WO2020234256A1 - Verfahren zum ermitteln eines fehlers einer elektrischen maschine und elektrische maschine - Google Patents

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WO2020234256A1
WO2020234256A1 PCT/EP2020/063869 EP2020063869W WO2020234256A1 WO 2020234256 A1 WO2020234256 A1 WO 2020234256A1 EP 2020063869 W EP2020063869 W EP 2020063869W WO 2020234256 A1 WO2020234256 A1 WO 2020234256A1
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torque
electrical machine
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determining
fault
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Benedikt Van Booven
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Vitesco Technologies GmbH
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    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the fault diagnosis of an electric drive of a vehicle is becoming more and more important and it is desirable to recognize failure of the same early and in a differentiated manner so that suitable countermeasures can be taken in good time in the event of a fault.
  • the high dynamics of the electric drives with regard to the torque curve are the highest
  • Torque signal is determined.
  • the raw signal from the torque sensor is not used to determine the first torque value, but rather one
  • the predetermined time period preferably corresponds to approximately 2 s, preferably approximately 1 s, most preferably approximately 0.5 s.
  • a counter is incremented if the determined integration value exceeds the predetermined integration threshold value within the predetermined period of time, a first fault in the electrical machine is determined if the counter exceeds a predetermined first counter threshold value, and a first warning provided when at least a first fault in the electrical machine has been determined.
  • the first warning can indicate that the electrical machine should be serviced soon. However, despite the first fault that has been determined, it is still possible to still operate the electrical machine, but preferably with limited torque and limited speed.
  • an electric machine for a vehicle which has an electric drive unit having a drive shaft, a transmission unit connected to the drive unit via the drive shaft and comprising an output shaft, and a control unit for determining a fault in an electric machine according to one
  • the electrical machine preferably further comprises a first torque sensor applied to the drive shaft, which is designed to generate a first torque signal that is applied to the drive shaft
  • FIG. 2 shows an exemplary flowchart of a method according to the invention for determining a fault in a grounding device of the electrical machine of FIG. 1.
  • the stator device 120 or the rotor device 130 is supplied with electrical energy via an inverter 170, which is designed to provide a three-phase alternating current with a predetermined switching frequency to the electric drive unit 110.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine (100) und eine elektrische Maschine, die eine eine Antriebswelle (134) aufweisende elektrische Antriebseinheit (110) und eine mit der elektrischen Antriebseinheit (110) über die Antriebswelle (134) verbundene Getriebeeinheit (140) aufweist, die eine Abtriebswelle (142) umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ermitteln einer an die elektrische Maschine (100) angeforderten Drehmomentänderung, ein Ermitteln eines ersten Drehmomentwerts an der Antriebswelle (134), ein Ermitteln eines zweiten Drehmomentwerts, das dem an die elektrische Maschine (100) angeforderten Drehmoment entspricht, ein Ermitteln eines Differenzbetrags basierend auf dem ermittelten ersten Drehmomentwert und dem ermittelten zweiten Drehmomentwert, ein zeitliches Integrieren des ermittelten Differenzbetrags zum Ermitteln eines Integrationswert über eine vorbestimmte Zeitdauer und ein Ermitteln eines Fehlers der elektrischen Maschine (100), wenn der ermittelte Integrationswert einen vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer überschreitet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug und eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug.
Die Fehlerdiagnose eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs bekommt einen immer höheren Stellenwert und es ist wünschenswert, einen Ausfall desselben frühzeitig und differenziert zu erkennen, damit im Fehlerfall rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Insbesondere stellt die hohe Dynamik der elektrischen Antriebe in Bezug auf den Drehmomentverlauf höchste
Anforderungen an zukünftige Diagnosen. Außerdem besteht der Wunsch des Bedieners eines Fahrzeugs darin, die Wartungsintervalle des Fahrzeugs weitestgehend zu verlängern, wobei sich jedoch die Betriebsdauern der Fahrzeuge stetig erhöht, beispielsweise durch Car Sharing.
Potentielle Fehler eines elektrischen Antriebs kann man im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilen, nämlich mechanische und elektrische Fehler. Mechanische Fehler betreffen dabei Fehler, die der Mechanik des elektrischen Antriebs zuzuordnen sind, wie beispielsweise defekte Lager oder plastische Verformungen von Bauteilen der elektrischen Maschine. Im Gegensatz dazu betreffen elektrische Fehler diejenigen Fehler des elektrischen Antriebs, die den elektronischen
Bauteilen bzw. elektrischen Elementen des elektrischen Antriebs zugeordnet werden können, wie beispielsweise Kurzschlüsse in der Rotor- oder Statorwicklung oder defekte Schleifkontakte.
