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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Die Komponenten eines Antriebsstrangs werden anhand hinterlegter Lastprofile ausgelegt. Unter einem Lastprofil kann die statistische lastabhängige Verteilung einer oder mehrere physikalischer Größen verstanden werden, etwa die zeitliche Abhängigkeit von Temperaturhüben oder die Abhängigkeit des Drehmoments über der Drehzahl.
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Die Lastprofile basieren meist auf Annahmen oder werden aus Felddaten von Verbrennerfahrzeugen übertragen und entsprechend angepasst. Es gibt jedoch häufig nicht genügend Felddaten von Antriebssträngen, um Lastprofile mit den Felddaten zu validieren bzw. abzugleichen. Zudem kann der Status einer Komponente bzw. der Status des gesamten Antriebsstrangs nicht im Feld überprüft werden, sondern es können lediglich statistische Ausfallwahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden.
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Eine Möglichkeit, die hinterlegten Lastprofile mit Felddaten abzugleichen und die Lastprofile gegebenenfalls während des Betriebes anzupassen, ist eine Verschleißanalyse. Dadurch kann dem Fahrzeughersteller, einem Zulieferer oder auch dem Endnutzer (etwa einem Flottenbetreiber oder einem Privatnutzer) in regelmäßigen Abständen der aktuelle Verschleißzustand bzw. Alterungszustand (englisch: „State of Health“) des jeweiligen Antriebsstrangs mitgeteilt werden.
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Aus der
EP 1 623 284 B1 ist ein Verfahren zur Optimierung von Fahrzeugen bekannt, wobei das Fahrzeug simuliert wird. Die
AT 518850 B1 betrifft ein weiteres Verfahren zur simulationsbasierten Analyse bzw. Optimierung eines Kraftfahrzeugs. Die
DE 10 2019 202 980 A1 betrifft ein System zum Ermitteln von Analysedaten zur Weiterentwicklung eines Mobilitätssystems. Die
DE 10 2019 219 436 A1 betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines belastungsbedingten Zustands.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden Sensordaten durch mindestens einen Sensor erfasst, wobei die Sensordaten zur Bereitstellung mindestens einer Grundfunktion des Kraftfahrzeugs und/oder des Antriebstrangs erfasst werden. Daten werden berechnet, welche von einem momentanen Zustand der mindestens einen Komponente abhängen, unter Verwendung eines Modells, wobei das Modell die erfassten Sensordaten als Eingangsgröße erhält. Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente werden unter Verwendung der berechneten Daten ermittelt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle, welche dazu ausgebildet ist, Sensordaten von mindestens einem Sensor des Kraftfahrzeugs, wobei der mindestens eine Sensor die Sensordaten zur Bereitstellung mindestens einer Grundfunktion des Kraftfahrzeugs und/oder des Antriebstrangs erfasst. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Recheneinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, Daten zu berechnen, welche von einem momentanen Zustand der mindestens einen Komponente abhängen, unter Verwendung eines Modells, wobei das Modell die erfassten Sensordaten als Eingangsgröße erhält, und Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente unter Verwendung der berechneten Daten zu ermittelt.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden zum Berechnen der Daten, welche vom momentanen Zustand der mindestens einen Komponente abhängen Sensordaten herangezogen, welche von Sensoren erfasst werden, welche bereits zur Bereitstellung von Grundfunktionen des Kraftfahrzeugs und/oder des Antriebstrangs erforderlich sind. Bei derartigen Sensoren handelt es sich somit um bereits standardmäßig im Kraftfahrzeug vorhandene Sensoren. Insbesondere sind diese Sensoren keine zusätzlichen dedizierten Sensoren, welche speziell für die Verschleißanalyse vorgesehen sind.
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Die Erfindung kann somit auf schnelle und kostengünstige Weise eine sehr genaue Verschleißanalyse, d. h. eine Bestimmung von Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes, bereitstellen, unter Verwendung von Softwaremodellen bzw. Algorithmen, ohne zusätzliche Sensoren zu benötige. Dadurch kann auf zusätzliche Sensoren verzichtet werden bzw. bisher vorhandene Sensoren können eingespart werden.
