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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Radlagerschadens eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und einen entsprechenden Antriebsstrang mit zumindest einem von einem Elektromotor, welcher mit einem Steuergerät in Signalverbindung steht, angetriebenen, mittels eines Radlagers verdrehbar aufgenommenen Antriebsrad.
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Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen enthalten Räder, die mittels Radlagern an Radträgern verdrehbar und bei gelenkten Achsen auch senkrecht zur Drehachse verschwenkbar aufgenommen sind. Die Radlager sind Verschleiß unterworfen und können bei entsprechender Laufdauer Schädigungen aufweisen, so dass ein Austausch erforderlich wird. Um Schädigungen der Radlager bereits frühzeitig und vor einem deutlich zu vernehmenden Lauf- beziehungsweise Mahlgeräusch zu erkennen, ist aus der Druckschrift
DE 100 20 519 A1 für schienengebundene Fahrzeuge bekannt, mittels eines Schwingungsaufnehmers für Radlager typische Schwingungen zu erfassen. Aus der Druckschrift
DE 10 2011 100 611 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Schädigung eines Radlagers ermittelt wird, indem von einer Sensoreinheit akustische Geräusche aufgezeichnet werden und zur Ermittlung einer Schädigung eines Radlagers das mit der Sensoreinheit erfasste Frequenzspektrum analysiert wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2017 116 733 A1 ist beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit als Radnabenmotoren ausgebildeten Elektromotoren bekannt, wobei Aufbaubewegungen mittels Gegensteuerung der Nabenmotoren abgebaut beziehungsweise verhindert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Erkennung einer Schädigung eines Radlagers mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsrad und eines Antriebsstrangs zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung einer Schädigung eines Radlagers ohne zusätzliche Sensoren und einen entsprechenden Antriebsstrang vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 9 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Gegenstände der Ansprüche 1 und 9 wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Erkennung eines Radlagerschadens eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ohne zusätzliche Bauteile oder Vorrichtungen. Der Antriebsstrang enthält zumindest ein mittels eines Radlagers an einem Radträger aufgenommenes Antriebsrad. Das zumindest eine Antriebsrad ist von einem Elektromotor starr angetrieben, das heißt eine Antriebswelle des Antriebsrads ist direkt mit dem Elektromotor verbunden. Beispielsweise kann der Elektromotor als Radnabenmotor ausgebildet sein. Der Elektromotor kann als Elektromaschine ausgebildet sein, die motorisch oder generatorisch betrieben werden kann. Der Elektromotor wird von einem Steuergerät gesteuert und beispielsweise mittels einer Leistungselektronik angetrieben. Das Steuergerät und der Elektromotor stehen in Signalverbindung zueinander, über die zumindest während dessen Betrieb laufend Betriebsgrößen, beispielsweise eine Rotorlage, ein auf das zumindest eine Antriebsrad wirkendes Drehmoment und dergleichen ausgetauscht werden.
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Um eine Schädigung des Radlagers des zumindest einen Antriebsrads ohne weitere Bauteile oder Vorrichtungen ermitteln zu können, wird zumindest eine Betriebsgröße des Elektromotors ausgewertet. Die zumindest eine Betriebsgröße wird hierbei in vorgegebenen Zeitabständen mit einem Standardwert ohne Schädigung des Radlagers verglichen, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle des Vergleichs auf Schädigung des Radlagers erkannt wird.
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Ein entsprechender Signalverlauf der zumindest einen Betriebsgröße wird hierbei einer geeigneten Softwarelogik unterworfen. Beispielsweise können als Betriebsgrößen das Drehmoment des Elektromotors und dessen Rotorlage ausgewertet werden. Durch die starre, das heißt direkte Anbindung des Elektromotors an das zumindest eine Antriebsrad kann das Drehmoment des Elektromotors über die Zeit ausgewertet und der Raddrehzahl zugeordnet werden.
