DE102019219860A1

DE102019219860A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente eines Fahrmischers

Info

Publication number: DE102019219860A1
Application number: DE102019219860.0A
Authority: DE
Inventors: Helmut Eymüller; Raphael Zohner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente eines Fahrmischers, der mit zumindest einer elektrischen Antriebseinrichtung zum Antrieb mindestens einer Betriebseinrichtung des Fahrmischers ausgestattet ist, weist die folgenden Schritte auf: (S1) Erfassen eines belastungsrelevanten Wertes an der zumindest einen elektrischen Systemkomponente; (S2) Bestimmen von Extremwertpaaren aus angrenzenden Extremwerten im zeitlichen Verlauf der Erfassung des belastungsrelevanten Wertes und Bestimmen der Zeitspanne zwischen angrenzenden Extremwerten des jeweiligen Extremwertpaares; (S3) Erstellung und Speichern eines Ereignisdatensatzes für jeweils ein Extremwertpaar; (S4) Durchführung einer Klassierung der Ereignisdatensätze und (S5) Berechnung zumindest eines sich auf den Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente beziehenden Belastungsparameters. Der Fahrmischer weist eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente eines Fahrmischers. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrmischer mit einer Steuerungseinrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens zur Bestimmung des Belastungszustands eingerichtet ist.
Stand der Technik
Nutzfahrzeuge mit Mischtrommeln, die auch allgemein als Fahrmischer bezeichnet werden, wurden bisher mit der Ausgangsleistung eines Verbrennungsmotors und gegebenenfalls mit hydraulischen Komponenten betrieben. Insbesondere die Mischtrommel wurde dabei über einen Hydraulikmotor angetrieben, der relativ einfach aufgebaut ist und nur begrenzte Steuerungs- und Diagnosemöglichkeiten bereitstellt. In der Vergangenheit wurden Antriebssysteme für Fahrmischer vorgeschlagen, die zumindest teilweise einen elektrischen Antrieb verwenden. Dabei sind insbesondere Fahrmischer bekannt, bei denen die Mischtrommel durch einen Elektromotor angetrieben wird. Derartige Fahrmischer, bei denen die Mischtrommel durch einen Elektromotor angetrieben wird, sind beispielsweise in DE1683817A1 und DE102018205426A1 offenbart.
Darstellung der Erfindung
Ein Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente eines Fahrmischers ist vorgesehen, wobei der Fahrmischer mit zumindest einer elektrischen Antriebseinrichtung zum Antrieb mindestens einer Betriebseinrichtung des Fahrmischers ausgestattet ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines belastungsrelevanten Wertes an der zumindest einen elektrischen Systemkomponente; Bestimmen von Extremwertpaaren aus angrenzenden Extremwerten im zeitlichen Verlauf der Erfassung des belastungsrelevanten Wertes und Bestimmen der Zeitspanne zwischen angrenzenden Extremwerten des jeweiligen Extremwertpaares; Erstellung und Speichern eines Ereignisdatensatzes für jeweils ein Extremwertpaar, wobei jeder Ereignisdatensatz einen Differenzwert zwischen den Extremwerten des jeweiligen Extremwertpaares sowie die Zeitspanne zwischen den jeweiligen angrenzenden Extremwerten umfasst; Durchführen einer Klassierung der Ereignisdatensätze; und Berechnung zumindest eines sich auf dem Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente beziehenden Belastungsparameters.
Der Belastungszustand kann dabei ein zeitvarianter Zustand sein, der für die Funktion der elektrischen Systemkomponente relevant ist. Insbesondere kann der Belastungszustand sich im Zeitverlauf verändern, sodass sich die Funktionssicherheit der elektrischen Systemkomponente in Abhängigkeit von dem Belastungszustand verändert und insbesondere verschlechtert.
Der Belastungszustand kann Einfluss haben auf die Leistungsfähigkeit der elektrischen Systemkomponente und insbesondere kann der Belastungszustand sich auf eine maximale Leistung der elektrischen Systemkomponente beziehen. Ferner kann sich der Belastungszustand auf eine Ausfallsicherheit der elektrischen Systemkomponente im Betrieb beziehen. Belastungsrelevante Werte an der zumindest einen elektrischen Systemkomponente können erfassbare Werte sein, die die Funktion der elektrischen Systemkomponente beeinflussen und insbesondere beeinträchtigen.
