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EINLEITUNG
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Fahrzeuge können von bordeigenen Überwachungssystemen profitieren, die zum Erkennen des Auftretens eines Fehlers oder eines anderen Hinweises auf die Notwendigkeit eines Service und/oder einer Fahrzeugwartung ausgelegt sind.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Fahrzeug beinhaltet ein fluidisches Subsystem, das einen Elektromotor beinhaltet, der elektrisch mit einem Motortreiber verbunden und drehbar mit einer Fluidpumpe verbunden ist, die in einem Fluidkreislauf des Fahrzeugs angeordnet ist, und eine Steuerung, die mit dem Elektromotor, dem Motortreiber und dem Fluidkreislauf in Verbindung steht. Die Steuerung beinhaltet einen Anweisungssatz, der ausführbar ist, um Betriebsparameter zu bestimmen, die dem fluidischen Subsystem zugeordnet sind, und um eine Vielzahl von Wirkungsgradparametern für das fluidische Subsystem basierend auf den Betriebsparametern zu bestimmen. Die Wirkungsgradparameter beinhalten einen hydraulischen Wirkungsgrad, einen elektromechanischen Wirkungsgrad und einen elektrischen Wirkungsgrad. Die Steuerung bestimmt basierend auf den Wirkungsgradparametern einen Gesundheitszustand für das fluidische Subsystem und erkennt einen Fehler im fluidischen Subsystem, wenn der Gesundheitszustand kleiner als ein Schwellenwert-Gesundheitszustand ist. Der Fehler wird einem Fahrzeugführer mitgeteilt.
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Ein Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Fahrzeug einschließlich einer Telematikvorrichtung, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Fehler über die Telematikvorrichtung an eine externe Steuerung zu übermitteln.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen des elektrischen Wirkungsgrads, was das Bestimmen der elektrischen Gleichstromleistung einschließlich eines Gleichstroms und einer dem Motortreiber zugeführten Gleichspannung, das Bestimmen der elektrischen Wechselstromleistung einschließlich eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, die vom Motortreiber an den Elektromotor abgegeben wird, und das Bestimmen des elektrischen Wirkungsgrads basierend auf einem Verhältnis der elektrischen Gleichstromleistung und der elektrischen Wechselstromleistung beinhaltet.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen der elektromechanischen Wirkungsgrads, was das Bestimmen der elektrischen Wechselstromleistung einschließlich eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, die vom Motortreiber an den Elektromotor abgegeben wird, das Bestimmen der vom Elektromotor erzeugten mechanischen Leistung, einschließlich einer Drehmomentabgabe und einer Drehzahl des Elektromotors, und das Bestimmen des elektromechanischen Wirkungsgrads basierend auf einem Verhältnis der elektrischen Wechselstromleistung und der mechanischen Leistung beinhaltet.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen des hydraulischen Wirkungsgrads, der das Bestimmen der mechanischen Leistung, die vom Elektromotor auf die Pumpe übertragen wird, einschließlich einer Drehmomentabgabe und einer Drehzahl des Elektromotors, das Bestimmen der von der Pumpe abgegebenen hydraulischen Leistungsabgabe, einschließlich eines Druckunterschieds und eines Massendurchsatzes im Fluidkreislauf, und das Bestimmen des hydraulischen Wirkungsgrads basierend auf einem Verhältnis der mechanischen Leistung und der hydraulischen Leistung beinhaltet.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen des Gesundheitszustandes (SOH) für das fluidische Subsystem basierend auf den Wirkungsgradparametern, was das Bestimmen eines ersten SOH-Parameters basierend auf dem hydraulischen Wirkungsgrad und einem nominalen hydraulischen Wirkungsgrad, das Bestimmen eines zweiten SOH-Parameters basierend auf dem elektromechanischen Wirkungsgrad und einem nominalen elektromechanischen Wirkungsgrad, das Bestimmen eines dritten SOH-Parameters basierend auf dem elektrischen Wirkungsgrad und einem nominalen elektrischen Wirkungsgrad und das Bestimmen des SOH für das fluidische Subsystem basierend auf dem ersten SOH-Parameter, dem zweiten SOH-Parameter und dem dritten SOH-Parameter beinhaltet.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen eines Fehlers in einem Element des fluidischen Teilsystems basierend auf den Wirkungsgradparametern.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Isolieren des Fehlers im fluidischen Subsystem gegenüber eines aus dem Elektromotor, dem Motortreiber oder der Fluidpumpe basierend auf der Vielzahl von Wirkungsgradparametern.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen eines mit dem Motortreiber verbundenen Fehlers, wenn der elektrische Wirkungsgrad unter einem zugeordneten Schwellenwirkungsgradniveau liegt.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen eines mit dem Elektromotor verbundenen Fehlers, wenn der elektromechanische Wirkungsgrad unter einem zugeordneten Schwellenwirkungsgradniveau liegt.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das Bestimmen eines mit der Pumpe verbundenen Fehlers, wenn der hydraulische Wirkungsgrad unter einem zugeordneten Schwellenwirkungsgradniveau liegt.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet die Kommunikation des Fehlers an eine Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung in Verbindung mit der bordeigenen Steuerung.
