DE102017109161A1

DE102017109161A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Handhabung von Fehlern in einem Antriebssystem

Info

Publication number: DE102017109161A1
Application number: DE102017109161.0A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Falkenstein; Andreas Koch
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2037-04-29
Also published as: DE102017109161B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von Fehlern in einem einen Antrieb (3) und wenigstens eine Antriebswelle (5) aufweisenden Antriebssystem (2), wobei ein Fehler in dem Antriebssystem (2) erkannt wird, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer erfassten mechanischen Größe (M, M, Δφ, Δφ) des Antriebssystems (2) außerhalb dynamischer Schranken (M, M, M, M, Δφ, Δφ) liegt, und wobei nach einem erkannten Fehler Maßnahmen eingeleitet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die dynamischen Schranken (M, M, M, M, Δφ, Δφ) auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystems (2) unter Einbeziehung von Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters (T, dwe, c) des Antriebssystems (2) ermittelt werden, und wobei Parameterschranken (T, T, dwe, dwe, C, C) für den wenigstens einen Betriebsparameter (T, d, c) bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken (M, M, M, M, Δφ, Δφ) einbezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von Fehlern in einem einen Antrieb und wenigstens eine Antriebswelle aufweisenden Antriebssystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem, umfassend einen Antrieb, wenigstens eine Antriebswelle sowie eine Vorrichtung zur Handhabung von Fehlern in dem Antriebssystem.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren zur Handhabung von Fehlern in dem Antriebssystem durchzuführen.
Bei der Entwicklung von Antriebssystemen, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, werden mechanische Steuer- und Bedienelemente zunehmend durch elektrische Systeme bzw. Aktoren ersetzt. Mit dieser als „Drive-by-Wire“ bezeichneten Technologie erhöht sich die Gefahr, dass Fehler in der Steuerung bzw. Elektronik zu einer unerwünschten Umsetzung von Größen, insbesondere Drehmomenten, im Antriebs- und/oder Bremssystem eines Fahrzeugs führen. Dies betrifft Fahrzeuge zu Lande und zu Wasser sowie Luft- und Raumfahrzeuge gleichermaßen. Die Anforderungen an die elektrischen Systeme in den Fahrzeugen sind entsprechend hoch, da Unfälle aufgrund einer fehlerhafter Umsetzung von Größen in jedem Fall vermieden werden müssen.
Insbesondere eine nicht oder zu stark umgesetzte Bremsanforderung des Fahrzeugführers oder eines Assistenzsystems, beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs oder eines Autopiloten, führt zu einer ungewollten Fahrzeugreaktion und ist damit höchst sicherheitskritisch. Bei Einzelachs- oder Einzelradantrieben kann hierdurch zudem die Fahrstabilität negativ beeinflusst werden, wodurch das Fahrzeug von dem Fahrzeugführer kaum noch zu beherrschen ist.
Zur dynamischen Antriebsregelung werden beispielsweise an Kraftfahrzeugantrieben meist Drehwinkel oder Drehzahlen gemessen. In der Praxis eignen sich hierzu Raddrehzahlen bzw. Radwinkelgeschwindigkeiten, welche mithilfe von ABS-Raddrehzahlsensoren standardmäßig erfasst werden, in besonderem Maße. Bei Einsatz eines Verbrennungsmotors können ferner dessen vorhandene Drehwinkel- bzw. Drehzahlsensoren verwendet werden. Werden Elektromotoren eingesetzt, bei Fahrzeuganwendungen typischerweise als Drehstrommaschinen realisiert, die von Wechselrichtern mit feldorientierter Regelung angesteuert werden, können deren typischerweise vorhandenen Rotorlagegeber für die feldorientierte Regelung herangezogen werden, um den Drehwinkel, die Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Elektromotors zu ermitteln.
Wünschenswert wäre allerdings eine direkte Messung mechanischer Drehmomente. Dies ist aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in der Praxis jedoch zumeist nicht realisierbar. Beispielsweise sind die entsprechenden Messsysteme im Lichte der widrigen Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs (Verschmutzungen, Vibrationen, große Temperaturbereiche, usw.) bezüglich ihrer Lebensdauer stark limitiert.
Um die mechanischen Drehmomente dennoch zur Antriebsregelung heranziehen zu können, werden diese zumeist durch Einsatz von Beobachtern ermittelt bzw. rekonstruiert. Beispielhaft wird hierzu auf die DE 10 2011 012 840 A1 verwiesen, die ein Verfahren zum Bestimmen einer Betriebsgröße eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Elektromotor betrifft.
Ein Problem des bekannten Beobachteransatzes ist, dass bei einem Fehlerfall im realen Antriebssystem - z. B. ausgelöst durch eine unbekannte Störgröße - die Annahmen für das dynamische Modell des Antriebssystems innerhalb des Beobachters nicht mehr mit dem realen Antriebssystem übereinstimmen. Somit weicht in Folge auch der Wert des beobachteten Drehmoments von dem realen Drehmoment ab. Wird nun das fehlerhaft rekonstruierte Drehmoment zur Koordination mit weiteren Systemen benutzt, so können sicherheitskritische Zustände entstehen.
Die gattungsgemäße US 8,983,715 B2 beschreibt ein Verfahren zur frühzeitigen Erkennung eines Fehlerfalls mit einem das Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs zumindest teilweise nachbildenden Modell. Bei einem erkannten Unterschied zwischen einer gemessenen Ausgangsgröße und einer Modellausgangsgröße wird auf eine unerwünschte Triebstrangreaktion geschlossen. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass die Fehlererkennung eines derartigen Verfahrens teilweise unzuverlässig sein kann und es -je nach Kalibrierung des Verfahrens - insbesondere zu Fehlerkennungen kommen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die funktionale Sicherheit von Fahrzeugen weiter zu verbessern und insbesondere Fehler in einem Antriebssystem zuverlässig und schnell zu erkennen.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren zur Handhabung von Fehlern in einem Antriebssystem mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines Fahrzeugs mit einem Antriebssystem wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Bei dem Verfahren zur Handhabung von Fehlern in einem einen Antrieb und wenigstens eine Antriebswelle aufweisenden Antriebssystem ist vorgesehen, dass ein Fehler in dem Antriebssystem erkannt wird, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer erfassten mechanischen Größe des Antriebssystems außerhalb dynamischer Schranken liegt, wobei nach einem erkannten Fehler Maßnahmen eingeleitet werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die dynamischen Schranken auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystems unter Einbeziehung von Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters des Antriebssystems ermittelt werden, wobei Parameterschranken für den wenigstens einen Betriebsparameter bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken einbezogen werden.
Insbesondere da die dynamischen Schranken unter Einbeziehung von Schwankungen bzw. Abweichungen des wenigstens einen Betriebsparameters ermittelt werden, die noch keinen Fehlerfall kennzeichnen, ist somit gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Fehlererkennung möglich. Damit kann insbesondere die Koordination von Systemen innerhalb des Antriebssystems oder die Koordination des Antriebssystems mit einem weiteren System verlässlicher bzw. sicherer sein.
Die Parameterschranken können dabei den Bereich des wenigstens einen Betriebsparameters kennzeichnen, innerhalb dem sich der jeweilige Betriebsparameter in einem fehlerfreien Zustand des Antriebssystems bewegen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert die Qualität einer Fehlererkennung also dadurch, dass auch Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters berücksichtigt werden. Für die Betriebsparameter werden Parameterschranken vorgegeben, die sich beispielsweise aus einem dynamischen Modell des Antriebssystems ergeben. Variierendes Verhalten des Antriebssystems infolge von Betriebsparameterschwankungen lässt sich somit sehr gut von fehlerhaftem Verhalten des Antriebssystems trennen. Dies verbessert die Trennschärfe der Fehlerdetektion erheblich.
Es kann also vorgesehen sein, dass mindestens eine erste Größe bzw. eine mechanische Größe des Antriebssystems gemessen oder mit Hilfe eines ersten dynamischen Modells oder Teilmodells des Antriebssystems berechnet, geschätzt oder beobachtet wird, gegebenenfalls unter Verwendung mindestens einer am Antriebssystem ermittelten oder gemessenen Größe. Mithilfe mindestens eines weiteren dynamischen Modells oder Teilmodells des Antriebssystems und mindestens einer am Antriebssystem ermittelten oder gemessenen Größe kann nun mindestens eine erste dynamische Schranke für die erste Größe bzw. mechanische Größe berechnet werden. Dies kann insbesondere unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters des realen Antriebssystems erfolgen.
Die dynamischen Schranken werden im fehlerfreien Betrieb des Antriebssystems von der ersten Größe bzw. der mechanischen Größe nicht über- bzw. unterschritten. Die erfasste erste Größe bzw. mechanische Größe bewegt sich somit innerhalb der dynamischen Schranken. Bricht die erfasste erste Größe bzw. die mechanische Größe aus den dynamischen Schranken aus bzw. über-/unterschreitet sie eine entsprechende Schranke, so wird ein Fehlerfall des Antriebssystems detektiert und es können Maßnahmen, vorzugsweise Gegenmaßnahmen, eingeleitet werden.
Vorzugsweise sind zwei dynamische Schranken für jede erfasste mechanische Größe vorgesehen, wobei jeweils eine obere dynamische Schranke und eine untere dynamische Schranke den Bereich einschränken, innerhalb dem sich der Zahlenwert der erfassten mechanischen Größe befinden sollte, wenn kein Fehlerfall des Antriebssystems vorliegt.
Analog hierzu können vorzugsweise für jeden Betriebsparameter zwei Parameterschranken, d. h. eine obere Parameterschranke und eine untere Parameterschranke, vorgesehen sein.
Vorzugsweise werden zur Fehlererkennung mechanische Größen des Antriebssystems herangezogen, die verglichen mit anderen mechanischen Größen besonders stark variieren.
Die Erfindung ist grundsätzlich für ein beliebiges Fahrzeug mit einem beliebigen Antriebssystem einsetzbar. Ganz besonders eignet sich die Erfindung allerdings für die Verwendung mit einem Kraftfahrzeug. Die nachfolgenden Ausführungen und Erklärungen beziehen sich aus diesem Grund zumeist auf ein Kraftfahrzeug und dessen spezifische Merkmale - dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schwankungen des wenigstens einen Betriebsparameters innerhalb der Parameterschranken derart bestimmt werden, dass die dynamischen Schranken wenigstens einen Extremwert, vorzugsweise jeweils ein Maximum und ein Minimum, aufweisen.
Die Schwankungen des wenigstens einen Betriebsparameters können innerhalb der Parameterschranken dynamisch, d. h. betriebszustandsabhängig, so bestimmt werden, dass die dynamischen Schranken extremal werden.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine dynamische obere Schranke bzw. obere Grenze mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit zunimmt und mit betragsmäßig geringer Abfallgeschwindigkeit abnimmt und damit Maximal- bzw. Extremalwerte annimmt. Analog hierzu kann vorgesehen sein, dass eine dynamische untere Schranke bzw. untere Grenze mit geringer Anstiegsgeschwindigkeit zu und mit betragsmäßig großer Abfallgeschwindigkeit abnimmt und somit Minimal- bzw. Extremalwerte aufweist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die dynamischen Schranken kontinuierlich währen des Betriebs des Antriebssystems ermittelt werden.