Die belastungsrelevanten Werte können kontinuierlich oder diskret während des Betriebs der elektrischen Systemkomponente erfasst werden. Die Erfassung kann eine direkte oder indirekte Erfassung des belastungsrelevanten Wertes umfassen. Die Bestimmung von Extremwertpaaren aus angrenzenden Extremwerten im zeitlichen Verlauf kann durch Auswertung des kontinuierlich erfassten belastungsrelevanten Wertes erfolgen. Alternativ kann die Bestimmung von Extremwertpaaren aus angrenzenden Extremwerten im zeitlichen Verlauf durch Extrapolation von diskret erfassten belastungsrelevanten Werten erfolgen. Insbesondere kann ein Extremwert des erfassten belastungsrelevanten Wertes durch eine Bewertung der Gradienten des Verlaufs des belastungsrelevanten Wertes über der Zeit erfolgen. Dabei kann ein Wechsel von einem positiven Gradienten zu einem negativen Gradienten auf einen Hochpunkt als Extremwert hinweisen und kann ein Wechsel von einem negativen Gradienten zu einem positiven Gradienten auf einen Tiefpunkt als Extremwert hinweisen.
Die Bestimmung von Extremwertpaaren kann durch Auswertung des Verlaufs des belastungsrelevanten Wertes über der Zeit und der hierbei erfassten Extremwerte erfolgen. Die Erstellung eines Ereignisdatensatzes kann dann erfolgen, wenn auf die Erfassung eines Extremwertes ein weiterer Extremwert erfasst wurde und somit die zugehörige Zeitspanne zwischen den angrenzenden Extremwerten ermittelt wurde. Die Ereignisdatensätze können zusätzlich eine Zeitinformation enthalten, die den Erfassungszeitpunkt von einem der zugehörigen Extremwerte angeben kann.
Die Klassierung der Ereignisdatensätze kann auf der Grundlage von den verfügbaren Informationen erfolgen. Dabei können bei der Klassierung der Ereignisdatensätze Faktoren verwendet werden, die sich auf die Relevanz des Ereignisdatensatzes für den Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente beziehen. Für die Berechnung zumindest eines sich auf dem Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente beziehenden Belastungsparameters können Rechenvorschriften verwendet werden, die geeignet für die Zusammenfassung der klassierten Ereignisdatensätze sind. Der Belastungsparameter kann dabei ein Parameter sein, der die Belastung der elektrischen Systemkomponente aufgrund der betrieblichen Verwendung der elektrischen Systemkomponente angibt.
Bei dem Verfahren kann jedes Extremwertpaar aus einem Tiefpunkt und einem zeitlich darauffolgenden Hochpunkt des belastungsrelevanten Wertes oder aus einem Hochpunkt und einem zeitlich darauffolgenden Tiefpunkt des belastungsrelevanten Wertes bestehen. Zwischen den Extremwerten eines Extremwertpaares liegen somit keine weiteren Extremwerte vor. Dabei kann vorgesehen sein, dass Wendepunkte nicht berücksichtigt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass Verläufe des Messwertes im Zeitverlauf, die nicht unter die Definition eines Extremwertes fallen, nicht berücksichtigt werden.
Bei dem Verfahren können die Ereignisdatensätze in zeitlicher Abfolge des Auftretens in einem Speicher abgelegt werden. Mit dieser Vorgehensweise kann auf die Zuordnung einer absoluten Zeit zu einem jeweiligen Ereignisdatensatz verzichtet werden, da die in der zeitlichen Abfolge abgelegten Ereignisdatensätze entsprechende Zeitspannen enthalten, die zwischen den Extremwerten des Extremwertpaares liegen.
Bei dem Verfahren kann bei der Erfassung eines Extremwertes ein Zeitzähler in Gang gesetzt werden und die verstrichene Zeit bis zur Erfassung eines nachfolgenden Extremwertes bestimmt und dem aus den Extremwerten bestehenden Extremwertpaar zur Erstellung des Datensatzes zugeordnet werden. Insofern kann ein erster Extremwert, der einen Zeitzähler für einen entsprechenden Ereignisdatensatz in Gang setzt, ein Extremwert eines vorhergehenden Extremwertpaares sein, der den Zeitzähler des vorhergehenden Extremwertpaares beendet.
Bei dem Verfahren kann bei Inbetriebnahme der elektrischen Systemkomponente als Anfangswert des belastungsrelevanten Wertes der Extremwert als Tiefpunkt definiert werden. Insbesondere bei einer initialen Inbetriebnahme der elektrischen Systemkomponente liegt kein vorhergehender Extremwert vor, der für die Bewertung des ersten Extremwertpaares ausgewertet werden kann. Wenn davon ausgegangen werden kann, dass der belastungsrelevante Wert im Betrieb zunächst ansteigt, wird zweckmäßig der Anfangswert als Tiefpunkt definiert, sodass die Bestimmung des initialen Ereignisdatensatzes ermöglicht wird. Für den Fall einer elektrischen Systemkomponente, bei der üblicherweise ein belastungsrelevanter Wert bei initialer Inbetriebnahme abfällt, kann der Extremwert bei Inbetriebnahme alternativ als Hochpunkt definiert werden.