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Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich hervor.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- 1 zeigt schematisch ein an einem Fahrzeug angeordnetes fluidisches Subsystem, das einen Elektromotor beinhaltet, der mit einer Fluidpumpe gekoppelt ist, wobei die Fluidpumpe gemäß der Offenbarung zum Pumpen von Fluid in einem Fluidkreislauf angeordnet ist;
- 2 zeigt grafisch die Spannung, die gemäß der Offenbarung von der Motorsteuerung auf die elektrische Maschine übertragen wird, den Strom, der von der Motorsteuerung auf die elektrische Maschine übertragen wird, und den gesamten elektrischen Strom, der von der Motorsteuerung auf die elektrische Maschine in Bezug auf die Zeit auf der horizontale Achse übertragen wird;
- 3 zeigt schematisch ein analytisches Schema zum Bewerten des Stromflusses und der Effizienz im fluidischen Subsystem gemäß der Offenbarung, das mit Bezug auf 1 beschrieben wird; und
- 4 zeigt schematisch eine Routine, die ausgeführt wird, um eine Ausführungsform des fluidischen Subsystems zu überwachen, die mit Bezug auf 1 beschrieben wird, einschließlich eines Prozesses zum Erkennen und Isolieren eines Fehlers im fluidischen Subsystem während des Fahrzeugbetriebs gemäß der Offenbarung.
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Die beigefügten Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung dar, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die solchen Merkmalen zugeordnet werden, werden teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendungs- und Verwendungsumgebung bestimmt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige dieser Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde zum Zwecke der Klarheit technisches Material, das im entsprechenden Stand der Technik verstanden wird, nicht ausführlich beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, veranschaulicht 1 in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen, schematisch ein fluidisches Subsystem 10, das an einem Fahrzeug angeordnet ist. Das fluidische Subsystem 10 beinhaltet eine Pumpvorrichtung 20, die aus einem Elektromotor 26 besteht, der mit einer Fluidpumpe 28 gekoppelt ist, wobei die Fluidpumpe 28 ein Gehäuse und ein Laufrad beinhaltet, die zum Pumpen von Fluid in einem Fluidkreislauf 30 des Fahrzeugs angeordnet sind (nicht dargestellt). Das Fahrzeug kann, mittels nicht beschränkender Beispiele, als ein Personenkraftwagen, ein leichtes oder schweres Nutzfahrzeug, ein Mehrzweckfahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Industriefahrzeug/ Lagerhaus-Fahrzeug oder ein Freizeit-Geländefahrzeug ausgelegt sein. Andere Fahrzeuge können Luftfahrzeuge und Wasserfahrzeuge beinhalten.
