WO2022263056A1 - Method and device for predictive wear analysis with regard to a component of a motor vehicle - Google Patents

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WO2022263056A1
WO2022263056A1 PCT/EP2022/062463 EP2022062463W WO2022263056A1 WO 2022263056 A1 WO2022263056 A1 WO 2022263056A1 EP 2022062463 W EP2022062463 W EP 2022062463W WO 2022263056 A1 WO2022263056 A1 WO 2022263056A1
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component
wear
motor vehicle
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Inventor
Janek KRAEUTER
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/12—Testing internal-combustion engines by monitoring vibrations

Definitions

  • the present invention relates to a method and a corresponding device for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle.
  • a load profile can be understood as the statistical, load-dependent distribution of one or more physical variables, such as the time dependency of temperature rises or the dependency of the torque over the speed.
  • the load profiles are usually based on assumptions or are transferred from field data from combustion vehicles and adjusted accordingly. However, there is often not enough field data from drive trains to validate or compare load profiles with the field data.
  • a wear analysis is one way of comparing the stored load profiles with field data and, if necessary, adjusting the load profiles during operation. This allows the vehicle manufacturer, a supplier or the end user (e.g. a fleet operator or a private user) to be informed at regular intervals of the current state of wear or aging (“state of health”) of the respective drive train.
  • state of health e.g. a state of charge and/or an efficiency of a charge storage device is known, for example from EP 1417503 B1, with both measured variables and state variables determined using a model-based method being used.
  • the invention provides a method and a device for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle with the features of the independent patent claims.
  • the invention accordingly relates to a method for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle.
  • Sensor data are recorded by at least one vehicle sensor of the motor vehicle.
  • Information regarding current wear of the at least one component is determined using the recorded sensor data.
  • Remaining wear of the at least one component is predicted using a comparison of the determined information regarding the instantaneous wear of the at least one component with specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
  • the invention relates to a device for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle, with an interface, a memory device and a computing device.
  • the interface is designed to receive sensor data from at least one vehicle sensor of the motor vehicle.
  • the storage device is designed to store specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
  • the computing device is designed to determine information regarding a current wear of the at least one component using the recorded sensor data, and a remaining one Determine wear of the at least one component using a comparison of the determined information regarding the current wear of the at least one component with predetermined information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
  • the invention enables a wear condition of the component to be determined accurately. As a result, components can be replaced in the workshop before they are destroyed or seriously damaged, so that consequential damage in particular can be avoided. This avoids unnecessary major repairs.
  • the components can also be designed much more precisely for the actual stress or damage over the service life. This can prevent the components from being designed to be more robust than would actually be necessary. Overdesign or overengineering can be avoided. In particular, the weight can thereby be reduced, material costs can be lowered and the costs for component tests as well as for testing the entire drive train can be reduced. Manufacturing costs can optionally also be reduced. For example, fewer screw connections are required for a housing than was previously intended in the design.
  • this function can be used to ensure a clear demarcation between the service life promised by a supplier and the service life required by a customer. This can solve problems with liability issues in the event of vehicle breakdowns. Furthermore, sensors in the drive train can be saved since the load on the respective components is better known. Again, this saves cost and weight.
  • At least one state variable of the component is calculated using a model, with input parameters of the model including the detected sensor data.
  • the information regarding the current wear of the component is determined using the at least one state variable of the component.
  • many parameters are measured as standard, for example at the level of the electronic drive of battery vehicles and hybrid vehicles.
  • the electronic drive can include the electric motor, the power electronics, the transmission, and one or more housings.
  • the measured parameters then serve as input parameters for the model in order to simulate or calculate the instantaneous wear of the component.
  • This embodiment is a wear analysis based on a load profile.
  • the calculation of the instantaneous wear of the component using the model includes the calculation of damage that occurs as a result of a temperature load change, for example using the Coffin-Manson equation.
  • the calculation of the instantaneous wear of the component using the model includes the calculation of damage that occurs as a result of maximum temperature rises, for example using the Arrhenius equation.
  • the sensor data recorded by the vehicle include at least one state variable of the component.