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Im Gegensatz zu einer rein lastprofilbasierten Verschleißanalyse kann durch Berücksichtigung der Sensordaten die momentan vorherrschende Schädigung der jeweiligen Komponente nicht nur berechnet, sondern auch tatsächlich registriert werden. Es kann somit nicht nur der theoretische Zustand, sondern der tatsächliche Zustand der jeweiligen Komponente des Kraftfahrzeugs gemessen werden. Dieser tatsächliche Zustand der Komponente des Kraftfahrzeugs kann dann mit der hinterlegten (über Lebensdauer erlaubten) Schädigung, die etwa aus dem jeweiligen Lastprofil resultiert, abgeglichen werden. Zudem kann registriert werden, wenn ein Bauteil ein ungewöhnliches Verhalten zeigt, etwa hohe Schwingungen, Drücke, ungewöhnliche Strommuster oder ähnliches aufweist. Dadurch kann der verbleibende Verschleiß mit großer Genauigkeit prädiziert werden.
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Weiter ist es möglich, in der Werkstatt Komponenten auszutauschen, bevor diese zerstört oder ernsthaft beschädigt werden. Hierdurch lassen sich unnötige größere Reparaturen vermeiden.
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Durch die genaue Kenntnis des verbleibenden Verschleißes kann beim Wiederverkauf des Kraftfahrzeugs die jeweilig noch bestehende, genau definierte, verbleibende Mindestlebensdauer angegeben werden. Hierdurch kann der Restwert bzw. Wiederverkaufswert des Kraftfahrzeugs viel genauer bestimmt werden.
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Weiter kann die Komponente durch einen in der Verschleißanalyse-Funktion optional implementieren Lernprozess viel exakter auf die tatsächliche Beanspruchung bzw. Schädigung über die Lebensdauer ausgelegt werden. Hierdurch kann das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs verringert werden, es können Materialkosten gesenkt werden und es können Kosten für Komponententests wie auch für das Testen des gesamten Antriebstrangs verringert werden. Weiter kann gegebenenfalls eine Lebensdauergarantie oder Gewährleistung erhöht werden.
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Weiter können auch Sensoren im elektrischen Antriebsstrang eingespart werden, da die Belastung der jeweiligen Bauteile bekannt ist, sodass wiederum Kosten und Gewicht eingespart werden können.
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Unter einem Sensor, welcher Sensordaten zur Bereitstellung mindestens einer Grundfunktion des Kraftfahrzeugs und/oder des Antriebstrangs erfasst, können standardmäßig vorhandene Sensoren verstanden werden, etwa zum Erfassen von Drehzahl und Drehmoment oder dergleichen. Eine „Grundfunktion“ kann etwa das Bereitstellen eines gewünschten Antriebsmoments verstanden werden, d.h. etwa das Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs gemäß Fahrerwunsch. Die Grundfunktion kann auch eine Überwachung von einem Kühlmittelkreislauf oder dergleichen umfassen. Eine Grundfunktion ist somit zum Standardbetrieb des Kraftfahrzeugs und/oder des Antriebstrangs erforderlich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs werden zum Berechnen der Daten ausschließlich die erfassten Sensordaten berücksichtigt. Insbesondere erhält das Modell keine Sensordaten von weiteren dedizierten Sensoren, welche etwa speziell für die Verschleißanalyse vorgesehen sein könnten. Derartige zusätzliche Sensoren können dadurch eingespart werden. Das Verfahren ist insofern „sensorlos“, als keine speziellen Sensoren vorgesehen werden können, sondern lediglich die Sensordaten der bereits standardmäßig im Kraftfahrzeug verbauten Sensoren ausgewertet werden, um die Verschleißanalyse durchzuführen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die erfassten Sensordaten zumindest eines von einem Drehmoment einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs, einer Drehzahl der elektrischen Maschine, einem an einem elektrischen Antriebsstrang (insbesondere an einer Leistungselektronik des elektrischen Antriebsstrangs) anliegenden Gleichstrom, einer an dem elektrischen Antriebsstrang anliegenden Gleichspannung, einer an der elektrischen Maschine anliegenden Wechselspannung, einer Temperatur einer Leistungselektronik und/oder elektrischen Maschine, einem Kühlmittelvolumenstrom und einer Kühlmitteltemperatur. Die Sensordaten können auch jeweils mehrfach auftreten, so können etwa mehrere Temperaturen gemessen werden. Die Sensordaten können somit insbesondere von im Antriebsstrang