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Der Fluidkreislauf 30 kann ein fahrzeugeigener Fluidkreislauf sein, der z. B. ein Servolenkungsfluidsystem, ein Motorkühlungssystem, ein Getriebekühlungssystem usw. beinhaltet. Die Fluidpumpe 28 beinhaltet ein drehbares Laufrad, das mit einer Abtriebswelle einer elektrischen Maschine 26 gekoppelt ist und als eine positive Verdrängungsvorrichtung, eine Zentrifugalvorrichtung oder ein anderes Pumpenelement konfiguriert werden kann. In einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine 26 ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstromelektromotor. Elektrischer Strom, der von einer Gleichstromquelle 22 stammt, wird der elektrischen Maschine 26 über einen Motortreiber 24 und die zugeordnete Motorsteuerung 34 zugeführt. In einer Ausführungsform ist der Motortreiber 24 ein Wechselrichter, der eine Vielzahl von steuerbaren Schaltern, z. B. IGBTs, beinhaltet, und die Motorsteuerung 34 ist konfiguriert, um die Schalter des Motortreibers 24 zu steuern, der den Gleichstrom von der Gleichstromquelle 22 in Wechselstrom umwandelt, der der elektrischen Maschine 26 zugeführt wird. Stromsensoren 36 können an elektrischen Stromverbindungen angebracht werden, die zwischen dem Motortreiber 24 und der elektrischen Maschine 26 angeordnet sind und der Motorsteuerung 34 eine Wechselstromrückkopplung bereitstellen. Die Motorsteuerung 34 ist mit einer Systemsteuerung 12 verbunden, die den Betrieb verschiedener anderer fahrzeugeigener Systeme überwacht und Befehle zum Betreiben der Motorsteuerung 34 zum Steuern der elektrischen Maschine 26 zum Betreiben der Pumpe 28 zum Pumpen von Fluid durch den Fluidkreislauf 30 basierend auf Betreiberfehlern und anderen Betriebsbedingungen erzeugt. Die Systemsteuerung 12 kommuniziert mit anderen fahrzeugeigenen Steuerungen, z. B. einer Telematikvorrichtung 70, über die Kommunikationsverbindung 14.
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Diese Anordnung der Elemente des fluidischen Subsystems 10 ist veranschaulichend. In einer Ausführungsform sind die Fluidpumpe 28 und die elektrische Maschine 26 eine eigenständige Vorrichtung, und der Motortreiber 24 und die Motorsteuerung 34 sind physikalisch in die Systemsteuerung 12 integriert, wobei die elektrische Verbindung dazwischen über elektrische Kabel erfolgt. Alternativ können der Motortreiber 24 und die Motorsteuerung 34 physikalisch in die elektrische Maschine 26 integriert werden, die mit der Fluidpumpe 28 gekoppelt ist, und die Motorsteuerung 34 kommuniziert über die Kommunikationsverbindung 14 mit der Systemsteuerung 12.
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Der Begriff „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronische Schaltung(en), Zentralrechnereinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und zugehörige nichttransitorische Speicherkomponente(n) in Form von Speicher und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbare Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt eine oder mehrere Steuerroutinen aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen auch als Reaktion auf das Auftreten eines Auslöseereignisses ausgeführt werden. Der Begriff ,Modell‘ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Die Begriffe ,dynamisch‘ und ,in dynamischer Weise‘ beschreiben Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und gekennzeichnet sind durch das Überwachen oder sonstiges Bestimmen der Parameterzustände und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine. Die Begriffe „Kalibrierung“, „Kalibrieren“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder ein Verfahren, das eine tatsächliche oder Standardmessung, die mit einer Vorrichtung verbunden ist, mit einer wahrgenommenen oder beobachteten Messung oder einer befohlenen Position vergleicht. Eine hierin beschriebene Kalibrierung kann auf eine speicherbare parametrische Tabelle, mehrere ausführbare Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden.
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Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden und ist durch die Leitung 14 gekennzeichnet. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können. Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft einer Vorrichtung oder eines anderen Elements darstellt, die durch einen oder mehrere Sensoren und/oder ein physikalisches Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert aufweisen, z. B. „1“ oder „0“, oder kann stufenlos eingestellt werden.