  • the information regarding the current wear of the component is determined using the at least one state variable of the component.
  • This embodiment is a sensor-based wear analysis.
  • the at least one state variable can be measured at the component level (i.e. at the component level) using sensors, for example using a structure-borne sound sensor, a pressure sensor and/or a current sensor.
  • the structure-borne noise sensor can be designed, for example, to measure vibrations of bearings, shafts, a drive train, a rotor, a transmission or a toothing as the component to be examined.
  • the pressure sensor can be designed to detect pressure or humidity in an air space, in cooling and/or lubricating media.
  • the current sensor may be configured to measure a current pattern using motor current signature analysis (MCSA) at an AC interface between an inverter and a powertrain.
  • MCSA motor current signature analysis
  • the currently prevailing wear (the current damage) of the component can not only be calculated, but also actually registered.
  • the actual condition of the component with regard to the current wear is measured. This actual condition of the component with regard to the current wear is then compared with the stored damage (allowed over the service life).
  • the at least one state variable of the component can thus either be obtained using a model calculation or determined using direct measurements. Next, a combination is possible, with both direct measurement results and models for determining the State variable of the component are used.
  • the at least one state variable of the component comprises vibration information (e.g. strokes, changes and/or - for speed and torque - positive or negative portions), a temperature, a speed, a torque , a current, a voltage and/or a pressure of the component.
  • the sensors for acquiring the sensor data can in particular include a structure-borne noise sensor, a pressure sensor, a speed sensor, a torque sensor, a voltage sensor and/or a current sensor.
  • the sensor data include at least one of a torque, a speed, a direct current, a direct voltage, an alternating current, a temperature of components of power electronics of an electric drive of the motor vehicle, a stator temperature of a stator of the electric drive, a rotor temperature, or rotor speed or another component.
  • strokes, (load) changes and/or—for speed and torque—positive or negative components can be included.
  • the information does not have to be collected in the power electronics.
  • a vibration sensor can be attached to a bearing in the gearbox. However, the information goes to the power electronics of the electric drive train and is processed there or forwarded to a cloud or the vehicle's main control unit.
  • the specified information regarding a maximum permissible wear of the component includes a load profile of the component.
  • the load profile can be used to determine how high the maximum permissible wear of the component is over the service life.
  • damage models damage formulas with corresponding coefficients
  • the current damage can be calculated with the maximum permitted over the service life Damage are compared, and a residual damage or predicted remaining life can be determined.
  • At least a remaining service life of the component and/or a remaining range of the motor vehicle is determined based on the predicted remaining wear of the component.
  • the remaining operating time and/or remaining range can be determined by extrapolating the wear of the component, assuming that the driver continues to drive with a previously determined driving style.
  • a driving profile can be stored in order to be able to map a standard driver.
  • a state of wear (state of health) is determined based on the predicted remaining wear of the component.
  • the state of wear can indicate the current wear as a percentage of the wear permitted over the entire service life (maximum damage).
  • an unusual wear behavior of the component is registered if the sensor data and/or the information regarding the instantaneous wear of the component shows an unusual behavior.
  • This can be understood to mean, for example, that the evaluation of the sensor data and/or the information relating to the current wear of the component is outside a specified range, i. H. fall below or exceed specified threshold values. For example, this can be the case with unusually high vibrations, pressures or unusual flow patterns.
  • a warning signal and/or a recommendation for action is output to a user based on the predicted remaining wear of the component.
  • the user can be, for example, a driver of the vehicle, a manufacturer, a fleet operator or the like.
  • the warning signal can be output, for example, if the unusual wear behavior of the component is detected.
  • the warning signal can indicate, for example, that the maximum permissible wear is about to be reached or that the sensor data indicates that there is a discrepancy in the component.
  • the vehicle manufacturer, a supplier (in particular the manufacturer of the component) and/or the end user (fleet operator or private user) is informed at regular intervals or continuously of the remaining wear of the component or the wear condition of the component.
  • the component is an electric drive or part of an electric drive.
  • the remaining wear of the component is predicted by means of an evaluation device of the motor vehicle.