Heutige Fehlerdiagnosen basieren im Wesentlichen auf der Auswertung der Phasenströme/Spannungen, der Vibrationsmessung mittels Körperschallsensoren oder Temperaturmessungen, bei denen ebenso die Drehzahl der Rotorwelle und/oder die Position des Rotors berücksichtigt werden, um auf potentielle Fehler der elektrischen Maschine schließen zu können.
Die EP 3 034 812 A1 betrifft eine auf den Messungen eines Drehmomentsensors erfasste Überwachung eines Gasturbinenmotors.
Die US 2018/229765 A1 betrifft eine Steuereinheit für eine Servorlenkeinheit, bei der eine Anomalie der Servomotoreinheit auf der Grundlage eines
Drehmomentsignals festgestellt wird.
Aus der US 2018/022379 A1 ist eine Servolenkungsvorrichtung und
Steuervorrichtung hierfür bekannt. Weitere solche Servolenkungsvorrichtungen sind aus der US 2017/0274929 A1 und US 2018/032191 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine elektrische Maschine bereitzustellen, mit denen ein
mechanischer Fehler der elektrischen Maschine möglichst frühzeitig und
zuverlässig ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und eine elektrische Maschine gemäß unabhängigem Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, eine elektrische Maschine auf Ihre Funktionalität dadurch zu überprüfen, dass das von der elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment mit einem angeforderten Drehmoment verglichen wird. Das angeforderte Drehmoment kann beispielsweise das bei einer Laständerung geforderte Drehmoment sein, wie beispielsweise eine Lasterhöhung oder eine Lastverringerung. Ist die Zeitspanne zwischen dem
Zeitpunkt der Anforderung des angeforderten Drehmoments und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Erreichens von diesem Drehmoment größer als erwartet, wird ein Fehler der elektrischen Maschine erkannt. Insbesondere kann damit ausgesagt werden, dass die elektrische Maschine einen mechanischen Fehler aufweist, womit das angeforderte Drehmoment nicht mehr rechtzeitig oder überhaupt erreicht werden kann. Der mechanische Fehler kann dabei beispielsweise eine verminderte Schmierleistung des Getriebeöls, eine erhöhte Reibung durch Lagerschäden der elektrischen Maschine oder mechanische Defekte der Zahnräder der
Getriebeeinheit aufweisen, wie beispielsweise Bruch, Fressen, Verschleiß, Korrosion und/oder Graufleckigkeit. Insbesondere kann dies während einem transienten Betriebszustand der elektrischen Maschine bevorzugt sein.
Folglich ist gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine offenbart, die eine eine Antriebswelle aufweisende elektrische Antriebseinheit und eine mit der elektrischen Antriebseinheit über die Antriebswelle verbundene Getriebeeinheit aufweist, die eine Abtriebswelle umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein
Ermitteln einer an die elektrische Maschine angeforderten Drehmomentänderung, ein Ermitteln eines ersten Drehmomentwerts an der Antriebswelle, ein Ermitteln eines zweiten Drehmomentwerts, das dem an die elektrische Maschine
angeforderten Drehmoment entspricht, ein Ermitteln eines Differenzbetrags basierend auf dem ermittelten ersten Drehmomentwerts und dem ermittelten zweiten Drehmomentwerts, ein zeitliches Integrieren des ermittelten
Differenzbetrags zum Ermitteln eines Integrationswerts über eine vorbestimmte Zeitdauer und ein Ermitteln eines Fehlers der elektrischen Maschine, wenn der ermittelte Integrationswert einen vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer überschreitet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Drehmoment um das an die elektrische Antriebseinheit angeforderte Drehmoment.