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Hierbei kann das Drehmoment bei konstanter Raddrehzahl, das heißt konstanter Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem vorgeschlagenen Antriebsstrang erfasst und bezüglich eines Auftretens einer regelmäßigen Frequenz ausgewertet werden. Treten beispielsweise Drehmomentverläufe mit sich regelmäßig abhängig von der Raddrehzahl ändernden Frequenz beispielsweise erster, zweiter oder dritter Ordnung auf, kann auf eine Schädigung geschlossen werden.
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Zur Plausibilisierung einer tatsächlichen Schädigung und Abgrenzung gegenüber anderen Einflüssen oder Artefakten kann die raddrehzahlabhängige Erfassung und Auswertung des Drehmoments beziehungsweise über eine vorgegebene Zeitdauer erfassten Drehmomentverlaufs durch einen Vergleich bei mehreren Raddrehzahlen vorgesehen werden.
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Bei einem Antriebsstrang mit an jeweils einem Antriebsrad vorgesehenen Radnabenmotoren, kann jedes einzelne Radlager eines Antriebsrads durch Auswertung des Drehmomentverlaufs des jeweiligen Radnabenmotors auf Schädigung überprüft werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens sind an zumindest einer angetriebenen Achse, beispielsweise bei einem Vierradantrieb zwei angetriebenen und mittels eines Verteilergetriebes miteinander verbundenen Achsen zwei mittels jeweils eines Radlagers an einem Radträger aufgenommene Antriebsräder vorgesehen, welche mittels eines Differentials von einem Elektromotor angetrieben werden, wobei eine Schädigung eines der beiden Radlager bei Geradeausfahrt ermittelt wird. Die Antriebsräder können gelenkt oder ungelenkt sein. Eine Geradeausfahrt kann mittels eines Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden, wobei die Geradeausfahrt durch einen Lenkwinkel gleich Null erkannt wird.
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Bei einem Antriebsstrang mit Differential und einem einzigen direkt mit den Antriebsrädern starr verbundenen Elektromotor, wobei beispielsweise zwei Antriebsräder an einer einzigen Achse oder mittels eines Verteilergetriebes zwei miteinander verbundene Achsen mit vier Antriebsrädern vorgesehen sein können, kann zur Unterscheidung, an welchem der beiden Antriebsräder einer Achse eine Schädigung des Radlagers vorliegt, das Drehmoment des Elektromotors bei einer Kurvenfahrt, beispielsweise bei einem Lenkwinkel ungleich Null erfasst werden. Hierbei werden anhand einer Frequenzanalyse die unterschiedlichen Raddrehzahlen der Antriebsräder in der Kurve erfasst und das von der Schädigung betroffene Antriebsrad wird anhand der in der Frequenzanalyse ermittelten Frequenz bestimmt.
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Zusätzlich kann zur Unterscheidung von Schädigungssignalen eines Radlagers gegenüber Fremdeinflüssen auf den Drehmomentverlauf des Elektromotors eine Frequenzanalyse, beispielsweise eine Fast-Fourier-Transformation des erfassten Drehmoments durchgeführt und abhängig von einer Frequenz dieser eine Schädigung zumindest eines Radlagers festgestellt werden.
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Beispielsweise kann der Drehmomentverlauf während einer Kurve erfasst und gespeichert werden. Nach Unterziehung einer Fast-Fourier-Transformation des Drehmomentverlaufs kann bei einer gegenüber einer gemittelten Frequenz erhöhten Frequenz auf eine Schädigung des kurvenäußeren Radlagers und bei einer gegenüber einer gemittelten Frequenz erniedrigten Frequenz auf eine Schädigung des kurveninneren Radlagers erkannt werden.