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Die Telematikvorrichtung 70 beinhaltet ein drahtloses Telematikkommunikationssystem, das eine externe Fahrzeugkommunikation ermöglicht, einschließlich einer Kommunikation mit einem Kommunikationsnetzwerksystem 90 mit drahtlosen und verdrahteten Kommunikationsfähigkeiten. Die Telematikvorrichtung 70 ist zur zusätzlichen Fahrzeugkommunikation in der Lage, einschließlich einer Kurzbereichs-Fahrzeug-zu-Fahrzeug(V2V - Vehicle-to-Vehicle)-Kommunikation. Alternativ oder zusätzlich weist die Telematiksteuerung 70 ein drahtloses Telematikkommunikationssystem auf, das zu einer drahtlosen Kommunikation mit kurzer Reichweite mit einer tragbaren Vorrichtung fähig ist, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem Satellitentelefon oder einer anderen Telefonvorrichtung. In einer Ausführungsform wird das Handheld-Gerät mit einer Softwareanwendung geladen, die ein drahtloses Protokoll zur Kommunikation mit der Telematikvorrichtung 70 beinhaltet. Das Handheld-Gerät ist so angeordnet, dass es eine Kommunikation mit anderen Fahrzeugen durchführt, einschließlich der Kommunikation mit einem externen Server 95 über das Kommunikationsnetzwerk 90. Alternativ oder zusätzlich führt die Telematikvorrichtung 70 die externe Fahrzeugkommunikation direkt durch, indem diese über ein Kommunikationsnetz 90 mit dem externen Server 95 kommuniziert.
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Die Begriffe „Prognose“, „Prognostik“ und verwandte Begriffe sind mit Datenüberwachung und Algorithmen und Auswertungen verbunden, die einen vorausgehenden Hinweis auf ein wahrscheinliches zukünftiges Ereignis geben, das mit einer Komponente, einem Untersystem oder einem System verbunden ist. Prognostik kann Klassifizierungen beinhalten, die einen ersten Zustand enthalten, der angibt, dass die Komponente, das Untersystem oder das System gemäß ihrer Spezifikation („Grün“ oder „G“) arbeitet, ein zweiter Zustand, der eine Verschlechterung des Betriebs der Komponente, des Untersystems, oder Systems, („Gelb“ oder „G“) anzeigt, und ein dritter Zustand, der einen Fehler im Betrieb der Komponente, des Untersystems oder Systems („Rot“ oder „R“) anzeigt. Die Begriffe „Diagnostik“, „Diagnose“ und verwandte Begriffe sind mit Datenüberwachung und Algorithmen und Auswertungen verbunden, die einen Hinweis auf das Vorhandensein oder Fehlen eines bestimmten Fehlers bei einer Komponente, einem Untersystem oder System geben. Der Begriff „Mitigation“ und verwandte Begriffe sind mit Operationen, Aktionen oder Steuerroutinen verbunden, die dazu dienen, die Auswirkung eines Fehlers in einer Komponente, einem Untersystem oder System zu verringern.
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Das Überwachen der elektrischen Maschine 26 kann Herausforderungen mit sich bringen, wenn die Motorsteuerung 34 bei hoher Frequenz betrieben wird z. B. bei 50 kHz, aufgrund der Auswirkungen der Dynamik der Strom- und Spannungspegel während des Betriebs und der periodischen Abtastraten der Strom- und Spannungspegel. Der obere Abschnitt von 2 zeigt grafisch die Spannung 210, die von der Motorsteuerung 34 auf die elektrische Maschine 26 übertragen wird, einschließlich der Größenordnungen der Phasenspannungen 212, 214 und 216 in Bezug auf die Zeit auf der horizontalen Achse. Der mittlere Abschnitt von 2 zeigt grafisch den Strom 220, der von der Motorsteuerung 34 auf die elektrische Maschine 26 übertragen wird, einschließlich der Größenordnungen der Phasenströme 222, 224 und 226 in Bezug auf die Zeit und entsprechend der Zeit der Spannung 210. Die Phasenspannungen 212, 214 und 216 und die Phasenströme 222, 224 und 226 sind Beispiele für elektrische Energie, die vom Motortreiber 24 an die elektrische Maschine 26 geliefert werden kann, die mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Der untere Abschnitt von 2 zeigt grafisch der gesamten elektrischen Strom 230, der von der Motorsteuerung 34 auf die elektrische Maschine 26 übertragen wird, was zeitlich der Spannung 210 und dem Strom 220 entspricht. Wie dargestellt, können Abtastzeiträume und -zeiten aufgrund einer unvollständigen Messung der Betriebsparameter Abtastfehler in Größenordnungen der Phasenspannung und des Phasenstroms einführen, während der entsprechende gesamte elektrische Strom weniger von Abtastfehlern beeinflusst wird. Diese Ergebnisse sind ein Hinweis darauf, dass elektrische Stromsignale weniger Schwankungen aufweisen als Phasenstrom- und Spannungssignale an die elektrische Maschine 26, und somit robuster und präziser sind und für die Kommunikation mit einer entfernten Steuerung über einen Kommunikationsbus mit niedriger Rate zum Bewerten der betrieblichen Effizienz des fluidischen Subsystems 10 besser geeignet sind.
