DE102018209947A1 - Method and control device for operating a drive machine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsmaschine (2) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die zumindest eine antreibbare Ausgangswelle (9) aufweist, wobei eine Drehzahl der Ausgangswelle (9) mittels eines pro Umdrehung der Ausgangswelle (9) mehrere Drehzahlsignale erzeugenden Sensors (10) überwacht wird, und wobei in Abhängigkeit von der überwachten Drehzahl eine Fehlfunktion insbesondere der Antriebsmaschine (2) ermittelt wird. Es ist vorgesehen, dass ein Frequenzgang eines erfassten Drehzahlverlaufs ermittelt und eine Fehlfunktion in Abhängigkeit von dem erfassten Frequenzgang bestimmt wird.The invention relates to a method for operating an electric drive machine (2), in particular of a motor vehicle, which has at least one drivable output shaft (9), wherein a speed of the output shaft (9) by means of a sensor (10) generating a plurality of speed signals per revolution of the output shaft (9) ) is monitored, and a malfunction, in particular of the drive machine (2), is determined as a function of the monitored speed. It is provided that a frequency response of a detected speed curve is determined and a malfunction is determined as a function of the detected frequency response.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die zumindest eine antreibbare Ausgangswelle aufweist, wobei eine Drehzahl der Ausgangswelle mittels eines pro Umdrehung der Ausgangswelle mehrere Drehzahlsignale erzeugenden Sensors überwacht wird, und wobei in Abhängigkeit von der überwachten Drehzahl eine Fehlfunktion insbesondere der Antriebsmaschine ermittelt wird.The invention relates to a method for operating an electric drive machine, in particular a motor vehicle, which has at least one drivable output shaft, a speed of the output shaft being monitored by means of a sensor generating a plurality of speed signals per revolution of the output shaft, and in particular a malfunction depending on the monitored speed the drive machine is determined.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens sowie eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Steuergerät.Furthermore, the invention relates to a control device for carrying out the aforementioned method and a drive device of a motor vehicle with such a control device.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren, Steuergeräte und Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen steigen auch die Anforderungen an die Leistungselektronik, welche die Gleichspannung einer Hochspannungsbatterie in eine Wechselspannung zum Antreiben einer elektrischen Maschine wandelt. Die Regelgüte beziehungsweise Genauigkeit hängt dabei stark von der Genauigkeit der Drehzahlerfassung ab. Deshalb werden gerade bei hybrid oder vollelektrischen Antriebssystemen aufwendige und teure Sensorsysteme eingesetzt, deren Signale in der Leistungselektronik ausgewertet werden. Dabei ist es bekannt, mittels Digitalsensoren, insbesondere Hall-Sensoren oder induktive Sensoren, die Drehzahl der Ausgangswelle mithilfe eines Signalgebers, der insbesondere ein sogenanntes 60-2-Zähnerad bildet, verwendet. Das Drehzahlsignal wird dabei auch zur Verwendung der Aussetzererkennung benutzt, bei dem minimale Drehzahlschwankungen aufgrund einer fehlerhaften Verbrennung eines Verbrennungsmotors ausgewertet werden. Insoweit wird dabei die Drehzahl des Verbrennungsmotors des Hybridantriebssystems überwacht. Um die notwendige Genauigkeit zu erreichen, werden hierbei aufwendige Adaptionsverfahren eingesetzt, wobei der Signalgeber (Geberrad) im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors drehzahlabhängig vermessen wird. Die gelernten mechanischen Toleranzen und Ungenauigkeiten des Geberrads werden dann anschließend bei der Drehzahlerfassung eingerechnet. Zusätzlich ist es ebenfalls bekannt, unter Last noch Torsionsschwingungen der Kurbelwelle, die das Drehzahlsignal überlagern, ebenfalls zu adaptieren und wieder einzurechnen. Auch sind Verfahren bekannt, bei denen eine komplexe spektrale Auswertung des Drehzahlsignals vorgenommen wurde.Methods, control devices and drive devices of the type mentioned at the outset are already known from the prior art. With the increasing electrification of motor vehicles, the requirements placed on the power electronics also increase, which converts the direct voltage of a high-voltage battery into an alternating voltage for driving an electrical machine. The control quality or accuracy strongly depends on the accuracy of the speed detection. That is why complex and expensive sensor systems are used in hybrid or fully electric drive systems, whose signals are evaluated in the power electronics. It is known to use digital sensors, in particular Hall sensors or inductive sensors, to use the speed of the output shaft with the aid of a signal transmitter, which in particular forms a so-called 60-2 toothed wheel. The speed signal is also used to use misfire detection, in which minimal speed fluctuations due to faulty combustion of an internal combustion engine are evaluated. To this extent, the speed of the internal combustion engine of the hybrid drive system is monitored. In order to achieve the necessary accuracy, complex adaptation methods are used, the signal transmitter (sensor wheel) being measured as a function of the speed when the internal combustion engine is coasting. The learned mechanical tolerances and inaccuracies of the encoder wheel are then included in the speed measurement. In addition, it is also known to adapt and recalculate torsional vibrations of the crankshaft, which superimpose the speed signal, under load. Methods are also known in which a complex spectral evaluation of the speed signal has been carried out.