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Die Aufgabe wird auch durch einen Antriebsstrang mit zumindest einem von einem Elektromotor direkt angetriebenen, mittels eines Radlagers an einem Bauteil, beispielsweise einem Radträger eines Fahrwerks verdrehbar aufgenommenen Antriebsrad sowie einem Steuergerät zum Betrieb und Steuerung des zumindest einen Elektromotors gelöst. Das vorgeschlagene Verfahren ist dabei in dem Steuergerät als Routine implementiert.
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Der Antriebsstrang kann zwei bis vier Antriebsräder aufweisen, die mittels Radnabenmotoren angetrieben sind, wobei der jeweils zuständige Radnabenmotor eines Antriebsrads für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens vorgesehen ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Antriebsstrangs ist dieser hybridisch mit einer Brennkraftmaschine und gegebenenfalls einer ersten Elektromaschine, einem Getriebe, einer zweiten Elektromaschine, einem Differenzial und zumindest zwei Antriebsrädern gebildet, wobei zwischen der Brennkraftmaschine und ersten Elektromaschine einerseits und dem Getriebe andererseits eine Reibungskupplung angeordnet ist und eine Ermittlung der Schädigung zumindest eines der Radlager der Antriebsräder gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren mittels der zweiten Elektromaschine vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 ein Diagramm eines Drehmomentverhaltens eines Elektromotors eines
- Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung, 2 ein Diagramm der Amplitude des Drehmoments über die Frequenz nach einer Fast-Fourier-Transformation des Drehmoments der 1 bei einer Schädigung eines ersten Radlagers einer Achse in schematischer Darstellung,
- 3 ein Diagramm der Amplitude des Drehmoments über die Frequenz nach einer Fast-Fourier-Transformation des Drehmoments der 1 bei einer Schädigung eines zweiten Radlagers einer Achse in schematischer Darstellung und
- 4 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem Elektromotor zur Erkennung einer Schädigung eines Radlagers eines Antriebsrads.
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Die 1 zeigt das Diagramm 1 mit den schematisch dargestellten Drehmomentverläufen 2, 3 eines Elektromotors, welcher zumindest ein, bevorzugt zwei Antriebsräder eines beispielsweise in 4 gezeigten Antriebsstrangs antreibt. Der Rotor des Elektromotors ist starr mit einer Antriebsachse der Antriebsräder verbunden. Die Rotorlage und damit die Raddrehzahl sowie die Drehmomentverläufe 2, 3 des Elektromotors werden als Betriebsgrößen des Elektromotors erfasst und zur Ermittlung der Schädigung eines oder mehrerer Radlager herangezogen.
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Der Drehmomentverlauf 2 zeigt das Drehmomentverhalten während eines Antriebs der Achse mit den beiden Antriebsrädern bei nicht geschädigten Radlagern über die Zeit t. Im Wesentlichen wird bei leicht zunehmender Fahrgeschwindigkeit, also leicht zunehmender Raddrehzahl der im Wesentlichen konstante Drehmomentverlauf 2 erfasst.
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Tritt an einem Radlager eine Schädigung auf, verändert sich das Drehmomentverhalten des Antriebsrads und es resultiert der Drehmomentverlauf 3 mit proportional zu den Radumdrehungen auftretenden Momentenspitzen 4.
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Eine grundsätzliche Entscheidung, ob eine Schädigung eines der beiden Radlager der Antriebsräder vorliegt, kann anhand des Drehmomentverlaufs 3 durch Vergleich mit zumindest einem Standardwert, beispielsweise dem beispielsweise in einem Steuergerät abgespeicherten und gegebenenfalls laufend adaptierten Drehmomentverlauf 2 ermittelt werden.
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Mit zunehmender Radrehzahl nimmt die Wellenlänge L der Momentenspitzen 4 ab. Dies kann zur Unterscheidung der beiden Radlager der Antriebsräder genutzt werden. Hierzu wird beispielsweise der Drehmomentverlauf 3 während einer Kurvenfahrt aufgenommen, bei der sich das kurvenäußere Antriebsrad schneller dreht als das kurveninnere Antriebsrad. Im Anschluss erfolgt eine Fast-Fourier-Transformation.