Bei dem Verfahren kann auf der Grundlage von jedem Ereignisdatensatz jeweils ein Ereignisparameter erzeugt werden, der durch Gewichtung von Differenzwert zwischen den Extremwerten und zugehöriger Zeitspanne zwischen den Extremwerten bestimmt wird. Der Ereignisparameter kann durch die Verwendung eines vorbestimmten Exponenten und zusätzlich oder alternativ durch Multiplikation mit einem Relevanzfaktor erzeugt werden. Der Differenzwert zwischen den Extremwerten ist dabei für einen Ereignisdatensatz positiv, wenn der Gradient zwischen den Extremwerten eines Extremwertpaares positiv ist, und ist negativ, wenn der Gradient zwischen den Extremwerten eines Extremwertpaares negativ ist.
Bei dem Verfahren kann die Gewichtung auf der Grundlage von empirischen Werten erfolgen. Insbesondere kann auf der Grundlage von Feldversuchen eine Berechnungsvorschrift bestimmt werden, mit der die Gewichtung zur Erzeugung eines Ereignisparameters möglichst nah an die tatsächliche Relevanz des Ereignisses angenähert werden kann.
Bei dem Verfahren können die in zeitlicher Abfolge erzeugten Ereignisparameter kontinuierlich aufsummiert werden und auf der Basis der aufsummierten Ereignisparameter kann zumindest ein Belastungsparameter erzeugt werden. Insbesondere wenn die Ereignisparameter durch Gewichtung im Hinblick auf die Relevanz der Ereignisse auf die Belastung der elektrischen Systemkomponente erzeugt werden, kann der durch Aufsummieren der Ereignisparameter erzeugte Belastungsparameter als Zahlenwert den Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente wiedergeben.
Bei dem Verfahren kann die zumindest eine elektrische Systemkomponente des Fahrmischers ein elektrischer Wandler mit elektrischen Schaltelementen zum Antrieb der zumindest einen elektrischen Antriebseinrichtung sein, wobei der belastungsrelevante Wert eine erfasste Temperatur an zumindest einem der elektrischen Schaltelemente sein kann. Ein elektrischer Wandler wird insbesondere thermischen Belastungen durch den Betrieb ausgesetzt, die die elektrischen Schaltelemente im Verlauf des Betriebs belasten und insbesondere schädigen können. Die Verwendung von Extremwerten bei dem vorliegenden Verfahren kann im Zusammenhang mit der Anwendung auf einen elektrischen Wandler einen Tiefpunkt beziehungsweise einen Hochpunkt der an zumindest einem Schaltelement vorliegenden Temperatur bedeuten. Dabei ist die Verwendung des Verfahrens besonders vorteilhaft, da insbesondere fluktuierende Temperaturbedingungen an den Schaltelementen eines elektrischen Wandlers besonders relevant für den Belastungs- und insbesondere Schädigungszustand sind.
Bei dem Verfahren kann der zumindest eine Belastungsparameter über eine Schnittstelle für die Steuerung des Fahrmischers verfügbar gemacht werden. Dabei kann die Betriebsweise von Elementen des Fahrmischers an einen aktuell vorliegenden Belastungsparameter angepasst werden. Beispielsweise kann ein maximales Drehmoment eines Elektromotors des Fahrmischers verringert werden, wenn der vorliegende Belastungsparameter auf einen entsprechenden Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente, insbesondere des elektrischen Wandlers, hinweist. Ferner ist es möglich, eine Abschaltung von einzelnen Systemkomponenten des Fahrmischers auf der Grundlage des Belastungsparameters vorzunehmen. Zudem kann auf der Grundlage des Belastungsparameters eine Information beispielsweise auf einer Anzeige oder Ähnlichem bereitgestellt werden, die dem Betreiber des Fahrmischers einen Hinweis gibt, die Betriebsweise des Fahrmischers entsprechend anzupassen.