verbauten Sensoren erfasst werden. Insbesondere können somit die gemessenen Drehmomente, Drehzahlen oder Ströme berücksichtigt werden. In einer Ausführungsform stehen weitere Sensordaten zur Verschleißanalyse nicht zur Verfügung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die berechneten Daten mindestens eine Temperatur der mindestens einen Komponente. Die Daten können weiter zumindest eines umfassen von einer Hotspottemperatur eines Stators, einer Temperatur in einem Folienkondensator, einer Temperatur eines Leistungsmoduls, einer Temperatur im Getriebe, einer Temperatur eines Getriebeöls, einer Temperatur eines Kühlmediums an verschiedenen Stellen innerhalb des Antriebsstrangs, einem Gleichstrom, einem Wechselstrom, einem Drehmoment oder einer Drehgeschwindigkeit am Ausgang eine E-Achse, ein Drehmoment oder eine Drehzahl am Übergang der elektrischen Maschine zu einem Getriebe oder zwischen einzelnen Getriebestufen, einer Temperatur an einem Kopplungs- bzw. Entkopplungssystem, einer Temperatur eines Park-Lock-Systems oder sonstiger Komponenten des Antriebstrangs. Wiederum können die Daten mehrfach auftreten, etwa können Hotspottemperaturen mehrere Statoren umfasst sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs modelliert das Modell zum Berechnen der Daten die mindestens eine Komponente. Es kann sich etwa um eine Finite-Elemente-Modell handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird ein verbleibender Verschleiß der mindestens einen Komponente unter Verwendung eines Vergleichs der ermittelten Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente mit vorgegebenen Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der mindestens einen Komponente prädiziert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente ein Verhältnis einer den momentanen Verschleiß beschreibenden Größe zu einer den maximal zulässigen Verschleiß beschreibenden Größe.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die vorgegebenen Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der mindestens einen Komponente ein Lastprofil der mindestens einen Komponente. Somit können hinterlegte Lastprofile mit Felddaten abgeglichen werden, d. h. validiert werden, und die Lastprofile können gegebenenfalls während des Betriebs angepasst werden. Anhand des Lastprofils kann bestimmt werden, wie hoch der über die Lebensdauer maximal erlaubte Verschleiß der Komponente ist. Mit Hilfe von Schädigungsmodellen (Schädigungsformeln mit entsprechenden Koeffizienten) kann die momentane Schädigung berechnet werden, mit der maximal über die Lebensdauer erlaubten Schädigung abgeglichen werden, und eine Restschädigung bzw. prognostizierte Restlebensdauer festgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente eine Restbetriebsdauer der mindestens einen Komponente und/oder eine Restreichweite des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Restbetriebsdauer und/oder Restreichweite können ermittelt werden, indem eine Extrapolation des Verschleißes der Komponente durchgeführt wird, unter der Annahme, dass der Fahrer mit einer zuvor ermittelten Fahrweise weiterfährt. Alternativ kann ein Fahrprofil hinterlegt sein, um einen Standardfahrer abbilden zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der Komponente ein Verschleißzustand (englisch: State of Health) ermittelt. Der Verschleißzustand kann etwa den momentanen Verschleiß in Prozent des über die gesamte Lebensdauer zulässigen Verschleißes (Maximalschädigung) angeben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs des Kraftfahrzeugs wird ein ungewöhnliches Verschleißverhalten der Komponente registriert, falls die Sensordaten und/oder die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente ein ungewöhnliches Verhalten aufweisen. Darunter kann beispielsweise verstanden werden, dass die Auswertung der Sensordaten und/oder der Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen, d. h. etwa vorgegebene Schwellenwerte unter- oder überschreiten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs des Kraftfahrzeugs wird anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente ein Warnsignal und/oder eine Handlungsempfehlung an einen Nutzer ausgegeben. Der Nutzer kann beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs, ein Hersteller, ein Flottenbetreiber oder dergleichen sein. Das Warnsignal kann beispielsweise ausgegeben werden, falls das ungewöhnliche Verschleißverhalten der Komponente festgestellt wird. Das Warnsignal