Es kann also vorgesehen sein, dass die dynamischen Schranken und/oder die Parameterschranken im Betrieb bzw. während der Laufzeit variabel bzw. veränderbar sind. Insbesondere ein Fehlerfall, bei dem beispielsweise der Wert eines beobachteten Drehmoments nicht mehr mit dem eines realen Drehmoments übereinstimmt, ist somit frühzeitig und sicher zu erkennen, wonach Maßnahmen, insbesondere Gegenmaßnahmen, eingeleitet werden können.
Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, eine untere Parameterschranke und eine obere Parameterschranke für eine Zeitkonstante eines Elektromotors abhängig vom Ladezustand einer Batterie (mittlere Zwischenkreisspannung), von der Drehzahl (Feldschwächbereich) und/oder vom Drehmoment (geändertes Verhalten nahe Volllast) anzupassen. Aufgrund von weiteren Effekten wird der absolute Wert der Zeitkonstante dann zwar weiterhin nicht vollständig bekannt sein, allerdings kann der Bereich mit Hilfe von betriebszustandsabhängigen dynamischen Schranken und/oder Parameterschranken noch vorteilhafter eingegrenzt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass der Antrieb einen Verbrennungsmotor, einen Hydraulikmotor und/oder einen Elektromotor umfasst.
Insbesondere kann die Erfindung für ein Hybridfahrzeug verwendet werden, dessen Antriebssystem einen Verbrennungsmotor und zusätzlich einen oder mehrere Hydraulikmotoren und/oder Elektromotoren umfasst. Die Koordination zwischen den Antrieben kann dann erfindungsgemäß verbessert bzw. sicherer sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine mechanische Größe durch Messung, Berechnung, Verwendung eines Schätzers und/oder Verwendung eines Beobachters erfasst wird.
Die Genauigkeit ist bei einer Messung der mechanischen Größe erwartungsgemäß besonders hoch. Der hierfür notwendige Aufwand, beispielsweise aufgrund der notwendigen Sensoren, kann allerdings in der Praxis unwirtschaftlich sein. Aus diesem Grund kann eine Ermittlung der mechanischen Größe, insbesondere durch Verwendung eines Beobachters, vorteilhaft sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als wenigstens eine mechanische Größe ein absoluter oder relativer Verdrehwinkel der Antriebswelle, eine Drehzahl der Antriebswelle, ein Drehmoment der Antriebswelle, ein hydraulischer Volumenstrom (insbesondere eines Hydraulikmotors), ein hydraulischer Druck (insbesondere eines Hydraulikmotors) und/oder ein Luftspaltmoment des Elektromotors verwendet werden.
Vorzugsweise werden mechanische Drehmomente mit Hilfe eines dynamischen Modells ermittelt.
Bei Elektromotoren für Fahrzeuganwendungen werden typischerweise von Wechselrichtern gespeiste Drehstrommaschinen mit feldorientierter Regelung, auch als Vektorregelung bezeichnet, eingesetzt. Das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Luftspaltmoment folgt einem Sollwert aufgrund von maschineninternen Induktivitäten nur verzögert. Diese Drehmomentdynamik kann näherungsweise durch ein PT₁-Glied beschrieben werden. Die Drehmomentdynamik des Elektromotors kann mit Hilfe der feldorientierten Regelung erhöht sein, beispielsweise um die Wirkung einer aktiven Schwingungsdämpfung zu verbessern (bei Antriebssystemen in Kraftfahrzeugen handelt es sich bekanntermaßen um schwingungsfähige Systeme).
Bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen kann eine aktive Schwingungsdämpfung durch Rückführung der Differenzdrehzahl zwischen Elektromotor und Rad bzw. Radfelge erreicht werden. Eine Erhöhung der Drehmomentdynamik des Elektromotors mit Hilfe der feldorientierten Regelung erfordert allerdings eine ausreichende Spannungs- bzw. Stellreserve. Insbesondere bei sehr dynamischen Übergangsvorgängen können die erforderlichen Stellgrößen dann oftmals nicht mehr von dem Wechselrichter zur Verfügung gestellt werden. Ein Betrieb im Feldschwächbereich oder nahe Volllast kann diese Problematik verschärfen. Ein weiteres Problem kann eine zu geringe Zwischenkreisspannung infolge eines zu geringen Ladegrads einer Batterie oder auch Spannungseinbrüche beim Einschalten weiterer Bordnetzverbraucher oder kurzfristig hohe Leistungen weiterer Elektromotoren sein. Aus diesem Grund kann es von Vorteil sein, die genannten Auslöser bei der Fehlererkennung zu berücksichtigen, soweit eine Erkennung dieser Betriebsparameter möglich ist. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als wenigstens ein Betriebsparameter eine physikalische Eigenschaft des Antriebssystems, vorzugsweise eine Drehmomentdynamik des Antriebs, eine Dämpfung der Antriebswelle, eine Steifigkeit der Antriebswelle, Reibung im Antriebssystem, mechanisches Spiel im Antriebssystem, Trägheit im Antriebssystem und/oder Eigenschaften eines Hydrauliksystems, Elektromotors oder Verbrennungsmotors herangezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen wenigstens einen Betriebsparameter kann es sich somit um einen physikalischen Parameter einer Antriebsstrangkomponente oder eines Übertragungsmediums handeln, d. h. eine „Eigenschaft“ der Antriebsstrangkomponente bzw. des Antriebssystems. Bei dem wenigstens einen Betriebsparameter kann es sich somit um einen Parameter bzw. Koeffizienten in den Differentialgleichungen des dynamischen Modells handeln - im Gegensatz zu einer Zustandsgröße wie einer Leistung oder eines Drehmoments.
Bei dem wenigstens einen Betriebsparameter kann es sich z. B. also auch um eine Zeitkonstante für Drehmomentdynamik bzw. Drehzahldynamik oder eine Zeitkonstante für die Dynamik der Leistungsabgabe eines oder mehrerer Antriebe handeln. Beispielsweise kann eine Zeitkonstante für das Drehmoment bei einem Elektromotor auf Grundlage dessen ohmscher Widerstände und Induktivitäten in Verbindung mit der feldorientierten Regelung herangezogen werden. Auch rein mechanische Parameter, wie Dämpfung, Steifigkeit, Reibung, mechanisches Spiel / Lose und/oder Masse bzw. Trägheit eines Antriebssystems bzw. einer Komponente des Antriebssystems, können als Betriebsparameter herangezogen werden, wie vorstehend zum Teil bereits aufgelistet. Schließlich kann es sich bei dem wenigstens einen Betriebsparameter auch um eine Leckage eines Hydraulikmotors oder die Viskosität, Dichte bzw. Kompressibilität eines Hydraulikmediums handeln. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch den wenigstens einen Betriebsparameter Aggregategrenzen des Antriebssystems bzw. Komponenten des Antriebssystems (maximale bzw. minimale Drehzahl, Drehmoment oder Leistung) berücksichtigt werden.
Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass durch den wenigstens einen Betriebsparameter eine physikalische Eigenschaft einer Messeinrichtung zur Ermittlung einer Größe des Antriebssystems, beispielsweise eines Drehmomentes, eines Drehwinkels oder einer Drehzahl, berücksichtigt wird - insbesondere wenn diese physikalische Eigenschaft zu Ungenauigkeiten im Messsignal führt. Beispiele hierfür sind Einflüsse der Justage des Messsystems oder unterschiedliches Verhalten in verschiedenen Messbereichen.
Schwankungen des wenigstens einen Betriebsparameters lassen sich beispielsweise anhand von Konstruktionsdaten, Einsatzbedingungen, Simulationen und/oder Versuchsreihen abschätzen oder adaptieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass Zahlenwerte des wenigstens einen Betriebsparameters auf Basis von Verschleiß, Alterung, Verschmutzung, Schmierzustand, Temperatur, einer Betriebsfrequenz, einer Betriebsdrehzahl, eines Drehmoments und/oder eines Batterieladezustands des Antriebssystems bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken einbezogen werden.
In einer Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass die Parameterschranken für den wenigstens einen Betriebsparameter auf Basis von Verschleiß, Alterung, Verschmutzung, Schmierzustand, Temperatur, einer Betriebsfrequenz, einer Betriebsdrehzahl, eines Drehmoments und/oder eines Batterieladezustands des Antriebssystems bestimmt werden.
Vorzugsweise können im Fahrzeug typischerweise bereits vorhandene Sensoren genutzt werden. Dies betrifft zum Beispiel ABS-Raddrehzahlsensoren und Rotorlagegeber eines Elektromotors bzw. Drehwinkelsensoren eines Verbrennungsmotors. Gegebenenfalls können aber auch zusätzliche Sensoren, beispielsweise zur Erfassung mechanischer Drehmomente, verbaut werden; dies ist aus Kostengründen allerdings nicht zu bevorzugen.
Das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Luftspaltmoment wird typischerweise nicht direkt gemessen. Informationen über die momentane Drehmomentdynamik sind meist nicht vorhanden. Dies betrifft auch Ungenauigkeiten im Luftspaltmoment durch Temperatur oder Sättigungseffekte des Elektromotors. Zudem beeinflussen Spannungs- bzw. Stellreserven minimale und maximale Drehzahlen des Elektromotors sowie die bei den höheren Drehzahlen möglichen minimalen und maximalen Drehmomente, insbesondere bei einem Betrieb im Feldschwächbereich. Entsprechende Betriebsparameterschwankungen können auch die momentane Drehmomentdynamik beeinflussen. Bei den Betriebsparameterschwankungen kann es sich ebenfalls um variierende Aggregategrenzen, wie minimale bzw. maximale Drehzahlen und/oder minimale bzw. maximale Drehmomente, handeln. Ebenso können die Betriebsparameterschwankungen Ungenauigkeiten in den Messsignalen von Messeinrichtungen zur Ermittlung von Größen des Antriebssystems beschreiben.
Wie vorstehend bereits aufgelistet, kann es sich bei einem Betriebsparameter auch um einen mechanischen Parameter, wie Steifigkeit bzw. Dämpfung von Wellen oder Kupplungen, handeln. Daneben sind auch Betriebsparameter in den Aufhängungen von Aggregaten oder Fahrwerk zu berücksichtigen, beispielsweise wenn Gehäuse elastisch im Fahrzeug gelagert sind. In Verbindung mit Anschlagsdämpfern können sich hierbei Schwankungen des Betriebsparameters ergeben. Ferner sind auch mechanische Reibung und Lose im Antriebssystem oft nur ungenau bekannt. Beeinflusst werden diese insbesondere durch Verschleiß, Alterungseffekte, Verschmutzung, Ablagerungen, Frequenzabhängigkeiten und/oder veränderte Schmierzustände.