Bei dem Verfahren kann die elektrische Antriebseinrichtung des Fahrmischers als Elektromotor zum Betrieb der Betriebseinrichtung ausgebildet sein. Die Betriebseinrichtung kann als Mischtrommel des Fahrmischers ausgebildet sein. Mischtrommeln von Fahrmischern werden regelmäßig hohen fluktuierenden Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der hohen und ebenfalls fluktuierenden Belastung des Elektromotors zum Betrieb der Mischtrommel wird auch der elektrische Wandler zur Bereitstellung der elektrischen Leistung für den Elektromotor der Mischtrommel einer hohen und fluktuierenden Belastung ausgesetzt. Daher ist das vorgeschlagene Verfahren besonders vorteilhaft auf einen Fahrmischer mit elektrisch betriebener Mischtrommel anwendbar.
Ein Fahrmischer ist mit einer durch einen Elektromotor betriebenen Mischtrommel und einem elektrischen Wandler zur Bereitstellung von elektrischer Leistung für den Elektromotor aus einer Energiequelle vorgesehen. Der Fahrmischer kann ferner mit einer Steuerungseinrichtung mit einer Speichereinrichtung, einem Prozessor und Eingangs- und Ausgangsschnittstellen zur Aufnahme und Abgabe von Signalen ausgestatten sein. Dabei ist die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung eingerichtet.
Der Fahrmischer kann mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet sein, die Leistung für den Fahrantrieb und die Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen ist. Dabei kann ein Generator verwendet werden, der die Leistung der Brennkraftmaschine in elektrische Leistung umwandelt. Die elektrische Leistung kann in dem elektrischen Wandler gewandelt und geeignet für den Elektromotor zum Antrieb der Mischtrommel bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Batterie als Energiequelle vorgesehen sein, die mit dem elektrischen Wandler gekoppelt ist. Somit kann der Elektromotor zum Betrieb der Mischtrommel mit der in der Batterie gespeicherten Energie betrieben werden.
Der Fahrmischer kann auch mit einem elektrischen Fahrantrieb versehen sein. Der elektrische Fahrantrieb kann dabei durch ein Hybridantriebssystem mit einer Kombination von Brennkraftmaschine und Elektromotor umgesetzt werden. Der Fahrmischer kann auch als vollelektrisches Fahrzeug ausgebildet sein, bei dem die elektrischen Antriebe über die elektrische Leistung einer Batterie angetrieben werden. Die elektrische Antriebseinrichtung des Fahrmischers kann somit auch ein Elektromotor sein, der für den Fahrantrieb des Fahrmischers eingesetzt wird. Außerdem kann die elektrische Systemkomponente auch ein elektrischer Wandler sein, der für den Fahrantrieb des Fahrmischers eingesetzt wird.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das die Schritte des Verfahrens zur Bestimmung eines Belastungszustands in einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Diagramm, das den Verlauf der Temperatur an Schaltelementen eines elektrischen Wandlers im zeitlichen Verlauf darstellt;
3 ist ein Diagramm, das einen Ausschnitt des Diagramms von 2 darstellt und das zusätzlich die Funktionsweise des Zeitzählers in einer Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Diagramm, das zur Erläuterung des Verfahrens in einer Ausführungsform verwendet wird; und
5 ist eine schematische Darstellung eines Fahrmischers, auf den das Verfahren angewendet wird.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es ist anzumerken, dass die folgenden Ausführungsformen lediglich beispielhafter Natur sind und Abwandlungen und Ergänzungen möglich sind.
Zunächst wird der Aufbau eines Fahrmischers 1, auf den das Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente angewendet werden kann, unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt den Fahrmischer 1 in einer Seitenansicht. Der Fahrmischer 1 weist in bekannter Weise ein Fahrgestell mit Rädern, ein Führerhaus, sowie einen Rahmen auf. Auf dem Rahmen ist hinter dem Führerhaus des Fahrmischers 1 eine Mischtrommel 2 vorgesehen. Die Mischtrommel 2 ist drehbar gelagert, sodass die Mischtrommel 2 um ihre Rotationsachse gedreht werden kann. Die Mischtrommel 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform an dem hinteren Abschnitt offen, sodass Mischgut eingefüllt und abgeführt werden kann. Das Mischgut kann jede Beschaffenheit haben, die in die Mischtrommel 2 eingefüllt werden kann und für das ein zumindest zeitweises Mischen durch die Drehung der Mischtrommel 2 zweckdienlich ist. Hierzu sind in der Mischtrommel 2 nicht gezeigte Elemente vorgesehen, die die Durchmischung des Mischguts bei Rotation der Mischtrommel 2 begünstigen.
Die Mischtrommel wird in der vorliegenden Ausführungsform durch einen Elektromotor 4 angetrieben. Der Elektromotor 4 ist hierzu über ein Getriebe 3 mit der Mischtrommel kraftschlüssig verbunden. Durch den Betrieb des Elektromotors 4 wird somit die Mischtrommel 2 mit einer gewünschten Drehzahl und in der gewünschten Drehrichtung gedreht. Zusätzlich ist im Bereich des Elektromotors 4 eine Bremse 5 vorgesehen, die zum Feststellen der Rotation der Mischtrommel 2 dient.