Insbesondere wird beim Ermitteln des Differenzbetrags eine Subtraktion zwischen dem ersten Drehmomentwert und dem zweiten Drehmomentwert gemacht und daraus der Betrag gebildet. Mittels des zeitlichen Integrierens bzw. Aufsummierens des Differenzbetrags und dem Vergleich des dadurch ermittelten Integrationswerts mit dem vorbestimmten Integrationsschwellenwert kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob die elektrische Maschine in der vorbestimmten Zeitdauer das angeforderte Drehmoment erreicht oder nicht. Überschreitet nämlich der ermittelte Integrationswert den vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer, liegt ein mechanischer Fehler der elektrischen Maschine vor, da die elektrische Maschine, insbesondere die elektrische Antriebseinheit, es nicht schafft, das angeforderte Drehmoment rechtzeitig zu erreichen. Folglich kann ein mechanischer Fehler in der Form eines Lagerschadens der Antriebswelle und/oder Abtriebswelle, ein Defekt innerhalb der Getriebeeinheit, z. B. ein
Zahnbruch, und/oder eine fehlerhafte Schmierleistung des Getriebeöls vorliegen.
Vorzugsweise wird der erste Drehmomentwert basierend auf einem
Drehmomentsignal ermittelt, das von einem an der Antriebswelle applizierten Drehmomentsensor erzeugt wird. Dabei ist es bevorzugt, dass der
Drehmomentsensor ein an der Antriebswelle applizierter Dehnungsmessstreifen ist, der mit einem beispielsweise am Gehäuse der Antriebseinheit befestigten
Drehmomentsensorempfänger kabellos kommunizieren kann, beispielsweise mittels kapazitiver oder induktiver Eigenkopplung der Signale des
Dehnungsmessstreifens.
In einer alternativen Ausgestaltung wird der erste Drehmomentwert basierend auf einem Drehmomentsignal, das von einer an der Abtriebswelle applizierten
Drehmomentsensor erzeugt wird, und dem Wirkungsgrad der Getriebeeinheit ermittelt. Unter Kenntnis des Wirkungsgrads der Getriebeeinheit kann somit der Drehmomentsensor, der vorzugsweise ein Dehnungsmessstreifen ist, an der Abtriebswelle appliziert sein und das an der Antriebswelle anliegende und von der Antriebseinheit erzeugte Drehmoment ermittelt werden.
Somit ist es bevorzugt, dass nicht das Rohsignal des Drehmomentsensors zum Ermitteln des ersten Drehmomentwerts herangezogen wird, sondern eine
Signalaufbereitung bzw. Signalverarbeitung des Rohsignals erfolgt, aus dem dann der erste Drehmomentwert ermittelt wird.
Vorzugsweise entspricht die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 2s, vorzugsweise ungefähr 1 s, am bevorzugtesten ungefähr 0,5 s. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner ein Inkrementieren eines Zählers, wenn der ermittelte Integrationswert den vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer überschreitet, ein Ermitteln eines ersten Fehlers der elektrischen Maschine, wenn der Zähler einen vorbestimmten ersten Zählerschwellenwert überschreitet, und ein Ausgeben einer ersten Warnung vorgesehen, wenn zumindest ein erster Fehler der elektrischen Maschine ermittelt worden ist.
Mittels des Inkrementierens eines Zählers beim Überschreiten des
Integrationsschwellenwerts kann ferner beurteilt werden, ob es sich um einen dauerhaft vorliegenden oder vorübergehend vorliegenden Fehler, wie
beispielsweise einen Messfehler, der elektrischen Maschine handelt.
Beispielsweise kann die erste Warnung anzeigen, dass die elektrische Maschine einer baldigen Wartung unterzogen werden sollte. Jedoch ist es trotz ermitteltem ersten Fehler weiterhin möglich, die elektrische Maschine noch zu betreiben, vorzugsweise aber mit begrenztem Drehmoment und begrenzter Drehzahl.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es außerdem bevorzugt sein, ferner ein Ermitteln eines zweiten Fehlers der elektrischen Maschine, wenn der Zähler einen vorbestimmten zweiten
Zählerschwellenwert überschreitet, der größer ist als der erste
Zählerschwellenwert, und ein Ausgeben einer zweiten Warnung vorzusehen, wenn zumindest ein zweiter Fehler der elektrischen Maschine ermittelt worden ist, wobei die zweite Warnung kritischer ist als die erste Warnung.