Während Betriebsparameter, die sich nur langsam ändern, gegebenenfalls anderweitig adaptiert werden können (z. B. bei jeder Inbetriebnahme des Fahrzeugs oder in Leerlaufphasen eines Antriebs), vermögen dynamische bzw. sich schnell verändernde Betriebsparameter die Erkennung von Fehlern im Antriebssystem erschweren und können somit vorteilhaft im Sinne der Erfindung berücksichtigt werden. Es können erfindungsgemäß aber auch Betriebsparameter berücksichtigt werden, die sich nur langsam ändern.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Bestandteil des Antriebssystems ein hybrides Bremssystem mit mehreren Bremsen verwendet wird, wobei auf Basis zumindest eines Zahlenwerts wenigstens einer erfassten mechanischen Größe des Antriebssystems ein Aufteilungsfaktor bestimmt wird, um ein Sollbremsmoment durch Aufteilen der Bremsaufgabe auf die Bremsen zu erzeugen.
An Stelle eines hybriden Bremssystems kann auch ein herkömmliches Bremssystem vorgesehen sein.
Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft für ein Antriebssystem mit einem Bremssystem verwenden, da mit dem Antrieb und dem Bremssystem zumindest zwei Systeme vorliegen, die gleichzeitig Drehmomente auf die Fahrzeugräder bzw. Fahrzeugwelle(n) aufbringen können. Die Koordination der beiden Systeme kann dabei durch eine programmierbare elektronische Steuerung erfolgen. Eine genaue Umsetzung eines bremsenden Radmoments ist dabei unverzichtbar. Ist dieses im Hinblick auf den Bremswunsch des Fahrzeugführers betragsmäßig zu gering, so besteht eine hohe Unfallgefahr. Auch ein betragsmäßig zu hohes Bremsen birgt Gefahren, beispielsweise wenn dies unerwartet erfolgt oder das Bremsmoment nur an einem Fahrzeugrad entsteht und somit die Fahrstabilität negativ beeinflusst wird.
Es kann also vorgesehen sein, dass mit Hilfe eines der dynamischen Modelle oder Teilmodelle oder eines weiteren dynamischen Modells oder Teilmodells des Antriebssystems und mindestens einer am Antriebssystem ermittelten oder gemessenen Größe eine zweite Größe des Antriebssystems abgeschätzt wird, die bei einem mit Hilfe der ersten Größe und mindestens der ersten dynamischen Schranke erkannten fehlerfreien Betrieb des Antriebssystems zur Koordination mit mindestens einem weiteren System, beispielsweise dem Bremssystem benutzt wird. Hierdurch kann eine dynamische Aufteilung einer Anforderung des Fahrzeugführers oder einer Anforderung eines Fahrerassistenzsystems auf das Antriebssystem und das Bremssystem verteilt werden, wobei die Anforderung nahezu exakt eingehalten wird - verbunden mit hohem Fahrkomfort und hoher Fahrsicherheit.
Bei der ersten und der zweiten Größe kann es sich um dieselbe Größe handeln.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das hybride Bremssystem wenigstens eine Betriebsbremse, beispielsweise eine Schleifbremse, eine Reibungsbremse und/oder eine elektrische Widerstandsbremse, und wenigstens eine Dauerbremse, insbesondere eine Nutzbremse, aufweist.
In Kraftfahrzeugen werden meist hydraulische oder pneumatisch betätigte Reibungsbremsen als Betriebsbremsen eingesetzt. Bei Elektromotoren können auch Widerstandsbremsen als Betriebsbremsen vorgesehen sein. Nutzkraftwagen enthalten oft zusätzliche verschleißfreie Dauerbremsen (z. B. Motorbremsen und hydrodynamische oder elektromagnetische Retarder) für längere, verschleißfreie Beharrungsbremsungen. Diese sollen die Reibungsbremsen entlasten und somit deren Verschleiß reduzieren, aber auch eine sicherheitskritische Überhitzung der Reibungsbremsen vermeiden. Häufig sind die Dauerbremsen dabei als Nutzbremsen ausgebildet, wodurch ein rekuperatives Bremsen erfolgen kann, bei dem zumindest ein Teil der ursprünglichen Bewegungsenergie zurückgewonnen werden kann.
Hydraulikmotoren bzw. Elektromotoren können negative (bremsende) Drehmomente erzeugen, die betragsmäßig im Bereich der maximal positiven (antreibenden) Drehmomente liegen. Die bei negativen (bremsenden) Drehmomenten im Antriebssystem umgesetzte Bremsenergie kann dann in einen hydraulischen oder elektrischen Energiespeicher zurückgespeist werden. Diese Art der Nutzbremsung kann aus energetischen Gesichtspunkten bevorzugt sein und wird auch bei Personenkraftwagen zunehmend eingesetzt, beispielsweise unter Nutzung des Generators oder von Hydraulikmotoren bzw. Elektromotoren.
Die Erfindung kann also als vorteilhaftes Verfahren zum Nachweis einer fehlerfreien Umsetzung einer mechanischen Größe in einem Antriebssystem und insbesondere zur Koordination mit einem Bremssystem im nachgewiesenen fehlerfreien Fall verwendet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass ein periodischer Wechsel zwischen den Bremsen vorgenommen wird.
Die dynamische Aufteilung der Anforderung eines Fahrzeugführers oder der Anforderung eines Fahrerassistenzsystems auf das Antriebssystem und dessen Bremssystem kann somit betriebszustandsabhängig periodisch verändert werden. Hierdurch kann die Fehlererkennung des Antriebssystems verbessert sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, bei der Frequenz der periodischen Variation des Aufteilungsfaktors die Eigenfrequenzen des Antriebs und/oder momentane Drehzahlen im Antriebssystem zu berücksichtigen.
Hierdurch kann die Fehlerdetektion verbessert sein. Insbesondere können Fehler im Antriebssystem deutlich von Effekten getrennt werden, die durch Eigenschwingungen, Unwuchten bzw. Unrundheiten des Antriebssystems, wie beispielsweise einer ungleichmäßig abgenutzten Bremsscheibe, hervorgerufen werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen in Abhängigkeit der Höhe, der Dauer und/oder der Häufigkeit der Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken durch den zumindest einen Zahlenwert der wenigstens einen erfassten mechanischen Größe festgelegt werden.
Beispielsweise kann bei einer kurzzeitigen Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken ein Eintrag in einen Fehlerspeicher des Fahrzeugs erfolgen und/oder die Nutzung des Antriebssystems bzw. einer Nutzbremse zur Bremsenergierekuperation temporär eingeschränkt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen ein Abschalten des Antriebs, eine Verringerung einer Antriebsleistung, ein Unterbrechen eines Antriebsstrangs, ein Zuschalten wenigstens einer Bremse und/oder eine Anpassung des Aufteilungsfaktors umfassen.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass, wenn auf eine kurzzeitige Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken eine längere zeitliche Phase ohne Über- bzw. Unterschreitung folgt, ein zuvor vorgenommener Fehlereintrag aus einem Fehlerspeicher des Fahrzeugs wieder gelöscht wird und/oder dass eine temporäre Einschränkung der Bremsenergierekuperation zurückgenommen wird.
Es kann auch vorgesehen sein, das bei einer längerfristigen Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken die Nutzung des Antriebssystems bzw. einer Nutzbremse zur Bremsenergierekuperation gänzlich gesperrt wird, verbunden mit einem dauerhaften Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher des Fahrzeugs, der nur von einem Werkstattbetrieb zurückgesetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem, umfassend einen Antrieb, wenigstens eine Antriebswelle sowie eine Vorrichtung zur Handhabung von Fehlern in dem Antriebssystem gemäß der vorstehenden Beschreibung. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Einrichtung zur Erfassung zumindest eines Zahlenwerts wenigstens einer mechanischen Größe des Antriebssystems und eine Signalverarbeitungseinheit zur Ermittlung dynamischer Schranken für den jeweiligen Zahlenwert auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystems unter Einbeziehung von Schwankungen von Betriebsparametern des Antriebssystems. Die Signalverarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, einen Fehler in dem Antriebssystem zu erkennen, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer erfassten mechanischen Größe des Antriebssystems außerhalb der ermittelten dynamischen Schranken liegt. Nach einem erkannten Fehler werden Maßnahmen eingeleitet, wobei Parameterschranken für den wenigstens einen Betriebsparameter bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken einbezogen werden.
Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, können vorteilhaft auch für das Fahrzeug mit dem Antriebssystem verwendet werden - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, auch das Fahrzeug mit dem Antriebssystem betreffen - und umgekehrt.
Bei der Signalverarbeitungseinheit kann es sich um einen Mikroprozessor oder um eine sonstige beliebige Einrichtung zur Implementierung des Verfahrens handeln, beispielsweise um eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder einen handelsüblichen Computer.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein vorstehend beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einer Signalverarbeitungseinheit, insbesondere als Teil eines Fahrzeugs, ausgeführt wird.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe, wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“, keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Schritten oder Merkmalen aus.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Erfindung grundsätzlich bei einem zentralen Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann, bei dem wenigstens ein Antrieb bzw. Antriebsaggregat über Wellen, Getriebe bzw. Ausgleichsgetriebe zwei oder mehrere Antriebsräder antreibt. Zur Vereinfachung wird im Ausführungsbeispiel von einem Einzelradantrieb ausgegangen; d. h. ein Antrieb - zum Beispiel ein Elektromotor - treibt ein einzelnes Antriebsrad an. Dies ist allerdings nicht beschränkend zu verstehen und soll nur der vereinfachten Beschreibung der Erfindung dienlich sein.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem beispielhaften Antriebssystem;
2 einen beispielhaften Verlauf eines Elektromotor-Sollmoments über die Zeit in einem fehlerfreien Fall;
3 einen beispielhaften Verlauf eines Relativverdrehwinkels über die Zeit in einem fehlerfreien Fall;
4 einen beispielhaften Verlauf eines Elektromotor-Sollmoments über die Zeit in einem fehlerhaften Fall;
5 einen beispielhaften Verlauf eines Relativverdrehwinkels über die Zeit in einem fehlerhaften Fall;
6 einen beispielhaften Verlauf eines Elektromotor-Sollmoments und eines Gesamtsollmoments über die Zeit in einem fehlerfreien Fall bei einer Koordination mit einem Bremssystem;
7 einen beispielhaften Verlauf eines Relativverdrehwinkels über die Zeit in einem fehlerfreien Fall bei einer Koordination mit einem Bremssystem;
8 einen beispielhaften Verlauf eines Elektromotor-Sollmoments und eines Gesamtsollmoments über die Zeit in einem fehlerhaften Fall bei einer Koordination mit einem Bremssystem; und
9 einen beispielhaften Verlauf eines Relativverdrehwinkels über die Zeit in einem fehlerhaften Fall bei einer Koordination mit einem Bremssystem.

1 zeigt ein Fahrzeug in Ausbildung als beispielhaftes Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebssystem 2 bzw. mit einem der Einzelradantriebe des Kraftfahrzeugs 1.
