung 12, die diagnostiziert wird, durchgeführt werden kann. Da die Strömungsvorrichtung 12 für einen Teil des folgenden Diagnosetests in den ausgeschalteten Zustand angewiesen wird, sollten die Bedingungen von Schritt 102 zu einer Minimierung irgendeines wahrnehmbaren Einflusses auf die Fahrfunktion orientiert werden, während sie so nicht wahrnehmbar wie möglich für den Fahrer bleiben. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt 104 fort, sobald die Einschaltbedingung detektiert worden ist.
Bei Schritt 104 weist der Controller 120 von 1 die obere Drehzahlgrenze (N_U) von der jeweiligen Strömungsvorrichtung 12, deren Leistungsfähigkeit zu diagnostizieren ist, an. Die obere Drehzahlgrenze (N_U) kann die maximale Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12, ihre stabile Drehzahl, wie in 2 gezeigt ist, oder ein anderer Drehzahlwert sein, vorausgesetzt, dass die Drehzahl ausreichend hoch zum Ausführen der nachfolgenden Schritte des Verfahrens 100 ist. Ein Teil von Schritt 104 kann ein Übertragen der PWM-Signale (Pfeil PWM), wie in 1 gezeigt ist, an die Strömungsvorrichtung 12 über das Schaltmodul 33 umfassen. Das Verfahren 100 fährt dann mit Schritt 106 fort.
Der Schritt 106 umfasst ein Abwarten eines Erreichens der vorher bei Schritt 104 angewiesenen Drehzahl und eine ausreichende Stabilisierung, die stattfindet, nachdem die Dauer t_S von 2 verstrichen ist. Die Stabilisierung kann ein Aktivierung eines Zeitgebers des Controllers 20 von 1 umfassen, um eine Verzögerung, während der sich die Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 nicht ändern sollte, auf innerhalb z. B. ±5% der angewiesenen oberen Drehzahlgrenze (N_U) zu erzwingen. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt 108 fort, sobald die Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 stabilisiert ist.
Bei Schritt 108 schaltet der Controller 20 von 1 die Strömungsvorrichtung 12 ab, wie durch Stoppen einer Übertragung der PWM-Signale (Pfeil PWM). Die Strömungsvorrichtung 12 setzt die Rotation ihrer eigenen Trägheit fort, sogar nachdem die Leistung zu der Strömungsvorrichtung 12 unterbrochen ist, jedoch bei einer allmählich abnehmenden Drehzahl, da Reibung und Strömungswiderstand Wirkung zeigen. Die Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 nimmt schließlich auf ihre kalibrierte untere Drehzahlgrenze (N_L) bei t₂ von 2 ab. Wie oben angemerkt ist, kann die untere Drehzahlgrenze (N_L) ein Wert von nicht Null sein, wie in 2 gezeigt ist, oder er kann Null sein. Roh-Drehzahlfrequenzsignale, die die Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 beschreiben, werden von dem Controller 20 während der Dauer des Auslaufintervalls (Δt) von 2 von der oberen Drehzahlgrenze (N_U) zu der unteren Drehzahlgrenze (N_L) empfangen und aufgezeichnet. Das Verfahren 100 fährt dann mit Schritt 110 fort.
Der Schritt 110 umfasst ein über den Controller 20 von 1 erfolgendes Berechnen der Änderungsrate der Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 von 1, wenn sie von der oberen Drehzahlgrenze (N_U), wie bei Schritt 104 angewiesen ist, zu der unteren Drehzahlgrenze (N_L), wie bei Schritt 108 angewiesen ist, ausläuft. Dies bedeutet, die Steigung (M₁₂) wird als die Ableitung der Drehzahlkurve (N₁₂) von 2 berechnet, d. h. die Änderung der Drehzahl ΔN₁₂ wird durch die verstrichene Zeit geteilt, die es benötigt, um die Drehzahl auf das Niveau der unteren Drehzahlgrenze (N_L) zu verringern. Das Verfahren 100 fährt dann mit Schritt 112 fort.
Der Schritt 112 umfasst ein Finden der maximalen absoluten Steigung der Drehzahländerung der Strömungsvorrichtung über das Auslaufintervall (Δt), d. h. Punkt 70 von 2, und dann ein Vergleichen des maximalen absoluten Steigungswertes mit einem kalibrierten Bereich [U, L] von Steigungswerten, um zu ermitteln, ob der maximale absolute Steigungswert von Schritt 110 die Grenzen dieses Bereiches überschreitet oder kleiner als diese ist, d. h. der Absolutwert der Abweichung zwischen Punkt 70 und Punkt 60 von 2 ein akzeptabler Wert ist.