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine laufende Überwachung der Drehzahl im Fahrbetrieb beziehungsweise während der Verwendung des Antriebssystems dazu genutzt wird, eine Fehlfunktion der Antriebsmaschine, sei es eine Verbrennungskraftmaschine oder eine elektrische Maschine, zu erkennen und auszuwerten. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass ein Frequenzgang eines erfassten Drehzahlverlaufs ermittelt und eine Fehlfunktion in Abhängigkeit von dem erfassten Frequenzgang bestimmt wird. Der Frequenzgang wird insbesondere mittels komplexer spektraler Auswertung berechnet und dann auf Auffälligkeiten untersucht. Aus diesen Auffälligkeiten wird dann die Fehlfunktion insbesondere der elektrischen Maschine erkannt.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that continuous monitoring of the rotational speed during driving operation or during use of the drive system is used to detect and evaluate a malfunction of the drive machine, be it an internal combustion engine or an electrical machine. To this end, it is provided according to the invention that a frequency response of a detected speed curve is determined and a malfunction is determined as a function of the detected frequency response. The frequency response is calculated in particular by means of complex spectral evaluation and then examined for abnormalities. The malfunction, in particular of the electrical machine, is then recognized from these abnormalities.
Hier ist es insbesondere vorgesehen, dass für jede erwartete Fehlfunktion jeweils ein Referenzfrequenzgang zuvor gespeichert wird. Dadurch wird eine Vergleichsbasis bereitgestellt, mit welcher der aktuell erfasste Frequenzgang verglichen werden kann, um die Fehlfunktion zu bestimmen. Der erfasste Frequenzgang wird dann mit jedem zuvor gespeicherten Referenzfrequenzgang verglichen, um die aktuell vorliegende Fehlfunktion festzustellen.In particular, it is provided here that a reference frequency response is previously stored for each expected malfunction. This provides a basis for comparison with which the currently recorded frequency response can be compared in order to determine the malfunction. The detected frequency response is then compared with each previously stored reference frequency response in order to determine the current malfunction.
Bevorzugt wird der Frequenzgang in einem vorgegebenen Drehzahlbereich, insbesondere von 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, ermittelt. Hierdurch wird eine verlässliche Basis zur Ermittlung des Frequenzgangs sowie eine vorteilhafte Auswertung gewährleistet.The frequency response is preferably determined in a predetermined speed range, in particular from 2000 to 3000 revolutions per minute. This ensures a reliable basis for determining the frequency response and an advantageous evaluation.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Frequenzgang in einem vorgegebenen Temperaturbereich, insbesondere von etwa 100°C bis 120°C, ermittelt wird. In diesem Temperaturbereich weist die elektrische Maschine eine übliche Betriebstemperatur auf, sodass beispielsweise das Erkennen von Fehlfunktionen aufgrund einer zu niedrigen Betriebstemperatur vermieden beziehungsweise ausgeschlossen wird.In addition, it is preferably provided that the frequency response is determined in a predetermined temperature range, in particular from approximately 100 ° C. to 120 ° C. In this temperature range, the electrical machine has a normal operating temperature, so that, for example, the detection of malfunctions due to an operating temperature that is too low is avoided or excluded.
Bevorzugt wird der Frequenzgang mehrfach ermittelt und dann gemittelt. Es ist dabei also vorgesehen, dass der Frequenzgang mehrfach ermittelt wird, insbesondere zeitlich nacheinander, um dann aus den mehrfach ermittelten Frequenzgängen einen gemittelten Frequenzgang bestimmen, der dann dem Vergleich mit den Referenzfrequenzgängen zugrunde gelegt wird.The frequency response is preferably determined several times and then averaged. It is thus provided that the frequency response is determined several times, in particular chronologically one after the other, in order then to determine an average frequency response from the frequency responses which are determined multiple times, which is then used as the basis for the comparison with the reference frequency responses.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass bei der Bestimmung einer Übereinstimmung des Frequenzgangs mit einem Referenzfrequenzgang ein Ähnlichkeitswert ermittelt wird. Der Ähnlichkeitswert gibt eine Aussage darüber, wie nahe der erfasste Frequenzgang dem zuvor gespeicherten Referenzfrequenzgang ist, und damit wie wahrscheinlich das Vorliegen der Fehlfunktion ist.Furthermore, it is preferably provided that a similarity value is determined when determining a correspondence between the frequency response and a reference frequency response. The similarity value gives an indication of how close the captured Frequency response is the previously stored reference frequency response, and thus how likely the malfunction is.