  • the remaining wear of the component is predicted by means of an evaluation device located outside the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle
  • Figure 2 is a flow chart of a method for predictive
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle.
  • the motor vehicle can in particular be an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the device 1 can be arranged in the motor vehicle or can also be used outside of the motor vehicle (for example as an external analysis system).
  • the device 1 includes an interface 11 which is coupled to at least one vehicle sensor 2 via a CAN bus, for example.
  • the device 1 also includes a memory device 12 with at least one non-volatile data memory in order to store the sensor data received from the at least one vehicle sensor 2 .
  • previously provided information regarding a maximum permissible wear of the component is stored in the memory device 12 . This can be at least one load profile of the component. Desired parameters can also be calculated and/or simulated by software. Using software, the parameters are approximated to the desired values by using other parameters, such as the sensor data, as a basis.
  • the device 1 also includes a computing device 13, such as a microprocessor, an integrated circuit or the like.
  • the computing device 13 determines information relating to a current Wear of the component using the detected sensor data, and determines a remaining wear of the component using a comparison of the determined information regarding the current wear of the component with predetermined information regarding a maximum permissible wear of the component.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle, for example a component of an electric drive.
  • the method can be carried out using the device 1 described above.
  • the device 1 described above can be designed to carry out all or some of the method steps described below.
  • the component can be a transmission, bearing, gear, differential, side gear, spur gear, pinion, connector, parking lock system, gearbox, gearbox, shaft, seal, an output shaft, an input shaft, a coupling or decoupling system (disconnect unit), snap ring, welded components or screws. It can also be an electric motor or components thereof (such as a rotor, a stator, an insulation or a bearing, a bearing grease or a circlip).
  • it can be an inverter or components before it (such as power modules including a B6 bridge (or B12 bridge or Bx bridge), a discharge circuit, a DC voltage capacitor, an EMC filter arrangement, a film capacitor or the like). Further, it may be a system or components thereof (such as a system case or gaskets, such as liquid or interleaved gaskets, radial shaft seals, voltage grounding components, bolts, cables).
  • a system case or gaskets such as liquid or interleaved gaskets, radial shaft seals, voltage grounding components, bolts, cables.
  • the wear analysis can (in particular for the load profile-based analysis) be carried out, for example, for one of the components listed in Table 1 with the corresponding exemplary damage mechanism.
  • a vehicle simulation is carried out, taking into account vehicle data, data relating to the drive train and/or a driver profile determined using past measurement data.
  • a frequency distribution of torque, speed and/or voltage can be determined.
  • the variables determined in the first method step S1 can be used as input variables of a simulation model in order to simulate parameters that are required for calculating the maximum permissible wear of the component.
  • the simulation model can include a thermal simulation of the component, for example in order to determine an ambient temperature of the component.
  • a wear calculation is carried out in a third method step S3 in order to determine the maximum permissible wear of the component.
  • the maximum permissible wear of the component can be stored in the storage device 12 .
  • a fourth method step S4 measurements are carried out on the drive train during operation of the motor vehicle in order to acquire sensor data or simulated data, such as a speed, a torque, currents, voltages or temperatures of components of the drive train.
  • a fifth method step S5 at least one state variable of the component is calculated using a model, with the input parameters of the model including the detected sensor data. For example, a hottest temperature occurring on the stator can be determined using a thermal model will. Alternatively or additionally, the recorded sensor data can be used directly in the further analysis steps. The sensor data can be compared with target values in order to register any discrepancies. The discrepancies can be included in the calculation of the instantaneous wear of the component.
  • step S6 information regarding the current wear of the component is determined.
  • a seventh method step S7 the information relating to the instantaneous wear of the component is compared with the determined information relating to the maximum permissible wear of the component.
  • histograms of temperature rises can be compared to determine to what extent the maximum permissible wear has already been reached. The remaining wear is then predicted and output. This can be a percentage, for example, which indicates how large the remaining residual wear is.
  • a damage distribution (damage over time) or total damage can also be calculated, for example, from temperature rises and/or temperature changes. Alternatively, this damage distribution or total damage is then compared with the maximum damage distribution or total damage permitted over the service life.