kann beispielsweise auf ein baldiges Erreichen des maximal zulässigen Verschleißes oder auf eine anhand der Sensordaten registrierte Unstimmigkeit der Komponente hinweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird dem Fahrzeughersteller, einem Zulieferer (insbesondere dem Hersteller der Komponente) und/oder dem Endnutzer (Flottenbetreiber oder Privatnutzer) in regelmäßigen Abständen oder durchgehend der verbleibende Verschleiß der Komponente oder der Verschleißzustand der Komponente mitgeteilt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs handelt es sich bei der Komponente um einen elektrischen Antrieb oder einen Teil eines elektrischen Antriebs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der Komponente mittels einer Auswertevorrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs wird das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der Komponente mittels einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Auswertevorrichtung durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Verschleißanalyse mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs kann es sich bei der Komponente um einen Wellendichtring, ein Lager, ein Lagerfett, ein Getriebeöl, ein Zahnrad, ein Differential, eine Seitenverzahnung, ein Stirnrad, ein Ritzel, eine Steckverbindung, ein Park-Sperr-System, ein Getriebe, ein Getriebegehäuse, eine Welle, eine Dichtung, eine Ausgangswelle, eine Eingangswelle, ein Kopplungs- bzw. Entkopplungssystem (Disconnect Unit), einen Sicherungsring, verschweißte Komponenten oder Schrauben handeln. Weiter kann es sich um einen Elektromotor, oder Komponenten davon (etwa einen Rotor, einen Stator, eine Isolierung oder ein Lager, ein Lagerfett oder einen Sicherungsring) handeln. Weiter kann es sich um einen Wechselrichter oder Komponenten davon (etwa Leistungsmodule inklusive einer B6-Brücke oder B12-Brücke oder Bx-Brücke, einen Entladeschaltkreis, einen Gleichspannungskondensator, einen EMV-Filter, einen Folienkondensator oder dergleichen) handeln. Weiter kann es sich um ein System oder Komponenten davon (etwa ein Systemgehäuse, Dämpfungselemente oder Dichtungen, etwa Flüssigdichtungen oder Zwischenlagendichtungen, Radialwellendichtringe, Komponenten für Spannungserdung, Schrauben, Kabel oder Flüssigkeiten wie Öl, Wasser oder Wasser-Glykol Gemische) handeln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs.
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Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 zur Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Die Vorrichtung 1 kann in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein oder auch außerhalb des Kraftfahrzeugs verwendet werden (etwa als externes Analysesystem).
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schnittstelle 11, welche etwa über einen CAN-Bus mit mindestens einem Sensor 2 gekoppelt ist. Der mindestens eine Sensor 2 ist dabei ein Standardsensor, welcher somit bereits im Kraftfahrzeug vorhanden ist und nicht speziell für die Verschleißanalyse bereitgestellt werden muss. Die von dem mindestens einen Sensor 2 erfassten Sensordaten umfassen beispielsweise ein Drehmoment einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs, eine Drehzahl der elektrischen Maschine, einen an der elektrischen Maschine anliegenden Gleichstrom, eine an der elektrischen Maschine anliegende Gleichspannung, eine an der elektrischen Maschine anliegende Wechselspannung, eine Temperatur eines elektrischen Antriebsstrangs der elektrischen Maschine, einen Kühlmittelvolumenstrom oder eine Kühlmitteltemperatur.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Speichereinrichtung 12 mit mindestens einem nichtflüchtigen Datenspeicher, um die von dem mindestens einen Sensor 2 empfangenen Sensordaten zu speichern. In der Speichereinrichtung 12 sind weiter vorab bereitgestellte Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der Komponente gespeichert. Dabei kann es sich um mindestens ein Lastprofil der Komponente handeln.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Recheneinrichtung 13, etwa einen Mikroprozessor, einen integrierten Schaltkreis oder dergleichen. Die Recheneinrichtung 13 berechnet Daten, welche von einem momentanen Zustand der mindestens einen Komponente abhängen bzw. mit diesem Zustand korrigieren (d. h. insbesondere von einem momentanen Verschleißzustand der mindestens einen Komponente abhängen können) unter Verwendung der erfassten Sensordaten.