Aus mehreren ermittelten Ähnlichkeitswerten wird bevorzugt zur Bestimmung der Fehlfunktion der plausibelste Ähnlichkeitswert ausgewählt. Dies ist beispielsweise der höchste Ähnlichkeitswert, der auf die höchste Übereinstimmung der Referenzfrequenzgänge hinweist.The most plausible similarity value is preferably selected from a plurality of determined similarity values in order to determine the malfunction. For example, this is the highest similarity value, which indicates the highest correspondence between the reference frequency responses.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zum Bestimmen der Fehlfunktion der jeweils erfasste Ähnlichkeitswert mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Ähnlichkeitswert nur dann bei der Bestimmung der Fehlfunktion berücksichtigt wird, wenn er den vorgenannten Schwellwert überschreitet. Dadurch wird die Sicherheit vor einer Fehldiagnose erhöht.Furthermore, it is preferably provided that, in order to determine the malfunction, the respectively detected similarity value is compared with a predefined threshold value. In particular, it is provided that the similarity value is only taken into account when determining the malfunction if it exceeds the aforementioned threshold value. This increases security against misdiagnosis.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Antriebsmaschine in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl und der ermittelten Fehlfunktion angesteuert wird. Unter Berücksichtigung der ermittelten Fehlfunktion wird insbesondere die Drehzahl korrigiert beziehungsweise ein Drehzahlfehler kompensiert, sodass eine genaue Ansteuerung der Leistungselektronik zum Betreiben der elektrischen Maschine durchgeführt werden kann.Furthermore, it is preferably provided that the electric drive machine is controlled as a function of the detected speed and the determined malfunction. Taking into account the ascertained malfunction, in particular the rotational speed is corrected or a rotational speed error is compensated, so that precise control of the power electronics for operating the electrical machine can be carried out.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Bestimmung der Fehlfunktion ein neuronales Netz genutzt wird, durch welches Fehlerfälle vorab in einer Applikationsphase erlernt werden und damit besonders sicher später erkannt werden können.Furthermore, it is preferably provided that a neural network is used to determine the malfunction, by means of which errors are learned in advance in an application phase and can thus be identified particularly reliably later.
Besonders bevorzugt werden als Fehlfunktion ein Lagerschaden, eine Geräuschemission, Drehzahl- oder Drehmomentschwankungen und/oder die Höhe eines Drehmoments ermittelt.Bearing damage, noise emission, speed or torque fluctuations and / or the amount of torque are particularly preferably determined as a malfunction.
Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich dadurch aus, dass es speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.The control device according to the invention with the features of
Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 zeichnet sich durch eine elektrische Maschine aus, die durch eine Leistungselektronik betreibbar ist, sowie durch ein Steuergerät, das speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es handelt sich dabei insbesondere um das erfindungsgemäße Steuergerät. Es ergeben sich auch dadurch die bereits genannten Vorteile.The drive system according to the invention for a motor vehicle with the features of
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung, -
2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Antriebsvorrichtung, und -
3 ein Ausführungsbeispiel des vorteilhaften Verfahrens.
-
1 a drive device of a motor vehicle in a simplified representation, -
2 an advantageous method for operating the drive device, and -
3 an embodiment of the advantageous method.
Zur Ansteuerung der Schalter der Leitungselektronik
In einem Schritt
Optional wird das Drehzahlsignal im Schritt
Im Folgenden wird in einem Schritt
In einem darauffolgenden Schritt
Bei dem Vergleich wird ein Ähnlichkeitswert ÄW zwischen dem Frequenzgang
In Abhängigkeit der erfassten Ähnlichkeitswerte wird somit bestimmt, ob und wenn ja welche Fehlfunktion vorliegt. Dazu wird der jeweilige Ähnlichkeitswert beispielsweise mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen, bei dessen Überschreiten auf das Vorliegen der jeweiligen Fehlfunktion geschlossen wird.Depending on the detected similarity values, it is thus determined whether and if so which malfunction is present. For this purpose, the respective similarity value is compared, for example, with a predeterminable threshold value, the exceeding of which indicates the presence of the respective malfunction.