  • an eighth method step S8 it can be determined whether the predicted remaining wear exceeds a predefined threshold value. If this is the case, a warning signal and/or a recommendation for action can be output in a method step S9.
  • the remaining wear of the component can be predicted in an evaluation device of the motor vehicle or in an external evaluation device located outside of the motor vehicle.
  • the field data in the drive train can only be recorded and collected. In a workshop, the field data are then sent via a Diagnostic interface transmitted and can thus be processed with great computing power (outside the drive train).
  • the field data in the drive train is only recorded and collected and is transmitted to the customer via a CAN interface, for example, for example to a cloud provided by the customer or by the supplier or drive manufacturer.
  • the field data can thus be processed with high computing power (outside the drive train).
  • current wear and tear is calculated from the sensor data and compared with a stored, maximum permissible wear.
  • the information regarding the current wear or all data is transmitted via a diagnostic interface and can therefore be further processed with great computing power (outside the drive train) or used for learning processes and statistics. In this way, the stored load profiles and the resulting maximum permissible wear on the component can be adjusted at regular intervals.
  • the stored load profiles can also be adjusted.

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Abstract

The invention relates to a method for predictive wear analysis with regard to a component of a motor vehicle. Sensor data are captured by means of at least one vehicle sensor of the motor vehicle. Information regarding current wear of the component is determined using the captured sensor data. Remaining wear of the component is predicted by means of a comparison of the determined information regarding the current wear of the component with specified information regarding maximum permissible wear of the component.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zur prädiktiven Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs Method and device for predictive wear analysis of a motor vehicle component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur prädiktiven Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. The present invention relates to a method and a corresponding device for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle.
Stand der Technik State of the art
Für Komponenten von Kraftfahrzeugen werden regelmäßige Wartungsintervalle empfohlen oder vorgeschrieben, welche auf der Auslegung der Komponenten und auf Erfahrungswerten bzw. Tests beruhen. Regular maintenance intervals are recommended or stipulated for components of motor vehicles, which are based on the design of the components and on empirical values and tests.
Die einzelnen 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. The individual components of a drive train are designed based on stored load profiles. A load profile can be understood as the statistical, load-dependent distribution of one or more physical variables, such as the time dependency of temperature rises or the dependency of the torque over the speed.
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. The load profiles are usually based on assumptions or are transferred from field data from combustion vehicles and adjusted accordingly. However, there is often not enough field data from drive trains to validate or compare load profiles with the field data.
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. Bezüglich der Zustandsermittlung ist beispielsweise aus der EP 1417503 Bl ein Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustandes und/oder einer Leistungsfähigkeit eines Ladungsspeichers bekannt, wobei sowohl gemessene Größen als auch nach einem modellbasierten Verfahren ermittelte Zustandsgrößen verwendet werden. A wear analysis is one way of comparing the stored load profiles with field data and, if necessary, adjusting the load profiles during operation. This allows the vehicle manufacturer, a supplier or the end user (e.g. a fleet operator or a private user) to be informed at regular intervals of the current state of wear or aging (“state of health”) of the respective drive train. With regard to determining the state, a method for determining a state of charge and/or an efficiency of a charge storage device is known, for example from EP 1417503 B1, with both measured variables and state variables determined using a model-based method being used.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur prädiktiven Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit. The invention provides a method and a device for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle with the features of the independent patent claims.