Überschreitet nämlich der Zähler den zweiten Zählerschwellenwert, kann ausgesagt werden, dass es sich um einen kritischen Fehler handelt, bei dem ein weiterer Betrieb der elektrischen Maschine kritisch ist und sogar zu einer Zerstörung der elektrischen Maschine führen kann. Aus diesem Grund kann der zweite Fehler anzeigen, dass die elektrische Maschine in einen Notlaufbetrieb geschalten werden sollte, bei dem das Drehmoment und die Drehzahl auf sehr niedrige Werte begrenzt sind. Außerdem kann der zweite Fehler anzeigen, dass die elektrische Maschine unmittelbar sofort gestoppt werden sollte, um eine Zerstörung der elektrischen Maschine zu vermeiden.
Folglich bedeutet eine kritische Warnung, dass die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der elektrischen Maschine gefährdet ist und somit unmittelbar Maßnahmen unternommen werden müssen, um eine teilweise oder vollständige Zerstörung der elektrischen Maschine bei weiterem Betrieb zu vermeiden.
Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Drehmoment um das Luftspaltmoment der elektrischen Antriebseinheit. Das Luftspaltmoment beschreibt dabei einen modellierten Drehmomentwert, der die Reibungsverluste, die Massenträgheit der Antriebswelle und dynamische Transferfunktionen des Antriebstranges in
Abhängigkeit der Montageposition des Drehmomentsensors berücksichtigen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug offenbart, die eine eine Antriebswelle aufweisende elektrische Antriebseinheit, eine mit der Antriebseinheit über die Antriebswelle verbundene Getriebeeinheit, die eine Abtriebswelle umfasst, und eine Steuereinheit zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren aufweist.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine ferner einen an der Antriebswelle applizierten ersten Drehmomentsensor, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Drehmomentsignal zu erzeugen, dass das an der Antriebswelle anliegende
Drehmoment anzeigt, und/oder einen an der Abtriebswelle applizierten zweiten Drehmomentsensor, der dazu ausgebildet ist, ein zweites Drehmomentsignal zu erzeugen, dass das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment anzeigt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der hierin beschriebenen Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine für ein Fahrzeug zeigt, und
Fig. 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers einer Erdungsvorrichtung der elektrischen Maschine der Fig. 1 zeigt.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff„Luftspaltmoment“ das innere Moment einer elektrischen Maschine, das sich aus den unvermeidlichen Reibmomenten innerhalb der elektrischen Maschine und dem Drehmoment an der Abtriebswelle zusammensetzt. Dabei sollten beim Vergleich des mittels des Drehmomentsensors direkt erfassten Drehmomentwerts mit dem modellbasiert ermittelten Luftspaltmoment etwaige Reibungsverluste, die Massenträgheit der Antriebswelle und dynamische Transferfunktionen des Antriebstranges in
Abhängigkeit der Montageposition des Drehmomentsensors berücksichtigt werden.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 100 für ein Fahrzeug. Die elektrische Maschine 100 kann dabei insbesondere den Antrieb für ein elektrisches Fahrzeug darstellen. Alternativ kann es jedoch denkbar sein, dass die elektrische Maschine für jegliche Arten der Antriebsleistungsbereitstellung genutzt werden kann, wie beispielsweise für den Dauerbetrieb vorgesehene elektrische Maschinen, die beispielsweise in Industrieanlagen bei hoher Last betrieben werden.
Die elektrische Maschine 100 der Fig. 1 weist eine elektrische Antriebseinheit 1 10 und eine damit verbundene Getriebeeinheit 140 auf. Die elektrische Antriebseinheit umfasst ein Gehäuse 1 12, eine im Gehäuse angeordnete Statorvorrichtung 120 und eine ebenfalls im Gehäuse angeordnete Rotorvorrichtung 130 auf, die aus einem Rotor 132 und einer Antriebswelle 134 gebildet wird. Die Antriebswelle 134 wird von zwei Lagervorrichtungen 136, 138 drehbar im Gehäuse 1 12 gelagert. Die Statorvorrichtung 120 ist im Wesentlichen um die Rotorvorrichtung 130 herum angeordnet. Die Antriebswelle 134 ist mit dem Rotor 132 im Wesentlichen starr verbunden. Die elektrische Antriebseinheit 1 10 ist mit der Getriebeeinheit 140 mittels der Antriebswelle 134 verbunden. Die Getriebeeinheit 140, vorzugsweise einstufig ausgebildet, weist eine Abtriebswelle 142 auf, über die das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment externen Verbrauchern bereitgestellt wird.