Während das Beispiel von 2 ein Drehzahlsignal (Kurve N₁₂), das sich schneller als das entsprechende kalibrierte Drehzahlsignal (N_X) verlangsamt, und somit eine resultierende Steigung (Kurve M₁₂) zeigt, die einen Maximalwert bei Punkt 70 aufweist, der den der kalibrierten Steigung (M_X) überschreitet, der gewisse Ausfälle angeben kann, wie einem blockierten Strömungspfad, kann das Entgegengesetzte in anderen Ausfallmoden stattfinden. Beispielsweise würde bei einem gegebenen Fluidleck oder einer gegebenen gebrochenen Lüfterschaufel unter Annahme, dass dies die Strömungsvorrichtung 12 nicht unmittelbar verriegelt, ein reduzierter Fluidwiderstand auf die rotierenden Abschnitte der Strömungsvorrichtung 12 wirken, wodurch die Rate der Abnahme der Drehzahl der Strömungsvorrichtung 12 während des Auslaufintervalls (Δt), wie in 2 gezeigt ist, verlangsamt wird. Der Schritt 112 fährt mit Schritt 114 fort, wenn die maximale absolute Steigung aus dem kalibrierten Bereich fällt, und mit Schritt 116 fort, wenn die maximale absolute Steigung innerhalb dieses Bereiches liegt.
Bei Schritt 114 führt der Controller 20 von 1 eine erste Steueraktion (I) aus, die dem Ausfallmodus entspricht, der erwartet wird, d. h. ein möglicher behinderter oder verstopfter Strömungspfad, wenn die maximale absolute Steigung steiler als zulässig ist, oder ein mögliches Fluidleck oder eine gebrochene Schaufel, wenn die maximale absolute Steigung flacher als zulässig ist. Der Schritt 114 kann ein Aufzeichnen eines Diagnosecodes in dem Speicher 24 des Controllers 20, ein Übertragen eines Diagnosecodes an einen entfernt angeordneten Ort über eine Telematikeinheit (nicht gezeigt) oder ein Aktivieren des Anzeigers 25 von 1 umfassen, um einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm bereitzustellen, der den Fahrer benachrichtigt, dass die Strömungsvorrichtung 12 gewartet werden sollte. Der Schritt 114 kann ein temporäres Abschalten der Komponente 30 und/oder 32 und/oder ein Abschalten der Strömungsvorrichtung 12 aufweisen, um die Komponenten 30, 32 oder die Strömungsvorrichtungen 12 zu schützen.
Schritt 116 umfasst im Wesentlichen wie Schritt 114 ein Ausführen einer zweiten Steueraktion (II), die einer Bestanden-Diagnose entspricht. Da derartige Diagnosen typischerweise einem Fahrer nicht angezeigt werden, kann der Schritt 116 ein Aufzeichnen eines Bestanden-Diagnosecodes in dem Speicher 24 ohne Weiteres oder ein Leiten eines Bestanden-Diagnoseergebnisses an einen entfernt angeordneten Ort über eine Telematikeinheit umfassen.
Während die besten Moden zur Ausführung der Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.

Claims

System, umfassend: eine Strömungsvorrichtung (12), die eine Drehzahl aufweist, wobei die Strömungsvorrichtung (12) derart konfiguriert ist, ein Roh-Drehzahlsignal auszugeben; eine Komponente (30, 32) in Fluidkommunikation mit der Strömungsvorrichtung (12); und einen Controller (20) in Kommunikation mit der Strömungsvorrichtung (12), der konfiguriert ist, um: eine Einschaltbedingung zu detektieren; eine kalibrierte obere Drehzahlgrenze von der Strömungsvorrichtung (12) in Ansprechen auf die detektierte Einschaltbedingung anzuweisen; die Strömungsvorrichtung (12) nach Beibehalten der kalibrierten oberen Drehzahlgrenze für ein kalibriertes Stabilisierungsintervall abzuschalten; die Drehzahl der Strömungsvorrichtung (12) während eines Auslaufintervalls zu ermitteln, das durch die Periode zwischen der Anweisung der oberen Drehzahlgrenze und einem Erreichen einer kalibrierten unteren Drehzahlgrenze durch die Strömungsvorrichtung (12) definiert ist; eine Änderungsrate der Drehzahl über das Auslaufintervall zu berechnen; und eine Steueraktion in Bezug auf die Strömungsvorrichtung (12) auszuführen, wenn ein Maximalwert der berechneten Änderungsrate aus einem kalibrierten Bereich fällt.
System nach Anspruch 1, wobei das System ein Fahrzeug (10) ist, und wobei die Einschaltbedingung ein Schlüsselereignis des Fahrzeugs (10) ist.
System nach Anspruch 2, wobei die Komponente (30, 32) ein Batteriemodul und/oder eine Leistungselektronik des Fahrzeugs (10) ist.
System nach Anspruch 1, wobei der kalibrierte Bereich ein zulässiger Bereich einer maximalen absoluten Steigung einer kalibrierten oder neuen Strömungsvorrichtung über dasselbe kalibrierte Auslaufintervall ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Strömungsvorrichtung (12) eine Fluidpumpe ist und die Komponente (30, 32) über Fluid, das durch die Fluidpumpe zirkuliert wird, gekühlt oder erhitzt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Strömungsvorrichtung (12) eine Fluidpumpe ist und die Komponente (30, 32) über Fluid, das durch die Fluidpumpe zirkuliert ist, betätigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Strömungsvorrichtung (12) ein Gebläse oder ein Lüfter ist und die Komponente (30, 32) über Luft, die durch das Gebläse oder den Lüfter zirkuliert ist, gekühlt oder erhitzt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Ausführen einer Steueraktion ein Abschalten der Strömungsvorrichtung (12) und/oder ein Abschalten der Komponente (30, 32) umfasst.