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Preferred embodiments are the subject of the respective dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zur prädiktiven Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Sensordaten werden durch mindestens einen Fahrzeugsensor des Kraftfahrzeugs erfasst. Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente werden unter Verwendung der erfassten Sensordaten ermittelt. Ein verbleibender Verschleiß der mindestens einen Komponente wird 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. According to a first aspect, the invention accordingly relates to a method for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle. Sensor data are recorded by at least one vehicle sensor of the motor vehicle. Information regarding current wear of the at least one component is determined using the recorded sensor data. Remaining wear of the at least one component is predicted using a comparison of the determined information regarding the instantaneous wear of the at least one component with specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur prädiktiven Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schnittstelle, einer Speichereinrichtung und einer Recheneinrichtung. Die Schnittstelle ist dazu ausgebildet, Sensordaten von mindestens einem Fahrzeugsensor des Kraftfahrzeugs zu empfangen. Die Speichereinrichtung ist dazu ausgebildet, vorgegebene Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der mindestens einen Komponente zu speichern. Die Recheneinrichtung ist dazu ausgebildet, Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente unter Verwendung der erfassten Sensordaten zu ermitteln, und einen verbleibenden 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 zu ermitteln. According to a second aspect, the invention relates to a device for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle, with an interface, a memory device and a computing device. The interface is designed to receive sensor data from at least one vehicle sensor of the motor vehicle. The storage device is designed to store specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component. The computing device is designed to determine information regarding a current wear of the at least one component using the recorded sensor data, and a remaining one Determine wear of the at least one component using a comparison of the determined information regarding the current wear of the at least one component with predetermined information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Die Erfindung ermöglicht die genaue Bestimmung eines Verschleißzustands der Komponente. Dadurch können in der Werkstatt Komponenten ausgetauscht werden, bevor diese zerstört oder ernsthaft beschädigt werden, sodass insbesondere Folgeschäden vermieden werden können. Dadurch lassen sich unnötige größere Reparaturen vermeiden. The invention enables a wear condition of the component to be determined accurately. As a result, components can be replaced in the workshop before they are destroyed or seriously damaged, so that consequential damage in particular can be avoided. This avoids unnecessary major repairs.
Beim Wiederverkauf kann die noch bestehende, genau definierte verbleibende Mindestlebensdauer ermittelt werden. Hierdurch kann der Restwert oder Wiederverkaufswert eines Fahrzeuges sehr genau bestimmt werden. When reselling, the still existing, precisely defined remaining minimum service life can be determined. This allows the residual value or resale value of a vehicle to be determined very precisely.
Die Komponenten können weiter viel exakter auf die tatsächliche Beanspruchung bzw. Schädigung über die Lebensdauer ausgelegt werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Komponenten robuster ausgelegt werden, als dies tatsächlich erforderlich wäre. Overdesign bzw. Overengineering kann vermieden werden. Insbesondere kann dadurch das Gewicht verringert werden, Materialkosten können gesenkt werden und die Kosten für Komponententests wie auch für das Testen des gesamten Antriebstrangs können verringert werden. Herstellkosten können gegebenenfalls auch gesenkt werden. Z.B. werden weniger Verschraubungen für ein Gehäuse benötigt, als zuvor im Design vorgesehen war. The components can also be designed much more precisely for the actual stress or damage over the service life. This can prevent the components from being designed to be more robust than would actually be necessary. Overdesign or overengineering can be avoided. In particular, the weight can thereby be reduced, material costs can be lowered and the costs for component tests as well as for testing the entire drive train can be reduced. Manufacturing costs can optionally also be reduced. For example, fewer screw connections are required for a housing than was previously intended in the design.