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Die Recheneinrichtung 13 ermittelt Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente unter Verwendung der berechneten Daten.
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Die Recheneinrichtung 13 kann in dem Kraftfahrzeug und/oder in der Vorrichtung 1 oder außerhalb des Kraftfahrzeugs und/oder außerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet sein.
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Weiter kann die Recheneinrichtung 13 einen verbleibenden Verschleiß der Komponente unter Verwendung eines Vergleichs der ermittelten Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente mit vorgegebenen Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der Komponente ermitteln.
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Die Verschleißanalyse kann (insbesondere für die lastprofilbasierte Analyse) beispielsweise für eine der in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten mit dem entsprechenden beispielhaften Schädigungsmechanismus ausgeführt werden. Tabelle 1
| Komponente | beispielhafter Schadensmechanismus |
| Lager der e-Maschine | Rollkontaktermüdung |
| Lager des Getriebes | Rollkontaktermüdung |
| Lager (e-Maschine, gegebenenfalls Getriebeeingangswelle) | Induzierter elektronischer Strom; Rollkontaktermüdung |
| Schmierfett (Lager) | Alterung (thermisch, mechanisch) |
| Rotor | Ermüdung |
| Stator (Isolierung) | thermische Alterung (hohe Temperaturwechselrate) |
| Dichtungen | thermische Alterung (niedrige Temperaturänderungsrate) |
| Wellendichtring (Antriebswelle/Abtriebswelle) | Materialalterung |
| Flüssigdichtungen (Abdeckungen/Systemgehäuse) | Materialalterung |
| B6-, B12, Bx-Brücken | thermische Ermüdung (hohe Temperaturwechselrate) |
| Leistungsmodule | thermische Ermüdung (hohe Temperaturwechselrate) |
| gedruckte Leiterplatten (PCB) | thermische Ermüdung (niedrige Temperaturänderungsrate) |
| Folienkondensatoren | thermische Ermüdung |
| Zahnrad (Getriebe-Pitting) | Wälzgleitermüdung |
| Zahnrad (Zahnbiegung) | Ermüdung |
| Differential (Pitting, Root) | Ermüdung |
| Keilwellenverbindung | Verschleiß |
| Kupfer-Schweißverbindungen (z.B. Stator) | Ermüdung |
| Aluminium-Schweißverbindungen | Ermüdung |
| Systemgehäuse | Materialermüdung |
| Dämpfungselemente | Materialermüdung |
| Disconnect-Einheit (Verbindungsvorgänge) | Anzahl der Betätigungen (Aktor) und Anzahl der „Zahn-auf-Zahn-Ereignisse“ (Kupplung) |
| Parksperre | Anzahl der Betätigungen (Aktor) und Anzahl der „Zahn-auf-Zahn-Ereignisse“ (Kupplung) |
| Getriebe-Öl | thermische Alterung |
| Getriebedeckel | Materialermüdung |
| Druckausgleichselement inkl. Dichtung | Korrosion, - Überschreiten der Festigkeit der Druckausgleichselemente (DAE)-Membran |
| | - Herausdrücken/Versatz der Dichtung, chemische Reaktionen, thermische Alterung, Gewaltbruch |
| Noise, Vibration, Harshness (NVH)-Cover | thermische Ermüdung |
| Wellfeder | Ermüdung, Verschleiß |
| Magnete | thermische Ermüdung |
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, etwa einer Komponente eines elektrischen Antriebs. Das Verfahren kann mit der oben beschriebenen Vorrichtung 1 durchgeführt werden. Umgekehrt kann die oben beschriebene Vorrichtung 1 dazu ausgebildet sein, alle oder einzelne der im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen. Insbesondere können sämtliche Berechnungsschritte durch die Recheneinrichtung 13 durchgeführt werden.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Fahrzeugsimulation durchgeführt, wobei Fahrzeugdaten, Daten bezüglich des Antriebsstrangs und/oder ein anhand vergangener Messdaten ermitteltes Fahrerprofil berücksichtigt werden. Insbesondere können eine Häufigkeitsverteilung von Drehmoment, Drehzahl und/oder Spannung ermittelt werden.