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3 zeigt schematisch ein analytisches Schema zum Bewerten des Stromflusses und der Effizienz im fluidischen Subsystem 10, das von der Gleichstromquelle 22 stammt und zu Arbeit führt, d. h. dem fluidische Strömung 31 im Fluidkreislauf 30. Der Stromfluss beinhaltet Gleichstrom 23 aus der Gleichstromquelle 22 mit zugeordnetem elektrischem Wirkungsgrad 33; Wechselstrom 25 aus dem Motortreiber 24 mit zugeordnetem Treiberwirkungsgrad 35; Drehleistung (Drehmoment) aus der elektrischen Maschine 26 mit zugeordnetem mechanischem oder motorischen Wirkungsgrad 37; Pumpendurchfluss 29 aus der Pumpe 28 mit zugeordnetem Pumpenwirkungsgrad 39; und dem Fluiddurchfluss 31 im Fluidkreislauf 30 mit zugeordnetem Wirkungsgrad 41. Der Batteriewirkungsgrad 33 weist einen Anfangswert auf, der im Betrieb durch Oxidation an den Anschlüssen der Gleichstromquelle 22 und/oder durch Auftreten eines offenen Schaltkreises oder eines Kurzschlusses abnehmen kann. Der Treiberwirkungsgrad 35 weist einen Anfangswert auf, der im Betrieb durch elektromagnetische Störungen, elektromagnetische Entladung, einem Reglerfehler, einem Verstärkerfehler oder einem Softwarefehler abnehmen kann. Der Motorwirkungsgrad 37 weist einen Anfangswert auf, der im Betrieb durch Steckerfehler, Motorentmagnetisierung, Anschluss- oder Spulenoxidation oder Verschleiß abnehmen kann. Der Pumpenwirkungsgrad 39 weist einen Anfangswert auf, der im Betrieb durch Rotorverschleiß oder -fehler, einen Lagerfehler, oder eine Form von physischer Beschädigung des Laufrades abnehmen kann. Der Wirkungsgrad des Schaltkreises 41 weist einen Anfangswert auf, der im Betrieb durch Leckagen, Verunreinigungen, festsitzende Ventile oder Verstopfungen abnehmen kann. Die vorhergehenden Wirkungsgradkategorien lassen sich in elektrischem Wirkungsgrad, elektromechanischem Wirkungsgrad, und hydraulischem Wirkungsgrad unterteilen.
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Der Wirkungsgrad im fluidischen Subsystem 10 kann in Bezug auf elektrische Leistungsverluste und den daraus resultierenden elektrischen Wirkungsgrad, elektromechanische Leistungsverluste und den daraus resultierenden elektromechanischen Wirkungsgrad, sowie hydraulische Leistungsverluste und den daraus resultierenden hydraulischen Wirkungsgrad bewertet werden.
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Der elektrische Wirkungsgrad kann wie folgt bestimmt werden:
wobei das Folgende gilt:
- PAC stellt die vom Motortreiber 24 auf den Elektromotor 26 übertragene Wechselstromleistung dar und beinhaltet VAC, das die Wechselspannung darstellt, und IAC, das den Wechselstrom darstellt,
- PDC stellt die von der Gleichstromquelle 22 an den Motortreiber 24 übertragene Gleichstromleistung dar und beinhaltet VDC, das die Gleichspannung darstellt, und IDC, das den Gleichstrom darstellt.