Die elektrische Maschine 100 umfasst ferner einen ersten Drehmomentsensor 152, der an der Antriebswelle 134 appliziert ist, und einen zweiten Drehmomentsensor 154, der an der Abtriebswelle appliziert ist. Der erste und/oder zweite
Drehmomentsensor 152, 154 ist vorzugsweise jeweils ein Dehnungsmessstreifen zum Ermitteln des an der Antriebswelle 134 bzw. Abtriebswelle 142 anliegenden Drehmoments.
Die Antriebseinheit 1 10 weist ferner eine Erdungsvorrichtung 160 auf, die dazu ausgebildet ist, etwaigen elektrischen Leckagestrom der elektrischen Maschine 100, insbesondere der Statorvorrichtung 120 und/oder der Rotorvorrichtung 130, an der Antriebswelle 134 und/oder den Lagervorrichtungen 136, 138 vorbeizuleiten. Die Erdungsvorrichtung 160 ist vorzugsweise ein Wellenerdungsring, der in Form eines Schleifrings oder eines Kontaktstifts zwischen der Antriebswelle 134 und dem Gehäuse 1 12 angebracht ist.
Die Versorgung der Statorvorrichtung 120 bzw. der Rotorvorrichtung 130 mit elektrischer Energie erfolgt über einen Inverter 170, der dazu ausgebildet ist, einen dreiphasigen Wechselstrom mit vorbestimmter Schaltfrequenz der elektrischen Antriebseinheit 1 10 bereitzustellen.
Die elektrische Maschine 100 umfasst ferner eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die dazu ausgebildet ist, die Drehmomentsignale der Drehmomentsensoren 152, 154 zu empfangen und zu verarbeiten und den Betrieb der elektrischen Maschine 100 zu steuern. Unter Verweis auf die Fig. 2 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers, vorzugsweise mechanischen Fehlers, der elektrischen Maschine 100 der Fig. 1 gezeigt.
Das Verfahren der Fig. 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 205, an dem die vorliegenden Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine 100 erfasst werden. Darunter fällt beispielsweise ein dynamischer Betrieb der elektrischen Maschine 100, insbesondere das Vorliegen einer
Drehmomentänderung und/oder einer Drehmomentumkehr, bei dem sich die Last, das Drehmoment und/oder die Drehzahl der elektrischen Antriebseinheit 1 10 ändert. Außerdem kann auch die Temperatur der elektrischen Antriebseinheit 1 10 als Betriebsbedingung angeführt werden, die in einem gewünschten Bereich liegen sollte.
In einem darauffolgenden Schritt 210 wird abgeprüft, ob die ermittelten
Betriebsbedingungen mit vorbestimmten Betriebsbedingungen übereinstimmen. Beispielsweise wird beim Schritt 210 abgefragt, ob sich die elektrische Maschine 100 in einem dynamischen Betriebszustand befindet, bei dem eine
Drehmomentänderung vorliegt. Zudem kann die vorbestimmte Betriebsbedingung das Vorhandensein einer ausreichenden Traktion erfordern. Dies kann
beispielsweise dadurch abgefragt werden, ob an der Abtriebswelle 142 überhaupt ein Drehmoment anliegt oder nicht. Alternativ oder zusätzlich kann das
Vorhandensein von ausreichender Traktion über die Signale von einem oder mehrerer Raddrehzahlsensoren ermittelt werden.
Wird beim Schritt 210 bestimmt, dass sich die elektrische Maschine nicht im dynamischen Betrieb, das heißt z. B. im stationären Betrieb, befindet, gelangt das Verfahren wieder zurück zum Schritt 205 und verbleibt solange in dieser Schleife, bis dynamische Betriebsbedingungen, die mit den vorbestimmten
Betriebsbedingungen übereinstimmen, am Schritt 210 ermittelt werden.
Wird nun beim Schritt 210 bestimmt, dass die vorbestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere dynamische Betriebsbedingungen, der elektrischen Maschine 100 vorliegen, gelangt das Verfahren zum Schritt 212, an dem der erste Drehmomentwert an der Antriebswelle ermittelt wird, beispielsweise mittels des an der Antriebswelle 134 applizierten ersten Drehmomentsensors 152. Gleichzeitig wird am Schritt 212 der zweite Drehmomentwert ermittelt, der dem an die elektrische Maschine, vorzugsweise an die elektrische Antriebseinheit 1 10, angeforderten Drehmoment entspricht. Beispielsweise kann hierzu das
Luftspaltmoment der elektrischen Maschine ermittelt werden.