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In einem zweiten Verfahrensschritt S2 können die im ersten Verfahrensschritt S1 ermittelten Größen (etwa die Temperaturen über Häufigkeit) als Eingangsgrößen eines Simulationsmodells verwendet werden, um Parameter zu simulieren, welche für die Berechnung des maximal zulässigen Verschleißes der Komponente erforderlich sind. Das Simulationsmodell kann etwa eine thermische Simulation der Komponente umfassen, etwa um eine Höchsttemperatur (Hot Spot Temperature) der Komponente zu ermitteln.
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In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird eine Verschleißberechnung durchgeführt, um den maximal zulässigen Verschleiß der Komponente zu ermitteln. Der maximal zulässige Verschleiß der Komponente kann in der Speichervorrichtung 12 abgespeichert werden.
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In einem vierten Verfahrensschritt S4 werden im Betrieb des Kraftfahrzeugs Messungen mittels mindestens eines standardmäßig vorgesehenen Sensors 2 durchgeführt, um Sensordaten zu erfassen. Der Sensor 2 erfasst dabei beispielsweise ein Drehmoment, eine Drehzahl und/oder einen Strom eines Antriebsstrangs.
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In einem fünften Verfahrensschritt S5 werden Daten, welche von einem momentanen Zustand der mindestens einen Komponente abhängen unter Verwendung eines Modells berechnet, wobei die Eingangsparameter bzw. - größen des Modells die erfassten Sensordaten umfassen. Beispielweise kann eine heißeste am Stator vorkommende Temperatur mithilfe eines thermischen Modells ermittelt werden.
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Das Modell kann beispielsweise ein Temperaturmodell bzw. mehrere Temperaturmodelle für mindestens einen Rotor, mindestens einen Stator, mindestens ein Getriebe, mindestens ein Öl, mindestens eine Wechselspannungs-Stromschiene, mindestens eine Gleichspannungs-Stromschiene, mindestens ein Leistungsmodul, mindestens einen Zwischenkreiskondensator, mindestens einen Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)-Filter und mindestens eine Kühlmittelausfalldiagnose umfassen. Die jeweilige Komponente wird somit ganz oder teilweise durch das Modell beschrieben und simuliert und in Abhängigkeit von den Eingangsparametern wird ein entsprechender Wert für die Temperatur berechnet.
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Das Modell kann weiter beispielsweise ein Drehmomentgenauigkeitsmodell, ein Drehzahlgenauigkeitsmodell, ein Spannungsripple-Modell, eine Getriebeschutzfunktion, ein Wechselspannungs-Strom- und Spannungs-Bestimmungsmodell aus gegebenem Gleichstrom und gegebener Gleichspannung, oder eine Motorstromsignatur-Analyse für ein Lager, einen Rotor, einen Stator, eine Getriebeverzahnung oder Öl umfassen.
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Die Sensordaten können mit Zielwerten abgeglichen werden, um gegebenenfalls Unstimmigkeiten zu registrieren. Die Unstimmigkeiten können in die Berechnung des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente mit einbezogen werden.
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Weiter kann vorgesehen sein, in dem fünften Verfahrensschritt S5 die Sensorgrößen mit einem Sollwert abzugleichen, um mögliche Unstimmigkeiten zu registrieren.
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In einem sechsten Verfahrensschritt S6 werden Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente ermittelt. Beispielsweise kann dabei für vorgegebene Temperaturen der Komponente jeweils die Anzahl des Auftretens und/oder Verweildauer dieser Temperatur bestimmt werden.