Der Antrieb erfolgt üblicherweise über ein zwischen dem Antrieb, vorliegend ein Elektromotor 3, und einem Antriebsrad 4 liegendes (nicht dargestelltes) Getriebe. Das Getriebe hat meist eine feste Übersetzung, so dass bei stillstehendem Antriebsrad 4 auch der Rotor des Elektromotors 3 stillsteht. Mathematisch lassen sich Trägheitsmomente, Drehmomente, Winkelgeschwindigkeiten etc. zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang umrechnen bzw. reduzieren. Mit einer entsprechenden Umrechnung lässt sich das Getriebe herausrechnen und es entsteht ein Direktantrieb. Der einfacheren Darstellung und Beschreibung halber wird nachfolgend von einem Direktantrieb ausgegangen, d. h. der Elektromotor 3 ist über eine elastische Antriebswelle 5 direkt mit dem Antriebsrad 4 gekoppelt. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen.
Bei dem Verfahren zur Handhabung von Fehlern in dem Antriebssystem 2 ist vorgesehen, dass ein Fehler in dem Antriebssystem 2 erkannt wird, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer nachfolgend noch beschriebenen erfassten mechanischen Größe des Antriebssystems 2 außerhalb nachfolgend noch beschriebener dynamischer Schranken liegt, wonach im Falle eines erkannten Fehlers Maßnahmen eingeleitet werden.
Dabei ist vorgesehen, dass die dynamischen Schranken auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystem 2 unter Einbeziehung von Schwankungen wenigstens eines nachfolgend noch beschriebenen Betriebsparameters des Antriebssystems 2 ermittelt werden, wobei nachfolgend noch beschriebene Parameterschranken für den wenigstens einen Betriebsparameter bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken einbezogen werden.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die dynamischen Schranken kontinuierlich während des Betriebs des Antriebssystems 2 ermittelt werden.
Der Antrieb kann einen Verbrennungsmotor, einen Hydraulikmotor und/oder den dargestellten Elektromotor 3 umfassen. Bevorzugt eignet sich die Erfindung zur Verwendung mit einem hybriden Antriebssystem.
Es kann vorgesehen sein, dass als Bestandteil des Antriebssystems 2 ein Bremssystem, vorzugsweise ein hybrides Bremssystem mit mehreren Bremsen 6, verwendet wird, wobei auf Basis zumindest eines Zahlenwerts wenigstens einer erfassten mechanischen Größe des Antriebssystems 2 ein Aufteilungsfaktor α bestimmt wird, um ein Sollbremsmoment M_{Br Soll} durch Aufteilen der Bremsaufgabe auf die Bremsen 6 zu erzeugen.
Das Bremssystem kann wenigstens eine Betriebsbremse 6, beispielsweise eine Schleifbremse, eine Reibungsbremse, eine elektrische Widerstandsbremse und/oder wenigstens eine Dauerbremse, insbesondere eine Nutzbremse, aufweisen. Die Dauerbremse kann Teil des Antriebs, beispielsweise des Elektromotors 3, sein.
Die zur Erstellung eines dynamischen Modells des Antriebssystems 2 erforderlichen Zusammenhänge werden nachfolgend erläutert.
Der Rotor des Elektromotors 3 besitzt das Trägheitsmoment J_EIM, welches ggf. zusätzlich Masseträgheiten der rotierenden Getriebeteile enthält. Auf den Rotor des Elektromotors 3 wirkt ein durch Magnetkräfte hervorgerufenes Luftspaltmoment M_{EIM L}. Lagerreibung, Luftreibung usw. des Elektromotors 3 und gegebenenfalls eines Getriebes sind vereinfacht als lineare Dämpfung mit der Dämpfungskonstante d_EIM dargestellt.
Die elastische Antriebswelle 5 ist als lineare Drehfeder und linearer Drehdämpfer mit der Federsteifigkeit C_We und der (Material-) Dämpfungskonstante d_We dargestellt. Spiel bzw. mechanische Lose der homokinetischen Gelenke, der Antriebswelle 5 und gegebenenfalls eines Getriebes werden mit der Lose Δφ_L erfasst.
Der Reifen des Antriebsrades 4 wird in einen mit der Radfelge gekoppelten Teil sowie den Reifengürtel aufgetrennt. Die Größe J_Rad beschreibt das Trägheitsmoment der Radfelge mit dem angekoppelten Teil des Reifens, J_RG ist das Trägheitsmoment des Reifengürtels. Zwischen beiden Trägheiten J_Rad, J_RG wirken die lineare rotatorische Steifigkeit c_RSW und die lineare Dämpfung d_RSW der Reifenseitenwand. Die Radfelge und der angekoppelte Teil des Reifens rotieren mit der Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad, der Reifengürtel mit der Winkelgeschwindigkeit ω_RG. Der Reifen-Fahrbahnkontakt wird mittels einer Reifenkennlinie beschrieben, welche einen Längskraftbeiwert µ in Abhängigkeit eines Längsschlupfes λ kennzeichnet. Der Längsschlupf λ beim Bremsen berechnet sich dabei aus der Winkelgeschwindigkeit ω_RG des Reifengürtels, dem dynamischen Reifenhalbmesser r_dyn sowie der translatorischen Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg gemäß dem Zusammenhang λ = (V_Fzg - r_dyn·ω_RG) / v_Fzg. Der Längskraftbeiwert µ kennzeichnet das Verhältnis zwischen einer im Reifen-Fahrbahnkontakt wirkenden Reifen-Längskraft F_RL und der Reifenaufstandskraft F_z gemäß dem Zusammenhang µ = F_RL / F_z.
Als Fahrwiderstandskraft F_W wirken der Roll-, Luft- und ggf. der Steigungswiderstand. Das Kraftfahrzeug 1 besitzt die Fahrzeugmasse m_Fzg. Die Differenz zwischen Reifen-Längskraft F_RL und einer dem Antriebsrad 4 anteilig zugeordneten Fahrwiderstandskraft beschleunigt eine dem Antriebsrad 4 anteilig zugeordnete Fahrzeugmasse.
Der Rotor des Elektromotors 3 rotiert mit der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM. Das Antriebssystem 2 ist schwach gedämpft und neigt zu Drehschwingungen. Eine aktive Schwingungsdämpfung kann durch Aufschaltung der Differenz zwischen Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM und Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad auf das Elektromotor-Sollmoment M_{EIM Soll} erzielt werden. Dies erfolgt über den Verstärkungsfaktor K_d.
Das Luftspaltmoment M_EIM _L folgt einem Sollwert M_EIM _L _Soll aufgrund von maschineninternen Induktivitäten nur verzögert. Das Übertragungsverhalten G_EIM, d. h. die Drehmomentdynamik des Elektromotors 3, kann näherungsweise durch ein PT₁-Glied beschrieben werden. Das Übertragungsverhalten G_EIM bzw. die Drehmomentdynamik verringert sich in Verbindung mit einer Stellgrößenbegrenzung, wie oben beschrieben. Näherungsweise lässt sich die Drehmomentdynamik des Elektromotors 3 folgendermaßen darstellen: $T_{E l M} \cdot {\dot{M}}_{E l M L} + M_{E l M L} = M_{E l M L S o l l} .$
Infolge von Stellgrößenbegrenzungen kann sich die Zeitkonstante T_EIM während des Betriebs dynamisch innerhalb eines Bereichs $T_{E l M M i n} \leq T_{E l M} \leq T_{E l M M a x}$
zwischen einer konstanten unteren Parameterschranke T_{EIM Min} und einer konstanten oberen Parameterschranke T_{EIM Max} ändern.
Das Luftspaltmoment M_EIM _L wirkt auf den Rotor des Elektromotors 3 und führt zu einer Torsion bzw. zu einem Relativverdrehwinkel Δφ der elastischen Antriebswelle 5. Der Relativverdrehwinkel Δφ ergibt sich aus der Differenz des Drehwinkels des Elektromotors 3 und des Drehwinkels des Antriebsrades 4 bzw. den aufintegrierten Winkelgeschwindigkeiten: $Δ \dot{φ} = ω_{E l M} - ω_{R a d} .$
Der Rotor des Elektromotors 3 erfährt zusätzlich zu dem Luftspaltmoment M_EIM _L das rückwirkende Drehmoment der tordierten Antriebswelle 5 mit der Federsteifigkeit C_We und der Dämpfungskonstante d_We, sowie ein Reibmoment, charakterisiert durch die Dämpfungskonstante d_EIM: $J_{E l M} {\dot{ω}}_{E l M} = - d_{E l M} ω_{E l M} - d_{W e} (ω_{E l M} - ω_{R a d}) - c_{W e} Δ φ + M_{E l M L} .$
Der Einfachheit halber ist die Lose Δφ_L in Gleichung (4) vernachlässigt. Zur Erläuterung der Erfindung wird im Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass auch die Dämpfungskonstante d_We im Betrieb nicht konstant bleibt, beispielsweise da sich die Werkstoffdämpfung nichtlinear verhalten kann und die Dämpfungskonstante d_We ggf. von der Frequenz der Torsionsbewegungen abhängt. Demzufolge wird angenommen, dass sich die Dämpfungskonstante d_We während des Betriebs dynamisch innerhalb des Bereichs: $d_{W e M i n} \leq d_{W e} \leq d_{W e M a x}$
mit konstanter unterer Parameterschranke d_We _Min und konstanter oberer Parameterschranke d_{We Max} bewegt.
Ebenso bewegt sich die lineare Federsteifigkeit c_We der Antriebswelle 5 während des Betriebs innerhalb eines Bereiches $c_{W e M i n} \leq c_{W e} \leq c_{W e M a x}$
mit konstanter unterer Parameterschranke c_We _Min und konstanter oberer Parameterschranke c_We _Max, beispielsweise weil die reale Antriebswelle 5 keine exakt lineare Federsteifigkeit aufweist.
Mit entsprechenden Ansätzen können Parameterschranken für weitere Betriebsparameter vorgegeben werden, beispielsweise für die Reibung des Elektromotors 3, dargestellt durch die Dämpfungskonstante d_EIM oder für die Lose Δφ_L. Ebenso lassen sich Aggregategrenzen behandeln, wie dynamisch variierende Minimal- und Maximalmomente des Elektromotors 3. Die Drehzahlabhängigkeit entsprechender Aggregategrenzen ist meist vorab bekannt, nicht aber eine dynamische Reaktion der Aggregategrenzen auf Spannungseinbrüche oder ähnliche Effekte. Auch Elastizitäten in Aggregatelagerungen oder elastokinematischen Radaufhängungen lassen sich durch entsprechende Parameterschranken in den im Folgenden beschriebenen dynamischen Modellen berücksichtigen. Typischerweise werden Gummilager eingesetzt, die eine hohe Nichtlinearität besitzen - daneben können zusätzliche Anschläge die Betriebsparameter dynamisch verändern.