Der Fahrmischer 1 weist ferner eine Steuerungseinrichtung 6 mit Eingangs- und Ausgangsschnittstellen auf. Die Steuerungseinrichtung 6 ist in der vorliegenden Ausführungsform in einem Steuerungssystem integriert, das für die Steuerung der wesentlichen Komponenten des Fahrmischers 1 vorgesehen ist. Der Fahrmischer 1 weist ferner einen elektrischen Wandler 7 auf, der elektrisch mit dem Elektromotor 4 zum Antrieb der Mischtrommel 2 verbunden ist. Der elektrische Wandler 7 ist ferner mit einer Batterie verbunden, die als Energiequelle 8 dient. Der elektrische Wandler 7 ist mit der Steuerungseinrichtung 6 signaltechnisch verbunden und die Steuerungseinrichtung 6 führt dem elektrischen Wandler 7 Signale zu, die den Betrieb des elektrischen Wandlers 7 bestimmen. Der elektrische Wandler 7 stellt die elektrische Leistung zum Betrieb des Elektromotors 4 zur Verfügung und stellt sicher, dass der gewünschte Betrieb des Elektromotors 4 erfolgt. Insbesondere wird durch den elektrischen Wandler 7 die Drehrichtung, die Drehzahl und gegebenenfalls das Drehmoment des Elektromotors 4 bestimmt.
Der elektrische Wandler 7 weist in bekannter Weise Schaltelemente auf, die zur Erzeugung der elektrischen Leistung für den Elektromotor 4 vorgesehen sind. Diese Schaltelemente sind in der vorliegenden Ausführungsform als Leistungstransistoren ausgebildet, die über eine Pulsweitenmodulation den Betrieb des Elektromotors 4 steuern. Aufgrund der Durchleitung von Strömen durch die Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 wird im Bereich der Schaltelemente Wärme erzeugt, die zu einer Temperaturerhöhung der Schaltelemente im Betrieb führt. In abgewandelten Ausführungsformen werden elektrische Wandler mit anderen Bauformen und Funktionen eingesetzt, jedoch werden bei allen Ausführungsformen Schaltelemente verwendet, die im Betrieb einer thermischen Belastung ausgesetzt sind.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der elektrische Wandler 7 nicht gezeigte Temperatursensoren auf, die die Temperatur im Bereich der Schaltelemente erfassen. Die erfasste Temperatur wird in Form eines Temperatursignals über die Eingangsschnittstelle der Steuerungseinrichtung 6 zugeführt.
Die Steuerungseinrichtung 6 weist ferner eine Speichereinrichtung, einen Prozessor und gegebenenfalls weitere für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Elemente auf.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Bestimmung des Belastungszustands, das auf den vorstehend beschriebenen Fahrmischer 1 anwendbar ist, beschrieben. Hierzu zeigt 1 ein Ablaufdiagramm, mit welchem einzelne Schritte des Verfahrens in einer Ausführungsform erläutert werden. In Schritt S1 wird die Temperatur im Bereich der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur kontinuierlich im Verlauf der Zeit erfasst und der Steuerungseinrichtung 6 über die Eingangsschnittstelle 6 zugeführt.
Ein typischer Verlauf der erfassten Temperatur im Bereich der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 ist in 2 gezeigt. In 2 ist ersichtlich, dass die Temperatur im Bereich der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 6 gewissen Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen ergeben sich aus den variierenden Betriebsbedingungen des elektrischen Wandlers 6 im Zusammenhang mit dem Antrieb des Elektromotors 4. Insbesondere unterliegt der Elektromotor 4 beim Antrieb der mit Mischgut befüllten Mischtrommel 2 relativ hohen Drehmomentschwankungen, sodass der Leistungsbedarf für den Elektromotor 4 stark schwankt. Diese Leistungsschwankungen werden entsprechend durch die Ansteuerung des elektrischen Wandlers 7 ausgeglichen.
Im Schritt S2 werden Extremwertpaare EPxy aus angrenzenden Extremwerten Ex, Ey im zeitlichen Verlauf der Erfassung der Temperatur im Bereich der Schaltelemente bestimmt. Unter Rückgriff auf 2 sind Extremwerte E1, E2, E3, ... eingezeichnet, die insgesamt im zeitlichen Verlauf aufeinander folgen. Dabei ist in 1 der Temperaturwert E1 ein Hochpunkt und der Temperaturwert E2 ein Tiefpunkt, während der darauffolgende Temperaturwert E3 wiederum ein Hochpunkt ist. Die Hochpunkte werden im Folgenden als Ex bezeichnet, während die Tiefpunkte im Folgenden als Ey bezeichnet werden.