Aufgrund der besseren Kenntnis der Lebensdauer kann eine exaktere Lebensdauergarantie oder Gewährleistung gewährt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit dieser Funktion eine klare Abgrenzung zwischen von einem Zulieferer versprochener Lebensdauer zu von einem Kunden geforderter Lebensdauer sichergestellt werden kann. Dadurch können Probleme bei Haftungsfragen im Falle von Fahrzeugausfällen gelöst werden. Weiter können Sensoren im Antriebsstrang eingespart werden, da die Belastung der jeweiligen Bauteile besser bekannt ist. Wiederum werden dadurch Kosten und Gewicht eingespart. With better knowledge of the lifetime, a more accurate lifetime guarantee or warranty can be given. Another advantage is that this function can be used to ensure a clear demarcation between the service life promised by a supplier and the service life required by a customer. This can solve problems with liability issues in the event of vehicle breakdowns. Furthermore, sensors in the drive train can be saved since the load on the respective components is better known. Again, this saves cost and weight.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs wird mindestens eine Zustandsgröße der Komponente anhand eines Modells berechnet, wobei Eingangsparameter des Modells die erfassten Sensordaten umfassen. Die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente werden anhand der mindestens einen Zustandsgröße der Komponente ermittelt. Beim Betrieb des Kraftfahrzeugs werden viele Parameter standardmäßig gemessen, etwa auf der Ebene des elektronischen Antriebs von Batteriefahrzeugen und Hybridfahrzeugen. Der elektronische Antrieb kann etwa den Elektromotor, die Leistungselektronik, das Getriebe, sowie ein oder mehrere Gehäuse umfassen. Die gemessenen Parameter dienen dann als Eingangsparameter des Modells, um den momentanen Verschleiß der Komponente zu simulieren bzw. zu berechnen. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine lastprofilbasierte Verschleißanalyse. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, at least one state variable of the component is calculated using a model, with input parameters of the model including the detected sensor data. The information regarding the current wear of the component is determined using the at least one state variable of the component. During the operation of the motor vehicle, many parameters are measured as standard, for example at the level of the electronic drive of battery vehicles and hybrid vehicles. The electronic drive can include the electric motor, the power electronics, the transmission, and one or more housings. The measured parameters then serve as input parameters for the model in order to simulate or calculate the instantaneous wear of the component. This embodiment is a wear analysis based on a load profile.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfasst das Berechnen des momentanen Verschleißes der Komponente anhand des Modells die Berechnung von Schädigungen, welche durch einen Temperaturlastwechsel auftreten, etwa anhand der Coffin-Manson-Gleichung. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the calculation of the instantaneous wear of the component using the model includes the calculation of damage that occurs as a result of a temperature load change, for example using the Coffin-Manson equation.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfasst das Berechnen des momentanen Verschleißes der Komponente anhand des Modells die Berechnung von Schädigungen, welche durch maximale Temperaturhübe auftreten, etwa anhand der Arrhenius-Gleichung. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the calculation of the instantaneous wear of the component using the model includes the calculation of damage that occurs as a result of maximum temperature rises, for example using the Arrhenius equation.
Es können auch weitere Schädigungen basierend auf Momentenhüben, Momentenwechseln, Drehzahlhüben, Drehzahlwechseln, Spannungshüben und Spannungswechseln nach der Coffin-Manson-Gleichung, nach der Arrhenius- Gleichung und auch gemäß weiteren Schädigungsberechnungen berechnet werden. Further damage based on torque swings, torque changes, speed swings, speed changes, stress swings and stress changes according to the Coffin-Manson equation, according to the Arrhenius Equation and also calculated according to further damage calculations.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die von dem Fahrzeug erfassten Sensordaten mindestens eine Zustandsgröße der Komponente. Die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente werden anhand der mindestens einen Zustandsgröße der Komponente ermittelt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine sensorbasierte Verschleißanalyse. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the sensor data recorded by the vehicle include at least one state variable of the component. The information regarding the current wear of the component is determined using the at least one state variable of the component. This embodiment is a sensor-based wear analysis.
Die mindestens eine Zustandsgröße kann auf der Ebene der Komponente (d. h. auf Bauteilebene) anhand von Sensoren, etwa anhand von einem Körperschallsensor, einem Drucksensor und/oder einem Stromsensor gemessen werden. Der Körperschallsensor kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, Schwingungen von Lagern, Wellen, einem Antriebsstrang, einem Rotor, einem Getriebe oder einer Verzahnung als zu untersuchender Komponente zu messen. Der Drucksensor kann dazu ausgebildet sein, einen Druck oder eine Feuchtigkeit in einem Luftraum, in Kühl- und/oder Schmiermedien zu erfassen. Der Stromsensor kann dazu ausgebildet sein, ein Strommuster mittels einer Motorstrom-Signatur-Analyse (MCSA) an einer Wechselstrom-Schnittstelle zwischen einem Wechselrichter und einem Antriebsstrang zu messen. The at least one state variable can be measured at the component level (i.e. at the component level) using sensors, for example using a structure-borne sound sensor, a pressure sensor and/or a current sensor. The structure-borne noise sensor can be designed, for example, to measure vibrations of bearings, shafts, a drive train, a rotor, a transmission or a toothing as the component to be examined. The pressure sensor can be designed to detect pressure or humidity in an air space, in cooling and/or lubricating media. The current sensor may be configured to measure a current pattern using motor current signature analysis (MCSA) at an AC interface between an inverter and a powertrain.