Das Wellenmoment bzw. Drehmoment M_We der tordierten Antriebswelle 5 wirkt auf das Antriebsrad 4 und ist für die Koordination mit dem Bremssystem 6 wichtig. Dabei wirkt ein positives Drehmoment M_We in die Vorwärtsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 antreibend. Typischerweise wird das Drehmoment M_We nicht direkt gemessen. Zu dessen Erfassung kann beispielsweise ein Beobachter eingesetzt werden.
Es kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die wenigstens eine mechanische Größe durch Messung, Berechnung, Verwendung eines Schätzers und/oder Verwendung eines Beobachters erfasst wird.
Als mechanische Größe des Antriebssystems 2 für einen Vergleich mit einer oder mehreren dynamischen Schranke(n) zwecks Fehlererkennung kann ein gemessener Relativverdrehwinkel Δφ oder ein beobachteter Relativverdrehwinkel Δφ_Obs der Antriebswelle 5 vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend dazu kann als mechanische Größe ein beobachtetes Drehmoment M_{We Obs} oder ein abgeschätztes bzw. berechnetes Luftspaltmoment M_{EIM L Calc} für einen Vergleich vorgesehen sein. Es können auch Vergleiche mehrerer Größen mit den zugehörigen dynamischen Schranken gleichzeitig vorgesehen sein oder es erfolgt eine vom Betriebszustand des Antriebssystem 2 abhängige Auswahl, welche mechanische Größe(n) M_{We Obs}, M_EIM _LCalc, Δφ, Δφ_Obs zum Vergleich für die Fehlererkennung herangezogen werden.
Der Relativverdrehwinkel Δφ lässt sich gemäß Gleichung (3) durch Aufintegrieren der Differenz zwischen der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM und der Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad ermitteln. Dabei wirkt sich nachteilig aus, dass ein Anfangswert für den Relativverdrehwinkel Δφ meist nicht bekannt ist und Messfehler ebenfalls mit aufintegriert werden. Im Ausführungsbeispiel wird daher ein Beobachteransatz für einen Teil des in 1 dargestellten Kraftfahrzeugs 1 entsprechend Gleichung (3) und Gleichung (4) eingesetzt. Ein beobachteter Relativverdrehwinkel Δφ_Obs - dieser entspricht der vorstehend beschriebenen „ersten Größe“ bzw. „mechanischen Größe“ des Antriebssystems 2 - wird in der nachfolgenden Gleichung (7) mit einem zusätzlichen Term bzw. einem Verstärkungsfaktor K_Obs1 versehen, entsprechend einer Beobachterrückführung. Der Verstärkungsfaktor K_Obs1 ist betragsmäßig klein gewählt, somit ergibt sich ein in geringem Maße stabilisierender Effekt, welcher den beobachteten Relativverdrehwinkel Aφ_Obs im fehlerfreien Betrieb des Antriebssystems 2 an den realen Relativverdrehwinkel Δφ heranführt und Messfehler bzw. einen nicht korrekten Anfangswert ausgleicht. Durch Berücksichtigung der gemessenen bzw. an dem realen Antriebssystem 2 ermittelten Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM und der gemessenen bzw. am realen Antriebssystem 2 ermittelten Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad in Gleichung (7) ist ein realer Fehlerfall im zeitlichen Verlauf des beobachteten Relativverdrehwinkels Δφ_Obs erkennbar: $Δ {\dot{φ}}_{O b s} = ω_{E l m} - ω_{R a d} - K_{O b s 1} (ω_{E l M O b s} - ω_{E l M}) .$
Bei einem Fehlerfall des realen Antriebssystems 2 stimmen die Annahmen für das dynamische Verhalten des Antriebssystems innerhalb des Beobachters nicht mehr mit dem realen Antriebssystem 2 überein. Somit kann eine Abweichung zwischen dem beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs und dem realen Relativverdrehwinkel Δφ entstehen.
Für eine beobachtete Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM _Obs gilt mit der Beobachterrückführung bzw. dem Verstärkungsfaktor K_Obs2: $\begin{matrix} J_{E l M} {\dot{ω}}_{E l M O b s} = - d_{E l M} ω_{E l M O b s} - d_{W e N o m} (ω_{E l M O b s} - ω_{R a d}) \\ - c_{W e N o m} Δ φ_{O b s} + M_{E l M L O b s} \\ - K_{O b s 2} (ω_{E l M O b s} - ω_{E l M}) . \end{matrix}$
Die Verstärkungsfaktoren K_Obs1 und K_Obs2 werden so gewählt, dass die Abweichung zwischen den beobachteten Größen und den am realen Antriebssystem ermittelten Größen, d. h. der Beobachtungsfehler, stabil ist. Gegebenenfalls sind noch weitere Terme zu berücksichtigen. Für die variierende Dämpfungskonstante d_We der Antriebswelle 5 wird in Gleichung (8) ein konstanter nominaler Wert d_We _Nom angenommen, welcher zwischen den entsprechenden Parameterschranken d_{We Min}, d_{We Max} liegt, wie bereits in Gleichung (5) für die Dämpfungskonstante d_We dargestellt.
Ebenso wird für die variierende Federsteifigkeit C_We der Antriebswelle 5 ein konstanter nominaler Wert C_We _Nom angenommen, welcher zwischen den konstanten Parameterschranken c_{We Min}, c_{We Max} gemäß Gleichung (6) liegt.
Dem Beobachter wird im Ausführungsbeispiel der am realen Antriebsystem 2 ermittelte Luftspaltmoment-Sollwert M_{EIM L Soll} zugeführt. Aus diesem berechnet sich das Luftspaltmoment M_{EIM L Obs} des Beobachtermodells. Für die variierende Zeitkonstante T_EIM wird ein konstanter nominaler Wert T_EIM _Nom angenommen, der zwischen den konstanten Parameterschranken T_EIM _Min, T_{EIM Max} gemäß Gleichung (2) liegt.
Für das in Gleichung (8) enthaltene Luftspaltmoment M_{EIM L Obs} des Beobachtermodells gilt dann auf Basis von Gleichung (1): $T_{E l M N o m} \cdot {\dot{M}}_{E l M L O b s} + M_{E l M L O b s} = M_{E l M L S o l l} .$
Das Luftspaltmoment M_{EIM L Obs} wird zudem auf einen Bereich zwischen Minimal- und Maximalmoment des Elektromotors 3 limitiert.
Ein beobachtetes Drehmoment M_{We Obs} wird aus dem beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs der elastischen Antriebswelle 5, der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM und der Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad berechnet: $M_{W e O b s} = d_{W e N o m} (ω_{E l M} - ω_{R a d}) + c_{W e N o m} Δ φ_{O b s} .$
Ein abgeschätztes bzw. berechnetes Luftspaltmoment M_{EIM L Calc} lässt sich mit Hilfe der Beobachterkorrektur aus Gleichung (8) ermitteln: $M_{E l M L C a l c} = M_{E l M L O b s} - K_{O b s 2} (ω_{E l M O b s} - ω_{E l M}) .$
Für den beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs wird eine dynamische obere Schranke Δφ_UpLim berechnet. Dazu erfolgt die Nachbildung eines Teils des Antriebssystems 2 mitsamt der aktiven Schwingungsdämpfung. Das dynamische Modell erhält im Ausführungsbeispiel das am realen Antriebsystem 2 ermittelte Elektromotor-Sollmoment M_EIM _Soll. Zu diesem wird die Differenz zwischen modellierter Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM _UpLim und der am realen Antriebssystem 2 ermittelten Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad addiert, multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor K_d: $M_{E l M L S o l l U p L i m} = - K_{d} \cdot (ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d}) + M_{E l M S o l l} .$
Bei Zentralantrieben mit mehreren angetriebenen Antriebsrädern 4 kann die Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad beispielsweise durch Mittelung der Signale der ABS-Raddrehzahlsensoren ermittelt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim für den beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs die Schwankungen der Betriebsparameter T_EIM, d_We, C_We des realen Antriebssystems 2 berücksichtigt. Ziel ist dabei, dass der beobachtete Relativverdrehwinkel Δφ_Obs im fehlerfreien Betrieb die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim nicht überschreitet. Bei einer Überschreitung wird ein Fehler im Antriebssystem 2 erkannt. Die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim begrenzt somit einen im fehlerfreien Betrieb zulässigen Bereich. Vorzugsweise kann die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit zunehmen und mit betragsmäßig geringer Abfallgeschwindigkeit abnehmen.
Im Ausführungsbeispiel wird hierzu die Zeitkonstante T_EIM _UpLim des Elektromotors 3 entsprechend umgeschaltet. Bei ansteigender oberer Schranke M_EIM _L _UpLim für das Luftspaltmoment M_EIM _L wird die kleinste Zeitkonstante T_{EIM Min} genutzt, um die maximal mögliche Anstiegsgeschwindigkeit zu erreichen. Bei abfallender oberer Schranke M_EIM _L _UpLim für das Luftspaltmoment M_EIM _L wird die größte Zeitkonstante T_EIM _Max eingestellt. Auf diese Weise können die Parameterschranken T_EIM _Min, T_EIM _Max vorteilhaft in die Ermittlung der dynamischen oberen Schranke M_EIM _L _UpLim mit einbezogen werden. Die Drehmomentdynamik des Elektromotors 3 wird mit Hilfe eines PT₁-Gliedes beschrieben. Umgeformt erfüllt die folgende Gleichung die oben beschriebenen Bedingungen: ${\dot{M}}_{E l M L U p L i m} = max (\frac{M_{E l M L S o l l U p L i m} - M_{E l M L U p L i m}}{T_{E l M M i n}}, \frac{M_{E l M L S o l l U p L i m} - M_{E l M L U p L i m}}{T_{E l M M a x}}) .$
Die so ermittelte dynamische obere Schranke M_EIM _L _UpLim für das Luftspaltmoment M_{EIM L} wird anschließend auf einen Bereich zwischen Minimal- und Maximalmoment des Elektromotors 3 limitiert.
Die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim und die Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM _UpLim des dynamischen Modells werden vorzugsweise wie folgt ermittelt: $Δ {\dot{φ}}_{U p L i m} = ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d}$
$\begin{array}{l} J_{E l M} {\dot{ω}}_{E l M U p L i m} = - d_{E l M} ω_{E l M U p L i m} \\ + max (- d_{W e M a x} (ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d}), - d_{W e M i n} (ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d})) \\ + max (- c_{W e M a x} Δ φ_{U p L i m}, - c_{W e M i n} Δ φ_{U p L i m}) + M_{E l M L U p L i m} . \end{array}$
Im Ausführungsbeispiel variieren die Dämpfungskonstante d_We und die Federsteifigkeit c_We der Antriebswelle 5 während des Betriebs. Die Maximum-Operatoren mit den konstanten oberen und unteren Parameterschranken d_We _Max, d_We _Min, c_{We Max}, c_{We Min} in Gleichung (15) sorgen dafür, dass die Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM _UpLim des dynamischen Modells und damit auch die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim mit hoher Anstiegsgeschwindigkeit zunimmt und mit betragsmäßig geringer Abfallgeschwindigkeit abnimmt.