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Der elektrische Wirkungsgrad kann als ein Nennwert, d. h.
und als ein Istwert, d. h.
ausgedrückt werden. Der Nennwirkungsgradwert stellt einen Idealwert für den Wirkungsgrad unter einer vorgegebenen Reihe von Umgebungsbedingungen dar, z. B. Temperatur, Druck usw., wenn die Gleichstromquelle
22 und der Motortreiber
24 unter bestimmten Lastbedingungen betrieben werden und gemäß Herstellungs- und Konstruktionsvorgaben funktionieren. Der tatsächliche Wirkungsgradwert stellt einen Istwert für den Wirkungsgrad unter Echtzeit-Betriebsbedingungen und Echtzeit-Umgebungsbedingungen mit damit verbundenem Verschleiß oder Verschlechterung dar.
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Ein Echtzeit-Gesundheitszustands-(SOH)-Wert H
ECU kann für den elektrischen Wirkungsgrad wie folgt bestimmt werden:
wobei f
ECU einen kalibrierten skalaren Term darstellt, der basierend auf den vorliegenden Betriebsbedingungen bestimmt wird.
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Der elektromagnetische Wirkungsgrad kann wie folgt bestimmt werden:
wobei:
- Pmech die mechanische Leistung darstellt, die basierend auf Drehmoment, T und Drehzahl und ω des Elektromotors 26 bestimmt werden kann; und
- PAC die elektrische Leistung darstellt, die basierend auf der Eingangsspannung VAC und dem Eingangsstrom IAC zum Elektromotor 26 bestimmt werden kann.
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Der elektromechanische Wirkungsgrad kann als ein Nennwert, d. h.
und als ein Istwert, d. h.
ausgedrückt werden. Der Nennwirkungsgradwert stellt einen Idealwert unter einer vorgegebenen Reihe von Umgebungsbedingungen dar, z. B. Temperatur, Druck usw., wenn die elektrische Maschine
26 und die Pumpe
28 unter bestimmten Lastbedingungen betrieben werden und gemäß Herstellungs- und Konstruktionsvorgaben funktionieren. Der tatsächliche Wirkungsgradwert stellt einen Istwert für den Wirkungsgrad unter Echtzeit-Betriebsbedingungen und Echtzeit-Umgebungsbedingungen mit damit verbundenem Verschleiß oder Verschlechterung dar.
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Ein Echtzeit-Gesundheitszustand-(SOH)-Wert H
Motor kann für den elektromechanischen Wirkungsgrad wie folgt bestimmt werden:
wobei f
Motor einen kalibrierten skalaren Term darstellt, der basierend auf den vorliegenden Betriebsbedingungen bestimmt wird.
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Der hydraulische Wirkungsgrad kann wie folgt bestimmt werden:
wobei:
- Phydr eine hydraulische Leistung darstellt, die basierend auf einem Druckunterschied ΔP und einem Massendurchsatz αflow im Fluidkreislauf 30 bestimmt werden kann, und
- Pwork die mechanische Leistung darstellt, die basierend auf Drehmoment, T und Drehzahl und ω der Pumpe 28 bestimmt werden kann; und
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Der hydraulische Wirkungsgrad kann als ein Nennwert, d. h.
, und als ein Istwert, d. h.
ausgedrückt werden. Der Nennwirkungsgradwert stellt einen Idealwert unter einer vorgegebenen Reihe von Umgebungsbedingungen dar, z. B. Temperatur, Druck usw., wenn die Pumpe
28 unter bestimmten Lastbedingungen im Fluidkreislauf
30 arbeitet und beide nach Herstellungs- und Konstruktionsspezifikationen funktionieren. Der tatsächliche Wirkungsgradwert stellt einen Istwert für den Wirkungsgrad unter Echtzeit-Betriebsbedingungen und Echtzeit-Umgebungsbedingungen mit damit verbundenem Verschleiß oder Verschlechterung dar.
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Ein Echtzeit-Gesundheitszustands-(SOH)-Wert H
Pump kann für den hydraulischen Wirkungsgrad wie folgt bestimmt werden:
wobei f
Pump einen kalibrierten skalaren Term darstellt, der basierend auf den vorliegenden Betriebsbedingungen bestimmt wird.