Im Gegensatz zur lastprofilbasierten Verschleißanalyse kann der momentan vorherrschende Verschleiß (die momentane Schädigung) der Komponente nicht nur berechnet, sondern auch tatsächlich registriert werden. Es wird somit nicht nur der theoretische Zustand, sondern der tatsächliche Zustand der Komponente bezüglich des momentanen Verschleißes gemessen. Dieser tatsächliche Zustand der Komponente bezüglich des momentanen Verschleißes wird dann mit der hinterlegten (über die Lebensdauer erlaubten) Schädigung abgeglichen. In contrast to the load profile-based wear analysis, the currently prevailing wear (the current damage) of the component can not only be calculated, but also actually registered. Thus, not only the theoretical condition, but the actual condition of the component with regard to the current wear is measured. This actual condition of the component with regard to the current wear is then compared with the stored damage (allowed over the service life).
Die mindestens eine Zustandsgröße der Komponente kann somit entweder anhand einer Modellrechnung erhalten werden oder anhand von direkten Messungen bestimmt werden. Weiter ist auch eine Kombination möglich, wobei sowohl direkte Messergebnisse als auch Modelle zur Bestimmung der Zustandsgröße der Komponente herangezogen werden. The at least one state variable of the component can thus either be obtained using a model calculation or determined using direct measurements. Next, a combination is possible, with both direct measurement results and models for determining the State variable of the component are used.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfasst die mindestens eine Zustandsgröße der Komponente Schwingungsinformationen (z.B. Hübe, Wechsel und/oder - für Drehzahl und Drehmoment - positive bzw. negative Anteile), eine Temperatur, eine Drehzahl, ein Drehmoment, einen Strom, eine Spannung und/oder einen Druck der Komponente. Die Sensoren zum Erfassen der Sensordaten können insbesondere einen Körperschallsensor, einen Drucksensor, einen Drehzahlsensor, einen Drehmomentsensor, einen Spannungssensor und/oder einen Stromsensor umfassen. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the at least one state variable of the component comprises vibration information (e.g. strokes, changes and/or - for speed and torque - positive or negative portions), a temperature, a speed, a torque , a current, a voltage and/or a pressure of the component. The sensors for acquiring the sensor data can in particular include a structure-borne noise sensor, a pressure sensor, a speed sensor, a torque sensor, a voltage sensor and/or a current sensor.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die Sensordaten zumindest eines von einem Drehmoment, einer Drehzahl, einem Gleichstrom, einer Gleichspannung, einem Wechselstrom, einer Temperatur von Komponenten einer Leistungselektronik eines elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs, einer Statortemperatur eines Stators des elektrischen Antriebs, einer Rotortemperatur, oder Rotordrehzahl oder eine andere Komponente. Dabei können jeweils Hübe, (Last-)Wechsel und/oder - für Drehzahl und Drehmoment - positive bzw. negative Anteile umfasst sein. Weiter müssen die Informationen nicht in der Leistungselektronik erhoben werden. So kann z.B. ein Schwingungssensor an einem Lager im Getriebe angebracht sein. Die Information geht jedoch zur Leistungselektronik des elektrischen Antriebstrangs und wird dort verarbeitet oder weitergeleitet an eine Cloud oder das Fahrzeughauptsteuergerät. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the sensor data include at least one of a torque, a speed, a direct current, a direct voltage, an alternating current, a temperature of components of power electronics of an electric drive of the motor vehicle, a stator temperature of a stator of the electric drive, a rotor temperature, or rotor speed or another component. In each case, strokes, (load) changes and/or—for speed and torque—positive or negative components can be included. Furthermore, the information does not have to be collected in the power electronics. For example, a vibration sensor can be attached to a bearing in the gearbox. However, the information goes to the power electronics of the electric drive train and is processed there or forwarded to a cloud or the vehicle's main control unit.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs umfassen die vorgegebenen Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der Komponente ein Lastprofil der Komponente. 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. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the specified information regarding a maximum permissible wear of the component includes a load profile of the component. The load profile can be used to determine how high the maximum permissible wear of the component is over the service life. With the help of damage models (damage formulas with corresponding coefficients), the current damage can be calculated with the maximum permitted over the service life Damage are compared, and a residual damage or predicted remaining life can be determined.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs wird anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der Komponente zumindest eine Restbetriebsdauer der 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. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, at least a remaining service life of the component and/or a remaining range of the motor vehicle is determined based on the predicted remaining wear of the component. The remaining operating time and/or remaining range can be determined by extrapolating the wear of the component, assuming that the driver continues to drive with a previously determined driving style. Alternatively, a driving profile can be stored in order to be able to map a standard driver.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der 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. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, a state of wear (state of health) is determined based on the predicted remaining wear of the component. The state of wear can indicate the current wear as a percentage of the wear permitted over the entire service life (maximum damage).