Zusätzlich kann ein konstanter oder betriebszustandsabhängiger, positiver Offset die dynamische obere Schranke Δφ_UpLim in die positive Richtung verschieben, um nicht modellierte Effekte wie z. B. die im realen Antriebssystem 2 vorhandene Lose Δφ_L zu berücksichtigen. Dies betrifft auch Ungenauigkeiten im Luftspaltmoment M_EIM _L durch Temperatureffekte oder Sättigungseffekte in dem Elektromotor 3.
Eine dynamische obere Schranke M_We _UpLim für das beobachtete Drehmoment M_{We Obs} lässt sich nach derselben Vorgehensweise ermitteln: $\begin{array}{l} M_{W e U p L i m} = max (d_{W e M a x} (ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d}), d_{W e M i n} (ω_{E l M U p L i m} - ω_{R a d})) \\ + max (c_{W e M a x} Δ φ_{U p L i m}, c_{W e M i n} Δ φ_{U p L i m}) + Δ M_{W e U p L i m} . \end{array}$
Das konstante oder betriebszustandsabhängige positive Offsetmoment ΔM_We _UpLim verschiebt die dynamische obere Schranke M_We _UpLim in die positive Richtung, um auch nicht modellierte Effekte zu berücksichtigen.
Analog zur dynamischen oberen Schranke Δφ_UpLim wird im Ausführungsbeispiel eine dynamische untere Schranke Δφ_LoLim für den beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs ermittelt, welche die dynamischen Parameterschwankungen des realen Antriebssystems berücksichtigt. Dazu werden die Maximum-Operatoren in den Gleichungen (13), (15) und (16) durch Minimum-Operatoren ersetzt. Die dynamische untere Schranke Δφ_LoLim nimmt dann mit geringer Anstiegsgeschwindigkeit zu und mit betragsmäßig großer Abfallgeschwindigkeit ab. Ein konstanter oder betriebszustandsabhängiger, negativer Offset verschiebt die dynamische untere Schranke Δφ_LoLim, in die negative Richtung, um Ungenauigkeiten auszugleichen. Ebenso lassen sich eine dynamische untere Schranke M_We _LoLim für das beobachtete Drehmoment M_{We Obs} sowie eine dynamische untere Schranke M_EIM _L _LoLim für das Luftspaltmoment M_EIM _L nach derselben Vorgehensweise ermitteln.
Es kann also vorgesehen sein, dass die Schwankungen des wenigstens einen Betriebsparameters T_EIM, d_We, c_We innerhalb der Parameterschranken T_EIM _MIN, T_EIM _Max, d_We _Min, d_We _Max, C_We _Min, C_We _Max derart bestimmt werden, dass die dynamischen Schranken M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim wenigstens einen Extremwert, vorzugsweise jeweils ein Maximum und ein Minimum, aufweisen.
Grundsätzlich kann als wenigstens eine mechanische Größe u. a. ein absoluter oder relativer Verdrehwinkel Δφ der Antriebswelle 5, eine Drehzahl der Antriebswelle 5, ein Drehmoment M_We der Antriebswelle 5, ein hydraulischer Volumenstrom, ein hydraulischer Druck und/oder ein Luftspaltmoment M_EIM _L des Elektromotors 3 verwendet werden.
Als wenigstens ein Betriebsparameter kann u. a. eine physikalische Eigenschaft des Antriebssystems 2, vorzugsweise eine Drehmomentdynamik des Antriebs 3, eine Dämpfung d_We der Antriebswelle 5, eine Steifigkeit C_We der Antriebswelle 5, Reibung im Antriebssystem 2, mechanisches Spiel im Antriebssystem 2, Trägheit im Antriebssystem 2 und/oder Eigenschaften eines Hydrauliksystems oder Elektromotors 3 herangezogen werden.
Schließlich kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass Zahlenwerte des wenigstens einen Betriebsparameters T_EIM, d_We, c_We und/oder dass die Parameterschranken T_EIM _Min, T_EIM _Max, d_We _Min, d_We _Max, C_We _Min, C_We _Max für den wenigstens einen Betriebsparameter T_EIM, d_We, c_We auf Basis von Verschleiß, Alterung, Verschmutzung, Schmierzustand, Temperatur, einer Betriebsfrequenz, einer Betriebsdrehzahl, einem Drehmoment und/oder einem Batterieladezustand des Antriebssystems 2 bestimmt und die Ermittlung der dynamischen Schranken M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim einbezogen werden.
Ein fehlerfreier Betrieb wird erkannt, wenn der beobachtete Relativverdrehwinkel Δφ_Obs innerhalb der dynamischen Schranken Δφ_LoLim, Δφ_UpLim liegt und/oder wenn das beobachtete Drehmoment M_{We Obs} innerhalb der dynamischen Schranken M_We _LoLim, M_We _UpLim liegt und/oder wenn das abgeschätzte bzw. berechnete Luftspaltmoment M_{EIM L Calc} innerhalb der dynamischen Schranken M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim liegt.
Bei Über- bzw. Unterschreiten einer dynamischen Schranke M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim wird ein Fehlerfall des Antriebssystems 2 detektiert und es werden Gegenmaßnahmen eingeleitet, die von der Höhe, Dauer und/oder Häufigkeit der Über- bzw. Unterschreitungen abhängen. Beispielsweise erfolgt bei kurzzeitiger Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranke(n) M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim ein Eintrag in einen Fehlerspeicher und die Nutzung des Antriebs 3 als Teil des hybriden Bremssystems zur Bremsenergierekuperation wird temporär eingeschränkt. Dies erfolgt beispielsweise durch Verändern eines Aufteilungsfaktors α, der im Folgenden noch beschrieben ist. Folgt auf die kurzzeitige Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranke M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim eine längere zeitliche Phase ohne Über- bzw. Unterschreitung, so wird der Fehlereintrag gelöscht und die temporäre Einschränkung der Bremsenergierekuperation wieder zurückgenommen. Bei einer längerfristigen Über- bzw. Unterschreitung wird die Nutzung des Elektromotors 3 zur Bremsenergierekuperation gänzlich gesperrt, verbunden mit einem dauerhaften Fehlereintrag, der nur von einem Werkstattbetrieb zurückgesetzt werden kann.
Es kann also vorgesehen sein, dass die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen in Abhängigkeit der Höhe, der Dauer und/oder der Häufigkeit der Über- bzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim durch den zumindest einen Zahlenwert der zumindest einen erfassten mechanischen Größe M_{We Obs}, M_EIM _L Calc, Δφ, Δφ_Obs festgelegt werden.
Die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen können ein Abschalten des Antriebs 3, eine Verringerung einer Antriebsleistung, ein Unterbrechen eines Antriebsstrangs, ein Zuschalten wenigstens einer Bremse 6 und/oder eine Anpassung des Aufteilungsfaktors α umfassen.
Die 2 und 3 zeigen beispielhaft Simulationsergebnisse für den Übergang von einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit v_Fzg in einen Verzögerungsvorgang des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend 1 mit einer vorstehend beschriebenen Fehlerdetektion. Die Verzögerung des Kraftfahrzeuges 1 erfolgt durch rampenförmige Abnahme des Elektromotor-Sollmoments M_EIM _Soll. Das Betriebsbremssystem 6 wird hierbei nicht genutzt, für die Antriebsradbremse gilt das Sollbremsmoment M_{Br Soll} = 0. Somit entspricht das Radmoment M_Rad dem Drehmoment M_We der Antriebswelle 5.
In 2 dargestellt sind die Verläufe des Elektromotor-Sollmoments M_EIM _Soll sowie des Drehmoments M_We über der Zeit. Das Drehmoment M_We ist im Rahmen der Simulationen als Vergleichsgröße verfügbar, wird aber am realen Antriebssystem 2 typischerweise nicht direkt gemessen. Das Drehmoment M_We folgt dem Elektromotor-Sollmoment M_{EIM Soll} verzögert, da zunächst die Antriebswelle 5 tordiert. Ein Teil des Luftspaltmoments M_{EIM L} des Elektromotors 3 ist erforderlich, um das Rotor-Trägkeitsmoment J_EIM des Elektromotors 3 zu verzögern. Daher entsteht eine Differenz zwischen Elektromotor-Sollmoment M_{EIM Soll} und Drehmoment M_We der Antriebswelle 5 während des Verzögerungsvorgangs. Während der Simulation werden die Betriebsparameter T_EIM, d_We, c_We des Antriebssystems 2 innerhalb der Parameterschranken T_{EIM Min}, T_{EIM Max}, d_{We Min}, d_We _Max, c_{We Min}, c_{We Max} entsprechend den Gleichungen (2), (5) und (6) variiert. Im Antriebssystem 2 liegt kein Fehler vor.
In 3 dargestellt sind die zeitlichen Verläufe des beobachteten Relativverdrehwinkels Δφ_Obs und der dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim. Der Nachweis der fehlerfreien Umsetzung des Luftspaltmoments M_EIM _L bzw. des Drehmoments M_We erfolgt dadurch, dass der beobachtete Relativverdrehwinkel Δφ_Obs innerhalb eines Bereichs liegt, der von den dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim begrenzt wird.
Mit betragsmäßigem Ansteigen der dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim erhöht sich auch der dazwischenliegende Bereich. Dies steht in Zusammenhang mit den Maximum-Operatoren in den Gleichungen (13) und (15) zur Ermittlung der dynamischen oberen Schranke Δφ_UpLim beziehungsweise den entsprechenden Minimum-Operatoren zur Ermitlung der dynamischen unteren Schranke Δφ_LoLim. Auf diese Weise werden Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters T_EIM, d_We, c_We des realen Antriebssystems 2 berücksichtigt.
Die 4 und 5 zeigen Simulationsergebnisse eines Fahrmanövers entsprechend den 2 und 3. Hierbei wurde allerdings beispielhaft angenommen, dass der Elektromotor 3 das Luftspaltmoment M_EIM _L nur zu 70% umsetzt. Gründe hierfür können z. B. in einem Justagefehler eines Rotorlagegebers liegen, in einer teilweise fehlerhaften Entmagnetisierung von Permanentmagneten oder in erhöhter Reibung aufgrund eines mechanischen Defekts. Es ist deutlich zu erkennen, dass der beobachtete Relativverdrehwinkel Δφ_Obs den Bereich verlässt, welcher von den dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim begrenzt wird. Hierdurch kann schließlich der Nachweis einer fehlerhaften Umsetzung des Luftspaltmoments M_{EIM L} bzw. des Drehmoments M_We erfolgen.
Das beschriebene Verfahren verbessert somit die Qualität der Fehlerdetektion, indem Schwankungen der Betriebsparameter T_EIM, d_We, c_We zusätzlich berücksichtigt werden. Für die Betriebsparameter T_EIM, d_We, C_We werden Parameterschranken T_{EIM Min}, T_{EIM max}, d_{We Min}, d_{We Max}, c_{We Min}, c_{We Max} vorgegeben, innerhalb deren Grenzen sich die Betriebsparameter T_EIM, d_We, c_We typischerweise bei einem fehlerfreien Antriebssystem bewegen. Variierendes Verhalten des Antriebssystems 2 infolge von Parameterschwankungen lässt sich somit sehr gut von fehlerhaftem Verhalten des Antriebssystems 2 trennen. Dies verbessert die Trennschärfe der Fehlerdetektion erheblich.