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In einem siebten Verfahrensschritt S7 werden die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente mit den ermittelten Informationen bezüglich des maximal zulässigen Verschleißes der Komponente verglichen. Etwa können Histogramme von Temperaturhüben miteinander verglichen werden, um zu ermitteln, inwiefern der maximal zulässige Verschleiß bereits erreicht ist. Der verbleibende Verschleiß wird dann prädiziert und ausgegeben. Dabei kann es sich etwa um einen Prozentsatz handeln, welcher angibt, wie groß der verbleibende Restverschleiß ist. Alternativ zur Temperaturverteilung (z.B. max. Temperaturhübe über Häufigkeit) kann auch z.B. aus Temperaturhüben und/oder Temperaturwechseln eine Schädigungsverteilung (Schädigung über Zeit) oder Gesamtschädigung berechnet werden. Alternativ wird also diese Schädigungsverteilung oder Gesamtschädigung dann mit der maximal über die Lebensdauer erlaubten Schädigungsverteilung oder Gesamtschädigung abgeglichen.
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In einem achten Verfahrensschritt S8 kann ermittelt werden, ob der prädizierte verbleibende Verschleiß einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Falls dies der Fall ist, können in einem Verfahrensschritt S9 ein Warnsignal und/oder eine Handlungsempfehlung ausgegeben werden.
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Das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der Komponente kann in einer Auswertevorrichtung des Kraftfahrzeugs oder in einer externen, außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Auswertevorrichtung erfolgen. So können beispielsweise die Felddaten im Antriebsstrang lediglich erfasst und gesammelt werden. In einer Werkstatt werden die Felddaten dann über eine Diagnoseschnittstelle übertragen und können dadurch mit großer Rechenleistung (außerhalb des Antriebstrangs) verarbeitet werden.
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Weiter kann vorgesehen sein, entsprechend dieser Ergebnisse Schlussfolgerungen zu ziehen, d.h. etwa eine Restlebensdauer oder verbleibende Fahrkilometer zu ermitteln, oder auch Warnhinweise und/oder Handlungsempfehlungen wegen Unstimmigkeiten an den Endkunden, OEM, Flottenbetreiber und/oder Antriebsstranghersteller bzw. auch Sub-Zulieferer zu übergeben.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Felddaten im Antriebsstrang lediglich erfasst und gesammelt werden und über beispielsweise eine CAN-Schnittstelle an den Kunden übertragen werden, etwa in eine Cloud, welche vom Kunden oder vom Zulieferer oder Antriebshersteller bereitgestellt wird. Die Felddaten können dadurch mit großer Rechenleistung (außerhalb des Antriebstrangs) verarbeitet werden.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sensordaten im Antriebsstrang erfasst und verarbeitet werden, d.h. dass aus den Sensordaten ein momentaner Verschleiß berechnet wird, welcher mit einem hinterlegten, maximal erlaubten Verschleiß abgeglichen wird. In der Werkstatt werden die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes bzw. sämtliche Daten über eine Diagnoseschnittstelle übertragen und können dadurch mit großer Rechenleistung (außerhalb des Antriebstrangs) weiterverarbeitet bzw. für Lernprozesse und Statistiken verwendet werden. Hierdurch können die hinterlegten Lastprofile und ein daraus resultierender maximal zulässiger Verschleiß der Komponente in regelmäßigen Abständen angepasst werden.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sensordaten im Antriebsstrang erfasst und verarbeitet werden, d.h. dass aus den Sensordaten ein momentaner Verschleiß berechnet wird, welcher mit einem hinterlegten, maximal erlaubten Verschleiß abgeglichen wird. Über eine Schnittstelle, beispielsweise eine CAN-Verbindung, werden diese Schädigungen bzw. sämtliche Daten an einen Nutzer oder eine Cloud übertragen und können dadurch mit großer Rechenleistung (außerhalb des Antriebstrangs) weiterverarbeitet bzw. für Lernprozesse und Statistiken verwendet werden. Die hinterlegten Lastprofile können ebenfalls angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1623284 B1 [0005]
- AT 518850 B1 [0005]
- DE 102019202980 A1 [0005]
- DE 102019219436 A1 [0005]