Das in Schritt S2 bestimmte Extremwertpaar ist in 3 am Beispiel des Tiefpunkts E5 und des Hochpunkts E6 als EP56 bezeichnet. Die Extremwertpaare werden im Folgenden im Allgemeinen als EPxy bezeichnet. 3 zeigt hierzu einen Ausschnitt aus dem Diagramm von 2 zur weiteren Erläuterung des Verfahrens. Insbesondere zeigt 3 im unteren Abschnitt den Verlauf von Zeitzählern, die für die Bestimmung der Zeitspanne Txy in Schritt S2 verwendet werden. Insbesondere wird im Schritt S2 nach Erfassung eines Extremwertes Ex ein Zeitzähler in Gang gesetzt, der bis zum Erreichen eines nachfolgenden Extremwertes Ey die Zeit inkrementell erfasst. Somit wird in Schritt S2 ein Extremwertpaar EPxy erfasst und diesem Extremwertpaar eine Zeitspanne Txy zugeordnet, die die Zeit zwischen den Extremwerten des Extremwertpaares EPxy angibt.
In Schritt S3 wird ein Ereignisdatensatz für jeweils ein Extremwertpaar EPxy erstellt und in dem Speicher der Steuerungseinrichtung 6 gespeichert. Dabei umfasst der Ereignisdatensatz einen Differenzwert zwischen den Extremwerten Ex, Ey des jeweiligen Extremwertpaares EPxy sowie die Zeitspanne Txy zwischen den jeweiligen angrenzenden Extremwerten Ex, Ey. Der Vorgang der Erstellung und Speicherung von Ereignisdatensätzen wird im Zeitverlauf für jedes Extremwertpaar EPxy fortgesetzt, sodass über die Zeit eine Aneinanderreihung von Ereignisdatensätzen im Speicher zur Verfügung steht.
Ein Beispiel für Ereignisdatensätze ist in 5 dargestellt. In diesem Diagramm werden Ereignisse eingetragen, wobei die Temperaturdifferenz der Extremwerte Ex, Ey in der vertikalen Achse in Bereiche unterteilt sind und die zugehörigen Zeitspannen Txy in der horizontalen Achse in Bereiche unterteilt sind. In dieses Raster sind die während des Betriebs des elektrischen Wandlers 7 auftretenden Ereignisse eingetragen, so dass sich in dem Raster erkennen lässt, mit welcher Häufigkeit die nach Temperaturdifferenz und Zeitpanne unterscheidbaren Ereignisse aufgetreten sind. Dieses Raster wird virtuell von der Steuerungseinrichtung 6 verwendet, um die nachfolgend beschrieben Klassierung der Ereignisdatensätze vorzunehmen.
In Schritt S4 wird eine Klassierung der Ereignisdatensätze durchgeführt. Dabei wird in der vorliegenden Ausführungsform auf eine Berechnungsvorschrift zurückgegriffen, die die Temperaturdifferenzen zwischen den Extremwerten Ex, Ey sowie die Zeitspanne Txy zwischen den Extremwerten in Ex, Ey berücksichtigt. Hierzu werden Exponenten und Faktoren für die einzelnen Komponenten der Ereignisdatensätze empirisch im Feldversuch oder durch Modellbildung ermittelt und bei der Klassierung angewendet. Dabei werden. Im Ergebnis liegen klassierte Ereignisdatensätze vor, die zur Bestimmung des Belastungszustands weiter verwendbar sind.