Das beschriebene Verfahren kann zur Koordination mit einem Bremssystem verwendet werden.
Der Grundgedanke einer solchen Weiterbildung besteht darin, ein am realen Antriebssystem 2 entstehendes Drehmoment zur Koordination mit einem Bremssystem zu nutzen. Wie bereits erläutert, werden bei Fahrzeuganwendungen mechanische Drehmomente meist nicht direkt gemessen und müssen beobachtet werden. Der Beobachter geht dabei von einem fehlerfreien Antriebsstrang bzw. Antriebssystem 2 aus. Bei einem Fehlerfall im realen Antriebssystem 2 stimmen die Werte eines beobachteten Drehmoments nicht mehr mit denen eines realen Drehmoments überein. Werden falsche Werte eines beobachteten Drehmoments für die Koordination mit beispielsweise einem Betriebsbremssystem 6 benutzt, so können höchst sicherheitskritische Fahrzustände entstehen. Dies lässt sich vermeiden, indem der vorstehend beschriebene Nachweis der fehlerfreien Umsetzung einer mechanischen Größe M_{We Obs}, M_EIM _L _Calc, Δφ, Δφ_Obs im Antriebssystem 2 als Basis benutzt wird und eine Unterscheidung für den fehlerfreien und den fehlerhaften Fall des Antriebssystems 2 erfolgt.
Eine Koordination des Antriebssystems 2 mit dem Betriebsbremssystem 6 kann insbesondere für ein kooperatives bzw. regeneratives Bremssystem vorgesehen sein, wobei die Drücke der meist hydraulischen Radbremszylinder mit Hilfe von typischerweise elektrisch ansteuerbaren Ventilen modifizierbar sind - ähnlich wie bei einem ESP-System. Bei der Ansteuerung entstehen Verzögerungen im Bereich der Ventile und der Hydraulikstrecke. Näherungsweise kann die Übertragung eines Sollbremsmoments M_{Br Soll} auf das am Antriebsrad 4 entstehende Bremsmoment M_Br durch ein PT₁-Verhalten mit einer Zeitkonstante T_Br im Bereich zwischen 20 Millisekunden und 40 Millisekunden beschrieben werden: $T_{B r} \cdot {\dot{M}}_{B r} + M_{B r} = M_{B r S o l l} .$
Dabei sind Sollbremsmoment M_{Br Soll} und Radbremsmoment M_Br jeweils kleiner oder gleich Null.
Auf das Antriebsrad 4 wirkt das Radmoment M_Rad, welches sich entsprechend 1 aus der Summe von Drehmoment M_We der Antriebswelle 5 und Radbremsmoment M_Br zusammensetzt: $M_{R a d} = M_{W e} + M_{B r} .$
Der einfacheren Darstellung halber wird hier von einem Gesamtsollmoment M_Soll ausgegangen, welches beispielsweise durch Koordination von Fahr- und Bremspedalanforderung als Anforderung des Fahrzeugführers ermittelt wird. Ein positives Gesamtsollmoment M_Soll wirkt bei Vorwärtsfahrt antreibend und wird allein von dem Elektromotor 3 umgesetzt: $M_{E l M S o l l} = M_{S o l l} für M_{S o l l} \geq 0.$
Bei positivem Gesamtsollmoment M_Soll erfolgt also keine Betätigung des Betriebsbremssystems 6: $M_{B r S o l l} = 0 für M_{S o l l} \geq 0.$
Ein negatives Gesamtsollmoment M_Soll wirkt bei Vorwärtsfahrt verzögernd bzw. bremsend und wird nur zum Teil von dem Antriebssystem 2, d. h. von dem Elektromotor 3 umgesetzt. Für das Elektromotor-Sollmoment M_EIM _Soll gilt also: $M_{E l M S o l l} = α \cdot M_{S o l l} für M_{S o l l} < 0.$
Der Aufteilungsfaktor α gibt die (quasistationäre) Aufteilung des negativen Gesamtsollmoments M_Soll auf den Elektromotor 3 und das Betriebsbremssystem 6 vor und ist typischerweise normiert auf einen Bereich zwischen 0 und 1. Der Aufteilungsfaktor α kann auf Basis der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM oder der gemessenen bzw. am realen Antriebssystem 2 ermittelten Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad bestimmt werden, beispielsweise um bei Fahrzeugstillstand nur das Betriebsbremssystem 6 zu nutzen. Auch eine Abhängigkeit vom beobachteten Relativverdrehwinkel Δφ_Obs ist möglich, beispielsweise um eine Überlast an der Antriebswelle 5 zu vermeiden.
Auch ein negativer Aufteilungsfaktor α ist möglich, d. h. beispielsweise zu Testzwecken kann der Elektromotor 3 antreibend wirken, während sich das Betriebsbremssystem 6 in einem Bremsbetrieb befindet. Die zeitliche Dauer eines entsprechenden Testbetriebs wird begrenzt, um einen zu starken Wärmeeintrag in das Betriebsbremssystem 6 zu vermeiden. Bei der Wahl des Aufteilungsfaktors α sind zusätzlich die Minimal- und Maximalwerte des Drehmoments M_We und des Radbremsmoments M_Br bzw. die Aggregategrenzen von Antriebssystem 2 und Bremssystem 6 zu berücksichtigen.
Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Reaktion des Radbremsmoments M_BR auf das Sollbremsmoment M_{Br Soll} mit höherer Dynamik erfolgt als eine Reaktion des Drehmoments M_We auf das Elektromotor-Sollmoment M_{EIM Soll}.
Um eine hohe Dynamik und Genauigkeit bei der Umsetzung der Anforderung eines Fahrzeugführers oder Assistenzsystems zu erzielen, wird das beobachtete Drehmoment M_{We Obs} vorzugsweise im Bremssystem 6 berücksichtigt: $M_{B r S o l l} = min [(M_{S o l l} - m i n (M_{W e O b s},0)),0] für M_{S o l l} < 0.$
Demnach übernimmt das Betriebsbremssystem 6 den nicht vom Elektromotor 3 umgesetzten Anteil des negativen Gesamtsollmoments M_Soll. Dies gilt insbesondere auch für dynamische Vorgänge. Zu Beginn eines Bremsvorgangs wird sich ein negatives Drehmoment M_We nur verzögert aufbauen, da die Antriebswelle 5 zunächst tordiert. Entsprechend Gleichung (22) erfolgt die Umsetzung des negativen Gesamtsollmoments M_Soll zunächst gänzlich oder zumindest größtenteils durch das Betriebsbremssystem 6. In dem Maße, wie sich ein negatives Drehmoment M_We aufbaut, wird die Bremswirkung des Betriebsbremssystems 6 zurückgenommen. Dies führt zu einem sehr dynamischen Aufbau der von dem Fahrzeugführer oder dem Assistenzsystem geforderten Bremsanforderung. Ein bei entsprechenden Systemen oftmals kritisierter verzögerter Abbau des bremsenden Radbremsmoments M_Br („Nachbremsen“) kann ebenfalls verbessert werden. Die Limitierung des beobachteten Drehmoments M_{We Obs} auf Werte kleiner oder gleich Null in Gleichung (22) sorgt für sprungfreie Übergänge des Sollbremsmoments M_{Br Soll} beim Wechsel zwischen positivem und negativem Gesamtsollmoment M_Soll.
Es kann von Vorteil sein, in Gleichung (22) ein modifiziertes beobachtetes Drehmoment M _{We Obs} an Stelle von M_{We Obs} zu einzusetzen: ${\bar{M}}_{W e O b s} = d_{W e K o m p} (ω_{E l M} - ω_{R a d}) + c_{W e N o m} Δ φ_{O b s} mit d_{W e K o m p} ≫ d_{W e N o m} .$
Dies wirkt phasenanhebend und kompensiert zum Teil die in Gleichung (17) dargestellte Verzögerung in der Übertragung des Sollbremsmoments M_{Br Soll} auf das Radbremsmoment M_Br. Alternativ oder ergänzend kann ein Vorfilter eingesetzt werden, welches die Verzögerung zumindest teilweise kompensiert, beispielsweise durch Pol-Nullstellenkompensation mit Einfügen eines zusätzlichen Verzögerungsgliedes.
In einer Erweiterung kann sich das Betriebsbremssystem 6 in einem Bremsbetrieb befinden, auch ohne dass ein Bremswunsch des Fahrzeugführers oder eine Anforderung eines Fahrerassistenzsystems vorliegt, d. h. bei einem Gesamtsollmoment M_Soll größer oder gleich Null. In einem entsprechenden Testbetrieb wirkt der Elektromotor 3 antreibend und kompensiert zusätzlich das Bremsmoment des Betriebsbremssystems 6.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, im fehlerfreien Fall den Aufteilungsfaktor α periodisch zu variieren. Dies kann während eines Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 oder im Rahmen eines Testbetriebs, beispielsweise bei einer Wartung oder nach einer Reparatur, erfolgen. Damit lässt sich die Fehlerdetektion verbessern, da sich bei dynamischem Betrieb Fehler im Antriebssystem 2 erfahrungsgemäß sehr deutlich zeigen. Aufgrund der Berücksichtigung des beobachteten Drehmoments M_{We Obs} im Betriebsbremssystem 6 sind die Auswirkungen einer Variation des Aufteilungsfaktors α auf das Radmoment M_Rad minimal.
Ferner wird vorgeschlagen, bei der Frequenz der periodischen Variation des Aufteilungsfaktors α die Eigenfrequenzen des Antriebs und/oder momentane Drehzahlen im Antriebssystem 2 zu berücksichtigen. Damit ist die Fehlerdetektion verbessert und Fehler im Antriebssystem 2 können deutlich von Effekten getrennt werden, die insbesondere durch Eigenschwingungen, Unwuchten bzw. Unrundheiten des Antriebssystems 2, wie beispielsweise einer ungleichmäßig abgenutzten Bremsscheibe, hervorgerufen werden.
Die 6 und 7 zeigen beispielhaft Simulationsergebnisse für den Übergang von einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit v_Fzg in einen Verzögerungsvorgang des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend 1 mit einer vorstehend beschriebenen Koordination mit dem Bremssystem 6. Abermals werden während der Simulation die Betriebsparameter T_EIM, d_We, c_We des Antriebssystems 2 innerhalb der Parameterschranken T_EIM _Min, T_{EIM Max}, d_{We Min}, d_We _Max, c_{We Min}, c_{We Max} entsprechend den Gleichungen (2), (5) und (6) variiert. Im Antriebssystem 2 liegt kein Fehler vor.