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Die 2 und 3 zeigen die Diagramme 5, 6 mit typischen Ergebnissen einer Fast-Fourier-Transformation des Drehmomentverlaufs 3 der 1 mit der Amplitude A über die Frequenz f in schematischer Darstellung.
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Das Diagramm 5 zeigt eine Amplitude A1 bei der Frequenz f1, das Diagramm 6 eine Amplitude A2 bei höherer Frequenz f2. Aufgrund der mit dem Drehmomentverlauf 3 erfassten Raddrehzahl kann die Amplitude A1 dem mit langsamerer Drehzahl drehenden Antriebsrad und die Amplitude A2 dem mit schnellerer Drehzahl drehenden Antriebsrad zugeordnet werden. Die Amplitude A1 betrifft daher eine Schädigung des Radlagers des kurveninneren Antriebsrads und die Amplitude A2 eine Schädigung des Radlagers des kurvenäußeren Antriebsrads. Hierbei können abhängig von der absoluten, mittleren Raddrehzahl bei unterschiedlichen Kurvenradien, die beispielsweise mittels des Lenkwinkels ermittelt werden, entsprechende Frequenzbereiche für jeweils das kurvenäußere und für das kurveninnere Antriebsrad in einem Steuergerät hinterlegt werden, mittels des Vorzeichens des Lenkwinkels kann dabei das linke vom rechten Antriebsrad unterschieden werden.
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Die 4 zeigt den stark vereinfachten hybridischen Antriebsstrang 7 in schematischer Darstellung mit lediglich einem Antriebsrad 8. Das Antriebsrad 8 ist an dem Radträger 9 mittels des Radlagers 10 verdrehbar aufgenommen. Das Antriebsrad 8 wird mittels der Antriebswelle 11 angetrieben. Die Antriebswelle 11 wird mittels des Elektromotors 12 beziehungsweise mittels der durch die Reibungskupplung 13 verbindbaren Antriebseinheit 14 angetrieben. Die Antriebseinheit 14 enthält den Elektromotor 15 und die Brennkraftmaschine 16. Der Elektromotor 12 und/oder der Elektromotor 15 sind als Elektromaschinen für den motorischen und generatorischen Betrieb vorgesehen. Zwischen der Reibungskupplung 13 und dem Elektromotor 12 kann ein nicht dargestelltes 1-Gang-Getriebe angeordnet sein.
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Die Erkennung der Schädigung des Radlagers 10 erfolgt mittels des direkt, das heißt starr mit dem Antriebsrad 8 verbundenen Elektromotor 12. Das Drehmoment und die Rotordrehzahl und damit die Raddrehzahl des Elektromotors 12 wird laufend von dem die Elektromotoren 12, 15 und die Brennkraftmaschine 16 steuernden Steuergerät 17 über die Signalverbindung 18 erfasst und abgespeichert. Bei einem Anzeichen einer Schädigung oder laufend in vorgegebenen Zeitabständen wird in dem Steuergerät 17 eine Routine zur Erkennung einer Schädigung des Radlagers 10 durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Diagramm
- 2
- Drehmomentverlauf
- 3
- Drehmomentverlauf
- 4
- Momentenspitze
- 5
- Diagramm
- 6
- Diagramm
- 7
- Antriebsstrang
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Radträger
- 10
- Radlager
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Elektromotor
- 13
- Reibungskupplung
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Elektromotor
- 16
- Brennkraftmaschine
- 17
- Steuergerät
- 18
- Signalverbindung
- A
- Amplitude
- A1
- Amplitude
- A2
- Amplitude
- f
- Frequenz
- f1
- Frequenz
- f2
- Frequenz
- L
- Wellenlänge
- M
- Moment
- t
- Zeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10020519 A1 [0002]
- DE 102011100611 A1 [0002]
- DE 102017116733 A1 [0003]