In einem darauffolgenden Schritt 214 wird ein Differenzbetrag basierend auf dem ermittelten ersten Drehmomentwert und dem ermittelten zweiten Drehmomentwert ermittelt. Insbesondere beschreibt der Differenzbetrag die Differenz zwischen dem ersten Drehmomentwert und dem zweiten Drehmomentwert, wobei daraus der Betrag gebildet wird. Der ermittelte Differenzbetrag ist somit ein mathematisch vorzeichenloser Drehmomentwert.
Darauffolgend gelangt das Verfahren zum Schritt 216, an dem ein zeitliches Integrieren des ermittelten Differenzbetrags zum Ermitteln eines Integrationswerts über eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt. Am Schritt 216 erfolgt dabei insbesondere ein mathematisches Aufsummieren der mehreren ermittelten Differenzbeträge, die bei mehrmaligen Durchlaufen der Schleife zwischen den Schritten 212 und 220 ermittelt werden.
In einem darauffolgenden Schritt 220 wird abgefragt, ob die vorbestimmte Zeitdauer bereits erreicht ist. Wird beim Schritt 220 bestimmt, dass die vorbestimmte
Zeitdauer noch nicht erreicht ist, gelangt das Verfahren wieder zurück zum Schritt 212, an dem erneut die Schritte 212 bis 216 durchlaufen werden und somit ein weiteres Aufsummieren bzw. zeitliches Integrieren der ermittelten Differenzbeträge erfolgt.
Wird jedoch beim Schritt 220 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeitdauer erreicht ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 230, an dem abgefragt wird, ob der ermittelte Integrationswert einen vorbestimmten Integrationsschwellenwert überschritten hat. Wird beim Schritt 230 bestimmt, dass der am Schritt 216 ermittelte Integrationswert den vorbestimmten Integrationsschwellenwert nicht überschreitet, gelangt das Verfahren direkt zum Schritt 240. Wird jedoch beim Schritt 230 bestimmt, dass der am Schritt 216 ermittelte Integrationswert den vorbestimmten
Integrationsschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 235, an dem ein Zähler mit„+1“ inkrementiert wird. Nach dem Inkrementieren des Zählers gelangt dann das Verfahren zum Schritt 240, an dem eine Abfrage erfolgt, ob der Zähler größer ist als ein vorbestimmter erster Zählerschwellenwert.
Wird beim Schritt 240 bestimmt, dass der Zähler den vorbestimmten ersten
Zählerschwellenwert, wie beispielsweise 10, nicht überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem die elektrische Maschine 100 als fehlerfrei diagnostiziert wird, bevor das Verfahren beim Schritt 260 endet. Im Anschluss daran kann das Verfahren der Fig. 2 erneut durchgeführt werden und kann wieder beim Schritt 200 starten.
Wird jedoch beim Schritt 240 bestimmt, dass der Zähler den vorbestimmten ersten Zählerschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 242, an dem ein mechanischer Fehler der elektrischen Maschine 100 festgestellt wird und eine entsprechende erste Warnung ausgeben wird, wie beispielsweise das Vorschlägen des Vorsehens einer Wartung der elektrischen Maschine 100. Diese erste Warnung beschreibt dabei eine Warnung, bei der das Fahrzeug noch im Wesentlichen basierend auf den standardmäßigen Betriebsparametern weiter betrieben werden kann.