Die 6 zeigt die Verläufe des Gesamtsollmoments M_Soll sowie des Elektromotor-Sollmoments M_{EIM Soll} über der Zeit. Zu Beginn des Verzögerungsvorgangs des Kraftfahrzeugs 1 ist der Aufteilungsfaktor α beispielhaft mit α = 0,5 vorgegeben. Das negative Elektromotor-Sollmoment M_{EIM Soll} entspricht somit der Hälfte des Gesamtsollmoments M_Soll. Ab dem Zeitpunkt t = 1,5 Sekunden bis zum Zeitpunkt t = 3,1 Sekunden wird der Aufteilungsfaktor α sprungfrei und rampenförmig zwischen α = 0,1 und α = 0,9 variiert, mit entsprechender Auswirkung auf das Elektromotor-Sollmoment M_EIM _Soll. Diese Angaben und Zahlenwerte sind natürlich nur als Beispiel zu verstehen. Andere Amplituden, Frequenzen sowie Formen wie z. B. eine sinusförmige Variation sind ebenfalls möglich. In 6 ebenfalls dargestellt ist das Radmoment M_Rad. Aufgrund der Berücksichtigung des beobachteten Drehmoments M_{We Obs} im Betriebsbremssystem 6 wirkt sich die Variation des Aufteilungsfaktors α kaum auf das Radmoment M_Rad aus.
Die 7 zeigt den zeitlichen Verlauf des beobachteten Relativverdrehwinkels Δφ_Obs. Dieser liegt innerhalb eines Bereichs, der von dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim begrenzt wird. Dadurch erfolgt der Nachweis einer fehlerfreien Umsetzung des Luftspaltmoments M_{EIM L} bzw. des Gesamtsollmoments M_Soll.
Die 8 und 9 zeigen Simulationsergebnisse eines Fahrmanövers entsprechend den 6 und 7. Hierbei wurde beispielhaft angenommen, dass der Elektromotor 3 das Luftspaltmoment M_EIM _L infolge eines Fehlers nur zu 70% umsetzt. Der beobachtete Relativverdrehwinkel Δφ_Obs verletzt die dynamischen Schranken Δφ_LoLim und Δφ_UpLim deutlich, wodurch ein Fehlerfall des Antriebssystems 2 detektiert wird.
Im Fehlerfall wird der Elektromotor 3 während Bremsvorgängen nicht mehr benutzt, d. h. ein bei Vorwärtsfahrt negatives, d. h. verzögernd wirkendes Gesamtsollmoment M_Soll wird komplett von dem Betriebsbremssystem 6 umgesetzt: $M_{E l M L S o l l} = 0 für M_{S o l l} < 0.$
Die Vorgabe eines Luftspaltmoment-Sollwerts von M_EIM _{L Soll} = 0 führt typischerweise zur Zurücknahme der Elektromotor-Statorströme durch die Leistungselektronik. Bevorzugt wird der Elektromotor 3 während Bremsvorgängen zusätzlich über einen zweiten Abschaltpfad deaktiviert, beispielsweise durch Abschaltung eines Erregerstroms bei einer Synchronmaschine mit Erregerwicklung und/oder Deaktivierung der Ansteuersignale von Leistungshalbleitern und/oder durch Abschalten eines Schützes. Diese Redundanz ergibt eine hohe Sicherheit der Abschaltung.
Das Sollbremsmoment M_{Br Soll} ergibt sich aus dem Gesamtsollmoment M_Soll gemäß: $M_{B r S o l l} = M_{S o l l} für M_{S o l l} < 0.$
Alternativ dazu können die Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit ω_EIM und/oder die Antriebsrad-Winkelgeschwindigkeit ω_Rad bei der Ermittlung des Sollbremsmoments M_{Br Soll} berücksichtigt werden, um eine aktive Schwingungsdämpfung zu realisieren, welche von dem abgeschalteten Elektromotor 3 nicht mehr gewährleistet wird. Dies erfolgt beispielsweise über einen Verstärkungsfaktor K_d2: $M_{B r S o l l} = min ((M_{S o l l} - K_{d 2} (ω_{R a d} - ω_{E l M})),0) für M_{S o l l} < 0.$
Ein bei Vorwärtsfahrt positives, d. h. antreibend wirkendes Gesamtsollmoment M_Soll kann im Rahmen eines Notlauf-Programms in begrenzter Höhe noch zugelassen werden, beispielsweise um bei aktiviertem Elektromotor 3 und mit stark eingeschränkten Fahrleistungen einen Werkstattbetrieb zu erreichen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren bietet wesentliche Vorteile bei dynamischen Betriebsparameterschwankungen, beispielsweise Änderungen der Zeitkonstante T_EIM des Elektromotors 3 infolge von Stellgrößenbegrenzungen oder Spannungseinbrüchen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011012840 A1 [0008]
US 8983715 B2 [0010]

Claims

Verfahren zur Handhabung von Fehlern in einem einen Antrieb (3) und wenigstens eine Antriebswelle (5) aufweisenden Antriebssystem (2), wobei ein Fehler in dem Antriebssystem (2) erkannt wird, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer erfassten mechanischen Größe (M_{We Obs}, M_EIM _LCalc, Δφ, Δφ_Obs) des Antriebssystems (2) außerhalb dynamischer Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) liegt, und wobei nach einem erkannten Fehler Maßnahmen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystems (2) unter Einbeziehung von Schwankungen wenigstens eines Betriebsparameters (T_EIM, d_We, c_We) des Antriebssystems (2) ermittelt werden, und wobei Parameterschranken (T_EIM _Min, T_EIM _Max, d_We _Min, d_We _Max, c_We _Min, c_We _Max) für den wenigstens einen Betriebsparameter (T_EIM, dwe, c_We) bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen des wenigstens einen Betriebsparameters (T_EIM, d_We, c_We) innerhalb der Parameterschranken (T_EIM _Min, T_EIM _Max, d_We _Min, d_We _Max, c_We _Min, c_We _Max) derart bestimmt werden, dass die dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) wenigstens einen Extremwert, vorzugsweise jeweils ein Maximum und ein Minimum, aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) kontinuierlich während des Betriebs des Antriebssystems (2) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Verbrennungsmotor, einen Hydraulikmotor und/oder einen Elektromotor (3) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mechanische Größe (M_{We Obs}, M_{EIM L Calc}, Δφ, Δφ_Obs) durch Messung, Berechnung, Verwendung eines Schätzers und/oder Verwendung eines Beobachters erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine mechanische Größe (M_{We Obs}, M_{EIM L Calc}, Δφ, Δφ_Obs) ein absoluter oder relativer Verdrehwinkel (Δφ) der Antriebswelle (5), eine Drehzahl der Antriebswelle (5), ein Drehmoment (M_We) der Antriebswelle (5), ein hydraulischer Volumenstrom, ein hydraulischer Druck und/oder ein Luftspaltmoment (M_EIM _L) des Elektromotors (3) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein Betriebsparameter (T_EIM, dwe, c_We) eine physikalische Eigenschaft des Antriebssystems (2), vorzugsweise eine Drehmomentdynamik des Antriebs (3), eine Dämpfung (d_We) der Antriebswelle (5), eine Steifigkeit (c_We) der Antriebswelle (5), Reibung im Antriebssystem (2), mechanisches Spiel im Antriebssystem (2), Trägheit im Antriebssystem (2) und/oder Eigenschaften eines Hydrauliksystems, Elektromotors (3) oder Verbrennungsmotors herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zahlenwerte des wenigstens einen Betriebsparameters (T_EIM, d_We, c_We) und/oder die Parameterschranken (T_EIM _Min, T_{EIM Max}, d_{We Min}, d_We _Max, C_{We Min}, C_We _Max) für den wenigstens einen Betriebsparameter (T_EIM, d_We, c_We) auf Basis von Verschleiß, Alterung, Verschmutzung, Schmierzustand, Temperatur, einer Betriebsfrequenz, einer Betriebsdrehzahl, eines Drehmoments und/oder eines Batterieladezustands des Antriebssystems (2) bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) einbezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil des Antriebssystems (2) ein hybrides Bremssystem mit mehreren Bremsen (6) verwendet wird, wobei auf Basis zumindest eines Zahlenwerts wenigstens einer erfassten mechanischen Größe (M_{We Obs}, M_{EIM L Calc}, Δφ, Δφ_Obs) des Antriebssystems (2) ein Aufteilungsfaktor (α) bestimmt wird, um ein Sollbremsmoment (M_Br _Soll) durch Aufteilen der Bremsaufgabe auf die Bremsen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hybride Bremssystem wenigstens eine Betriebsbremse (6), beispielsweise eine Schleifbremse, eine Reibungsbremse und/oder eine elektrische Widerstandsbremse, und wenigstens eine Dauerbremse, insbesondere eine Nutzbremse, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein periodischer Wechsel zwischen den Bremsen (6) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen in Abhängigkeit der Höhe, der Dauer und/oder der Häufigkeit der Überbzw. Unterschreitung der dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) durch den zumindest einen Zahlenwert der wenigstens einen erfassten mechanischen Größe (M_{We Obs}, M_EIM _L _Calc, Δφ, Δφ_Obs) festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nach einem erkannten Fehler eingeleiteten Maßnahmen ein Abschalten des Antriebs (3), eine Verringerung einer Antriebsleistung, ein Unterbrechen eines Antriebsstrangs, ein Zuschalten wenigstens einer Bremse (6) und/oder eine Anpassung des Aufteilungsfaktors (α) umfassen.
Fahrzeug (1) mit einem Antriebssystem (2), umfassend einen Antrieb (3), wenigstens eine Antriebswelle (5) sowie eine Vorrichtung zur Handhabung von Fehlern in dem Antriebssystem (2), wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung zumindest eines Zahlenwerts wenigstens einer mechanischen Größe (M_{We Obs}, M_{EIM L Calc}, Δφ, Δφ_Obs) des Antriebssystems (2) und eine Signalverarbeitungseinheit zur Ermittlung dynamischer Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) für den jeweiligen Zahlenwert auf Basis eines dynamischen Modells des Antriebssystems (2) unter Einbeziehung von Schwankungen von Betriebsparametern (T_EIM, d_We, c_We) des Antriebssystems (2) umfasst, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, einen Fehler in dem Antriebssystem (2) zu erkennen, wenn zumindest ein Zahlenwert wenigstens einer erfassten mechanischen Größe (M_{We Obs}, M_EIM _L _Calc, Δφ, Δφ_Obs) des Antriebssystems (2) außerhalb der ermittelten dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) liegt, und wobei nach einem erkannten Fehler Maßnahmen eingeleitet werden, und wobei Parameterschranken (T_EIM _Min, T_EIM _Max, d_We _Min, d_We _Max, C_We _Min, C_We _Max) für den wenigstens einen Betriebsparameter (T_EIM, d_We, c_We) bestimmt und in die Ermittlung der dynamischen Schranken (M_We _LoLim, M_We _UpLim, M_EIM _L _LoLim, M_EIM _L _UpLim, Δφ_LoLim, Δφ_UpLim) einbezogen werden.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn das Programm auf einer Signalverarbeitungseinheit, insbesondere als Teil eines Fahrzeugs (1) gemäß Anspruch 14, ausgeführt wird.