In Schritt S5 wird ein Belastungsparameter aus den klassierten Ereignisdatensätzen erzeugt. Dabei wird eine Berechnungsvorschrift verwendet, bei der aus solchen Ereignisdatensätzen, die eine hohe Relevanz für die Schädigung haben, bspw. eine hohe Temperaturdifferenz in einer kurzen Zeitspanne, sich ein höherer Parameter ergibt als für solche Ereignisdatensätze, die eine niedrigere Relevanz für die Schädigung haben, bspw. eine geringe Temperaturdifferenz in einer langen Zeitspanne. Die Berechnungsvorschrift beinhaltet dazu Faktoren bzw. Exponenten, die die Schädigungsrelevanz der Ereignisdatensätze berücksichtigen. Ferner werden die Parameter, die sich aus der Klassierung der Ereignisdatensätze und der Anwendung der Berechnungsvorschrift ergeben, aufsummiert. Der so erstellte Belastungsparameter ist aufgrund der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens während des Betriebs des elektrischen Wandlers 7 zeitvariant und stellt einen Wert dar, der eine relative Belastung des elektrischen Wandlers 7 und insbesondere der Schaltelemente wiedergibt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Belastungsparameter in der Steuerungseinrichtung 6 verfügbar. Der Belastungsparameter wird in der vorliegenden Ausführungsform verwendet, um in die Betriebssteuerung des elektrischen Wandlers 7 einzugreifen, wie im Folgenden ausgeführt wird. Elektrische Wandler zur Erzeugung elektrischer Antriebsleistung für Elektromotoren unterliegen, wie vorstehend beschrieben wurde, einer Wärmeerzeugung aufgrund der durchgeleiteten Ströme. Die Schaltelemente des bei dem Fahrmischer 1 verwendeten elektrischen Wandlers 7 können eine maximale Leistung erzeugen, die eine Leistungsobergrenze darstellt. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur im Bereich der Schaltelemente wird bei herkömmlichen elektrischen Wandlern die Leistungsobergrenze abgesenkt, um eine Beschädigung oder einen Ausfall des elektrischen Wandlers zu vermeiden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Belastungsparameter eingesetzt, um die Leistungsobergrenze des elektrischen Wandlers 7 geeignet einzurichten. Wenn insbesondere der Belastungsparameter einen Wert aufweist, der auf einer Alterung der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 hinweist, wird bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Bereich der Schaltelemente die Leistungsobergrenze weiter herabgesetzt. Das bedeutet, dass die Einrichtung der Leistungsobergrenze in Abhängigkeit von der Temperatur und zusätzlich unter Berücksichtigung des Belastungsparameters vorgenommen wird. Auf diese Weise wird der Alterung der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 Rechnung getragen und kann somit die Betriebssicherheit des elektrischen Wandlers 7 verbessert werden.
In der vorstehend genannten Ausführungsform wird das Verfahren auf den elektrischen Wandler 7 angewendet, der für den Betrieb des Elektromotors 4 für die Rotation der Mischtrommel 2 verwendet wird. In einer alternativen Ausführungsform weist der Fahrmischer 1 einen elektrischen Fahrantrieb mit einem nicht gezeigten Elektromotor für den Antrieb der Räder des Fahrmischers auf. Zur Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Elektromotor für den Fahrantrieb des Fahrmischers wird ein weiterer elektrischer Wandler verwendet, der ähnlich wie der elektrische Wandler 7 zum Betrieb des Elektromotors 4 für die Rotation der Mischtrommel 2 Schaltelemente aufweist. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform das Verfahren alternativ oder zusätzlich auf den separaten elektrischen Wandler angewendet werden, der für den Fahrantrieb des Fahrmischers 1 vorgesehen ist.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Belastungsparameter durch die Steuerungseinrichtung 6 verwendet. In einer alternativen Ausführungsform wird der Belastungsparameter alternativ oder ergänzend verwendet, um einem Betreiber des Fahrmischers 1 Informationen zum Belastungszustand des elektrischen Wandlers 7 zu geben. Hierdurch kann der Betreiber des Fahrmischers 1 den Betrieb des Elektromotors 4 zum Antrieb der Mischtrommel 2 entsprechend anpassen, um eine entsprechende Alterung der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 zu berücksichtigen. Ferner kann aufgrund der Information hinsichtlich des vorliegenden Belastungsparameters die Wartung oder der Austausch des elektrischen Wandlers 7 ausgelöst werden.