In einem darauffolgenden Schritt 244 erfolgt eine weitere Abfrage, nämlich ob der Zähler einen vorbestimmten zweiten Zählerschwellenwert, wie beispielsweise 100, überschreitet, der größer ist als der vorbestimmte erste Zählerschwellenwert. Wird beim Schritt 244 ermittelt, dass der Zähler nicht größer ist als der vorbestimmte zweite Zählerschwellenwert, gelangt das Verfahren zum Schritt 260 und wird dort beendet. Wird jedoch beim Schritt 244 bestimmt, dass der Zähler größer ist als der vorbestimmte zweite Zählerschwellenwert, gelangt das Verfahren zum Schritt 246 und es wird eine zweite Warnung ausgegeben, bei der beispielsweise eine
Notlaufmaßnahme der elektrischen Maschine 100 vorgenommen wird, bevor das Verfahren beim Schritt 260 endet. Während einer solchen Notlaufmaßnahme kann beispielsweise die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine 100 auf vorbestimmte Werte begrenzt werden. Jedoch kann die Notlaufmaßnahme auch dazu führen, dass der Betrieb der elektrischen Maschine 100 und somit des gesamten Fahrzeugs unmittelbar unterbrochen und eingestellt wird, da ein weiterer Betrieb der elektrischen Maschine 100 zu einer Zerstörung derselben führen könnte. Die zweite Warnung ist somit eine kritischere Warnung als die am Schritt 232 ausgegebene erste Warnung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine (100), die eine eine Antriebswelle (134) aufweisende elektrische Antriebseinheit
(110) und eine mit der elektrischen Antriebseinheit (110) über die Antriebswelle (134) verbundene Getriebeeinheit (140) aufweist, die eine Abtriebswelle (142) umfasst, wobei das Verfahren aufweist:
Ermitteln einer an die elektrische Maschine (100) angeforderten Drehmomentänderung,
Ermitteln eines ersten Drehmomentwerts an der Antriebswelle
(134),
Ermitteln eines zweiten Drehmomentwerts, das dem an die elektrische Maschine (100) angeforderten Drehmoment entspricht,
Ermitteln eines Differenzbetrags basierend auf dem ermittelten ersten Drehmomentwert und dem ermittelten zweiten Drehmomentwert,
zeitliches Integrieren des ermittelten Differenzbetrags zum
Ermitteln eines Integrationswert über eine vorbestimmte Zeitdauer, und
Ermitteln eines Fehlers der elektrischen Maschine (100), wenn der ermittelte Integrationswert einen vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste Drehmomentwert basierend auf einem Drehmomentsignal ermittelt wird, das von einem an der Antriebswelle (134) applizierten Drehmomentsensor (152) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste Drehmomentwert basierend auf einem Drehmomentsignal, das von einem an der Abtriebswelle (142) applizierten Drehmomentsensor (154) erzeugt wird, und dem Wirkungsgrad und/oder dem Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit (140) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 2 s, vorzugsweise ungefähr 1 s, am
bevorzugtesten ungefähr 0,5 s, entspricht. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: Inkrementieren eines Zählers, wenn der ermittelte Integrationswert den vorbestimmten Integrationsschwellenwert innerhalb der vorbestimmten
Zeitdauer überschreitet,
Ermitteln eines ersten Fehlers der elektrischen Maschine (100), wenn der Zähler einen vorbestimmten ersten Zählerschwellenwert überschreitet, und
Ausgeben einer ersten Warnung, wenn zumindest ein erster Fehler der elektrischen Maschine (100) ermittelt worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit:
Ermitteln eines zweiten Fehlers der elektrischen Maschine (100), wenn der Zähler einen vorbestimmten zweiten Zählerschwellenwert überschreitet, der größer ist als der erste Zählerschwellenwert, und
Ausgeben einer zweiten Warnung, wenn zumindest ein zweiter Fehler der elektrischen Maschine (100) ermittelt worden ist, wobei die zweite Warnung kritischer ist als die erste Warnung.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Drehmoment dem Luftspaltmoment entspricht.
8. Elektrische Maschine (100) für ein Fahrzeug, mit:
einer elektrischen Antriebseinheit (110), die eine Antriebswelle
(134) aufweist,
einer mit der Antriebseinheit (110) über die Antriebswelle (134) verbundenen Getriebeeinheit (140), die eine Abtriebswelle (142) umfasst, und
einer Steuereinheit zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine gemäß einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche.
9. Elektrische Maschine (100) nach Anspruch 8, ferner mit: einem an der Antriebswelle (134) applizierten ersten Drehmomentsensor (152), der dazu ausgebildet ist, ein erstes Drehmomentsignal zu erzeugen, das das an der Antriebswelle (134) anliegende Drehmoment anzeigt, und/oder
einem an der Abtriebswelle (142) applizierten zweiten Drehmomentsensor (154), der dazu ausgebildet ist, ein zweites Drehmomentsignal zu erzeugen, das das an der Abtriebswelle (142) anliegende Drehmoment anzeigt.
PCT/EP2020/063869 2019-05-23 2020-05-18 Verfahren zum ermitteln eines fehlers einer elektrischen maschine und elektrische maschine WO2020234256A1 (de)

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