Die dadurch ermittelten Fehlerfunktionen werden im Schritt
Das beschriebene Verfahren kann auf sämtliche Antriebssysteme mit einer elektrischen Maschine als Antriebsmaschine übertragen werden, wie beispielsweise auch auf eine elektrische Lenkung oder eines Drehantriebs. Die Betrachtung der Frequenzänderung über die Fahrzeuglebensdauer, das heißt eine Speicherung der Werte im Neuzustand und ein späterer Vergleich mit später gemessenen Werten (unter gleichen Betriebsbedingungen) über die Lebensdauer wird optional durchgeführt, um schleichende Veränderungen zu erfassen.The described method can be transferred to all drive systems with an electrical machine as the drive machine, such as, for example, also to an electrical steering system or a rotary drive. The observation of the frequency change over the life of the vehicle, i.e. storing the values in new condition and a later comparison with later measured values (under the same operating conditions) over the life, is optionally carried out in order to record gradual changes.
Optional werden außerdem auch der Gradient der Änderung bei gleicher Frequenz ausgewertet. So wird beispielsweise bei langsamen Änderungen eine übliche Alterung vermutet. Bei schnellen Änderungen wird von einer zunehmenden Schädigung ausgegangen. Bevorzugt erfolgt die Ähnlichkeitserkennung beziehungsweise die Prüfung der Übereinstimmung zwischen dem erfassten Frequenz, und den zuvor gespeicherten Frequenzgängen mithilfe eines oder mehrerer neuronaler Netze beziehungsweise entsprechende Algorithmen. Dies hat den Vorteil, dass die Fehlerfälle vorab in eine Applikationsphase „gelernt“ werden können. Während gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rechenvorgänge durch das Steuergerät
Bevorzugt werden als Fehlfunktionen die folgenden Mittel zuvor gespeicherter Frequenzgänge dem Vergleich zugrunde gelegt:The following means of previously stored frequency responses are preferably used as the basis for the comparison as malfunctions:
Erkennung eines Lagerschadens: Aufgrund von Funkenüberschlägen kann es zu einer schleichenden Schädigung eines Kugellagers der elektrischen Maschine
Indirekte Erkennung von Geräuschemissionen: Die Geräuschemissionen können beispielsweise aufgrund von Unwuchten oder Vibrationen, beispielsweise aufgrund magnetischer Krafteinwirkung, auftreten. Die magnetische Krafteinwirkung kann zu einer Verformung von Rotor
Messung von Drehzahl- beziehungsweise Drehmomentschwankungen: Abhängig von verschiedenen Ansteuerverfahren, beispielsweise Blockbetrieb bei verschiedenen Taktfrequenzen, können in Abhängigkeit des erfassten Frequenzgangs Drehzahl- beziehungsweise Drehmomentschwankungen erfasst und ausgewertet werden.Measurement of speed or torque fluctuations: Depending on the various control methods, for example block operation at different clock frequencies, speed or torque fluctuations can be recorded and evaluated depending on the frequency response detected.
Bestimmungen des Drehmoments: Im Blockbetrieb ist es beispielsweise möglich, mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens grob die Höhe des Drehmoments zu ermitteln und vorzugsweise bei niedrigen Drehzahlen, beispielsweise im Anfahrbetrieb, unter anderem zur Kontrolle beziehungsweise Überwachung der Ansteuerung zu nutzen.Determination of the torque: In block operation it is possible, for example, to roughly determine the amount of torque using the method described above and to use it preferably at low speeds, for example in start-up operation, for example to control or monitor the activation.
Erkennung von Getriebeschäden: In Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung treten beispielsweise bei Zahndefekten charakteristische Frequenzgänge auf. Diese können durch das vorliegende Verfahren ebenfalls erfasst werden.Detection of gear damage: Depending on the gear ratio, characteristic frequency responses occur, for example, in the case of tooth defects. These can also be recorded using the present method.
Claims (12)
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DE102018209947.2A DE102018209947A1 (en) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Method and control device for operating a drive machine of a motor vehicle |
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Cited By (1)
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CN111994087A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国第一汽车股份有限公司 | Driving assisting method, system, vehicle and medium |
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2018
- 2018-06-20 DE DE102018209947.2A patent/DE102018209947A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111994087A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国第一汽车股份有限公司 | Driving assisting method, system, vehicle and medium |
CN111994087B (en) * | 2020-09-02 | 2021-11-05 | 中国第一汽车股份有限公司 | Driving assisting method, system, vehicle and medium |
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