Den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass im Verfahren Extremwerte Ex, Ey im zeitlichen Verlauf der Temperatur im Bereich der Schaltelemente der Steuerungseinrichtung 6 und die dazwischenliegende Zeitspanne Txy verwendet werden. Bei dem Verfahren werden zumindest in einigen Ausführungsformen Wendepunkte oder andere Ereignisse zwischen den Extremwerten Ex, Ey nicht berücksichtigt, wodurch sich das Verfahren mit geringer Rechenleistung durchführen lässt, während gleichzeitig die thermische Wechselbelastung der Schaltelemente des elektrischen Wandlers 7 vollumfänglich berücksichtigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrmischer
2: Mischtrommel (Betriebseinrichtung)
3: Getriebe
4: Elektromotor (Antriebseinrichtung)
5: Bremse
6: Steuerungseinrichtung
7: elektrischer Wandler
8: Energiequelle
Ex: Extremwert (Hochpunkt)
Ey: Extremwert (Tiefpunkt)
EPxy: Extremwertpaar
Txy: Zeitspanne
S1: Erfassen eines belastungsrelevanten Wertes
S2: Bestimmen von Extremwertpaaren
S3: Erstellung und Speichern eines Ereignisdatensatzes
S4: Durchführung einer Klassierung der Ereignisdatensätze
S5: Berechnung Belastungsparameter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1683817 A1 [0002]
DE 102018205426 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Belastungszustands zumindest einer elektrischen Systemkomponente (7) eines Fahrmischers (1), der mit zumindest einer elektrischen Antriebseinrichtung (4) zum Antrieb mindestens einer Betriebseinrichtung (2) des Fahrmischers (1) ausgestattet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (S1) Erfassen eines belastungsrelevanten Wertes an der zumindest einen elektrischen Systemkomponente (7); (S2) Bestimmen von Extremwertpaaren (EPxy) aus angrenzenden Extremwerten (Ex, Ey) im zeitlichen Verlauf der Erfassung des belastungsrelevanten Wertes und Bestimmen der Zeitspanne (Txy) zwischen angrenzenden Extremwerten (Ex, Ey) des jeweiligen Extremwertpaares (EPxy); (S3) Erstellung und Speichern eines Ereignisdatensatzes für jeweils ein Extremwertpaar (EPxy), wobei jeder Ereignisdatensatz einen Differenzwert zwischen den Extremwerten (Ex, Ey) des jeweiligen Extremwertpaares (EPxy) sowie die Zeitspanne (Txy) zwischen den jeweiligen angrenzenden Extremwerten (Exy) umfasst; (S4) Durchführen einer Klassierung der Ereignisdatensätze und (S5) Berechnung zumindest eines sich auf den Belastungszustand der elektrischen Systemkomponente (7) beziehenden Belastungsparameters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Extremwertpaar (EPxy) aus einem Tiefpunkt (Ex) und einem zeitlich darauffolgenden Hochpunkt (Ey) des belastungsrelevanten Wertes oder aus einem Hochpunkt (Ey) und einem zeitlich darauffolgenden Tiefpunkt (Ex) des belastungsrelevanten Wertes besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ereignisdatensätze in der zeitlichen Abfolge des Auftretens in einem Speicher abgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassung eines Extremwertes (Ex; Ey) ein Zeitzähler in Gang gesetzt wird und die verstrichene Zeit (Txy) bis zur Erfassung eines nachfolgenden Extremwertes (Ey; Ex) bestimmt und dem aus den Extremwerten bestehenden Extremwertpaar (EPxy) zur Erstellung des Ereignisdatensatzes zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Inbetriebnahme der elektrischen Systemkomponente (7) als Anfangswert des belastungsrelevanten Wertes ein initialer Extremwert (E0) als Tiefpunkt definiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage von jedem Ereignisdatensatz jeweils ein Ereignisparameter erzeugt wird, der durch Gewichtung von Differenzwert zwischen den Extremwerten (Ex, Ey) und zugehöriger Zeitspanne (Txy) zwischen den Extremwerten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung auf der Grundlage von empirischen Werten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in zeitlicher Abfolge erzeugten Ereignisparameter kontinuierlich aufsummiert werden und auf der Basis der aufsummierten Ereignisparameter zumindest ein Belastungsparameter erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Systemkomponente (7) des Fahrmischers (1) ein elektrischer Wandler (7) mit elektrischen Schaltelementen zum Antrieb der zumindest elektrischen Antriebseinrichtung (4) ist, wobei der belastungsrelevante Wert eine erfasste Temperatur an zumindest einem der elektrischen Schaltelemente ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Belastungsparameter über eine Schnittstelle für die Steuerung des Fahrmischers (1) verfügbar gemacht wird.
Verfahren nach 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung einer für eine Leistungsbegrenzung des elektrischen Wandlers (7) relevante Leistungsobergrenze des elektrischen Wandlers (7) auf der Grundlage des zumindest einen Belastungsparameters erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinrichtung (4) des Fahrmischers (1) ein Elektromotor (4) zum Betrieb der Betriebseinrichtung (2) ist, die als Mischtrommel (2) des Fahrmischers (1) ausgebildet ist.
Fahrmischer (1) mit einer durch einen Elektromotor (4) betriebenen Mischtrommel (2) und einem elektrischen Wandler (7) zur Bereitstellung von elektrischer Leistung für den Elektromotor (4) aus einer Energiequelle (8), ferner mit einer Steuerungseinrichtung (6) mit einer Speichereinrichtung, einem Prozessor und Eingangs- und Ausgangsschnittstellen zur Aufnahme und Abgabe von Signalen, wobei die Steuerungseinrichtung (6) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.