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Ein SOH-Term für das fluidische Subsystem
10 kann wie folgt in Bezug auf den elektrischen Wirkungsgrad, den elektromechanischen Wirkungsgrad und den hydraulischen Wirkungsgrad bestimmt werden:
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Der SOH-Term für das fluidische Subsystem 10 kann bei jedem einer Vielzahl von Betriebsbedingungen bestimmt werden, die einen Bereich von Durchflussraten, Drücken, Umgebungsbedingungen und anderen Faktoren umfassen, und einer Filterung unterzogen werden.
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Die Istwerte für den elektrischen Wirkungsgrad η
ECU, den elektromechanischen Wirkungsgrad η
Motor und den hydraulischen Wirkungsgrad η
Pump können ausgewertet werden, um einen Fehler im fluidischen Subsystem
10 zu isolieren, wenn der SOH, d. h. H
sys, über EQ bestimmt wird. 7, gibt das Auftreten eines Fehlers im fluidischen Subsystem
10 an. Tabelle 1 zeigt eine wahrscheinliche Stelle einer Vielzahl von Fehlern im fluidischen Subsystem
10 in Bezug auf die Wirkungsgrade. In Tabelle 1 wird das „X“ verwendet, um eine Stelle und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers anzuzeigen, wenn der entsprechende Wirkungsgrad unter einen Schwellenwert fällt. Diese Informationen können verwendet werden, um einen Fehler zum Zwecke der Wartung des fluidischen Subsystems
10 zu isolieren.
Tabelle 1
Fehlerort | ηECU | ηMotor | ηPump |
Motortreiber/ Motorsteuerung | X | | |
Motor - kurz | | X | |
Motor - Widerstandserhöhung | | X | |
Motor - Entmagnetisierung | | X | |
Pumpe - Lager | | X | X |
Pumpe - Laufrad | | | X |
Schaltkreis - Leckage | | | X |
Schaltkreis - Ventil | | | X |
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Die Schwere eines Fehlers kann anhand der Größe der Abweichung von den Nennwirkungsgradwerten geschätzt werden. Die Datenaufzeichnung kann eine periodische und/oder ereignisbezogene Aufzeichnung von Betriebsparametern, die Einzelzeitpunkteaufzeichnung von Betriebsparametern und/oder die fortlaufende Zeitpunkteaufzeichnung von Betriebsparametern für eine bestimmte Zeitdauer, wie beispielsweise vor und/oder nach dem Auslösen eines Ereignisses, beinhalten. Eine derartige Datenaufzeichnung kann unter Verwendung von kreisförmigen Speicherpuffern oder einer anderen geeigneten Speichervorrichtung erreicht werden.
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4 stellt schematisch eine Routine
400 dar, die ausgeführt wird, um eine Ausführungsform des fluidischen Subsystems
10 zu überwachen, die mit Bezug auf
1 an einem Fahrzeug beschrieben wird. Die Routine
400 beinhaltet einen Prozess zum Erkennen und Isolieren eines Fehlers im fluidischen Subsystem
10 während des Fahrzeugbetriebs. Tabelle 2 enthält eine Aufschlüsselung, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine
400 aufgeführt sind. Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.
Tabelle 2
BLOCK | BLOCKINHALTE |
401 | Start |
402 | Fehler mit Gleichstromquellenfehler? |
404 | Fehler an elektrischer Maschine, Motortreiber, Sensoren? |
406 | Begrenzung der mechanischen Leistung? |
408 | Wurde der Betriebspunkt kürzlich aktualisiert? |
410 | Berechnung der momentanen Energieeffizienz |
412 | Aktualisierung der Effizienzkurven |
414 | Abschätzung SOH |
416 | Reise beendet? |
418 | Wirkungsgradwerte und SOH speichern |
420 | Kommunizieren von SOH, Wirkungsgrad |
422 | Fehlerisolierung durchführen |
423 | Ende |
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Die Schritte der Routine 400 können in einer geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden und sind nicht auf die Reihenfolge, die mit Bezug auf 4 beschrieben ist, beschränkt. Die Bezeichnung „1“ gibt an, dass die zugeordnete Bedingung erfüllt ist, und die Bezeichnung „0“ gibt an, dass die zugeordnete Bedingung nicht erfüllt ist. Die Routine 400 leitet das Ausführen während des Fahrzeugbetriebs (401) ein und beinhaltet das Bestimmen des Auftretens eines Fehlers im Rahmen der Gleichstromquelle 22 (402) und das Bestimmen des Auftretens eines Fehlers im Rahmen des Motortreibers 24 und der elektrischen Maschine 26 (404), wobei das Auftreten solcher Fehler unter Verwendung von Sensoren, Simulationen und Fehlerüberwachungsroutinen bestimmt werden kann, die periodisch, z. B. als Elemente von bordeigenen Diagnoseroutinen, ausgeführt werden.
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Ein erkanntes Auftreten eines Fehlers im Rahmen der Gleichstromquelle 22 (402)(1) oder im Rahmen des Motortreibers 24 oder der elektrischen Maschine 26 (404)(1) führt zu einem Ende der vorliegenden Iteration der Routine 400. Wenn kein Fehler im Rahmen der Gleichstromquelle 22 (402)(0), des Motortreibers 24 und der elektrischen Maschine 26 (404)(0) erkannt wird, bestimmt die Routine 400, ob dem fluidischen Subsystem 10 eine Betriebsbegrenzung, wie beispielsweise eine obere Leistungsbegrenzung, eine vorgegebene Begrenzung eines Betriebsmittels usw, (406) auferlegt wurde. Wenn es eine vorgegebene Betriebsbegrenzung (406)(1) gibt, endet die gegenwärtige Iteration der Routine. Wenn es keine vorgeschriebene Betriebsbegrenzung (406)(0) gibt, überprüft die Routine, ob der Betriebspunkt kürzlich aktualisiert wurde (408), und wenn ja (408)(1), endet die aktuelle Iteration der Routine. Wenn der Betriebspunkt kürzlich nicht aktualisiert wurde (408)(0), bestimmt die Routine mit Hilfe von EQS Werte für den elektrischen Wirkungsgrad ηECU, den elektromechanischen Wirkungsgrad ηMotor und den hydraulischen Wirkungsgrad ηPump.1, 3 und 5 und Betriebsparameter, die während des Betriebs (410) erfasst wurden. Die den jeweiligen Systemen zugeordneten Effizienzkurven können auch basierend auf den erfassten Daten, einschließlich der Betriebsparameter (412), aktualisiert werden. Die Routine schätzt dann den SOH des fluidischen Subsystems 10 unter Verwendung von EQS. 2, 4, 6 und 7 (414). Die Routine 400 wird iterativ ausgeführt, bis die aktuelle Fahrt endet (416)(0). Wenn die aktuelle Fahrt endet (416)(1), werden die SOH und die Effizienzwerte erfasst und in einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung im Fahrzeug (418) gespeichert und über die Telematikvorrichtung 70 (420) an einen Server außerhalb des Fahrzeugs übermittelt. Die Routine 400 wertet die SOH und die Effizienzwerte im Zusammenhang mit den Informationen über den Standort und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers im Rahmen des fluidischen Subsystems 10 aus, in Tabelle 1 (422) dargestellt sind. Dazu gehört eine Synthese von Mustern auf Systemebene, die mit den hierin beschriebenen Wirkungsgradparameter verbunden sind, einschließlich Tabelle 1. Die Routine 400 übermittelt die Ergebnisse über die Telematikvorrichtung 70 an den Server 95 außerhalb des Fahrzeugs, und diese Iteration endet (423).
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Durch die Verwendung der mit Bezug auf die 2-1, 2-2 und 2-3 beschriebenen Stromsignale sind die von der Routine 400 verwendeten Daten im Vergleich zu Phasenstrom-/Spannungsmessungen in einem bürstenlosen Motor stabiler, robuster und präziser. Darüber hinaus eignen sich die Daten für die Kommunikationsbus mit niedriger Rate zur Ferndiagnose und Prognoseroutine.
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Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das eine Steuerung oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die im computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungen, die die Funktion/den Vorgang, die/der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.
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Während die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren die vorliegenden Lehren unterstützen und beschreiben, wird der Umfang der vorliegenden Lehren jedoch einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind, möglich.