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente 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. Beispielweise kann dies bei ungewöhnlich hohen Schwingungen, Drücken oder bei ungewöhnlichen Strommustern der Fall sein. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, an unusual wear behavior of the component is registered if the sensor data and/or the information regarding the instantaneous wear of the component shows an unusual behavior. This can be understood to mean, for example, that the evaluation of the sensor data and/or the information relating to the current wear of the component is outside a specified range, i. H. fall below or exceed specified threshold values. For example, this can be the case with unusually high vibrations, pressures or unusual flow patterns.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs wird anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der 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. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, a warning signal and/or a recommendation for action is output to a user based on the predicted remaining wear of the component. The user can be, for example, a driver of the vehicle, a manufacturer, a fleet operator or the like. The warning signal can be output, for example, if the unusual wear behavior of the component is detected. The warning signal can indicate, for example, that the maximum permissible wear is about to be reached or that the sensor data indicates that there is a discrepancy in the component.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse 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. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis, the vehicle manufacturer, a supplier (in particular the manufacturer of the component) and/or the end user (fleet operator or private user) is informed at regular intervals or continuously of the remaining wear of the component or the wear condition of the component.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs handelt es sich bei der Komponente um einen elektrischen Antrieb oder einen Teil eines elektrischen Antriebs. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the component is an electric drive or part of an electric drive.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs wird das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der Komponente mittels einer Auswertevorrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the remaining wear of the component is predicted by means of an evaluation device of the motor vehicle.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur prädiktiven Verschleißanalyse der Komponente des Kraftfahrzeugs wird das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der Komponente mittels einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Auswertevorrichtung durchgeführt. According to a preferred development of the method for predictive wear analysis of the component of the motor vehicle, the remaining wear of the component is predicted by means of an evaluation device located outside the motor vehicle.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen: Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur prädiktiven Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs; und Show it: FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle; and
Figur 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur prädiktivenFigure 2 is a flow chart of a method for predictive
Verschleißanalyse einer Komponente eines Kraftfahrzeugs. Wear analysis of a component of a motor vehicle.
Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. The numbering of method steps is for the sake of clarity and should not generally imply a specific chronological order. In particular, several method steps can also be carried out simultaneously.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the exemplary embodiments
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 zur prädiktiven 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). FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle. The motor vehicle can in particular be an electric vehicle or a hybrid vehicle. The device 1 can be arranged in the motor vehicle or can also be used outside of the motor vehicle (for example as an external analysis system).
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schnittstelle 11, welche etwa über einen CAN- Bus mit mindestens einem Fahrzeugsensor 2 gekoppelt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Speichereinrichtung 12 mit mindestens einem nichtflüchtigen Datenspeicher, um die von dem mindestens einen Fahrzeugsensor 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. Gewünschte Parameter können auch durch Software berechnet und/oder simuliert werden. Mittels Software werden also die Parameter den gewünschten Werten angenähert, indem andere Parameter, etwa die Sensordaten, als Basis verwendet werden. The device 1 includes an interface 11 which is coupled to at least one vehicle sensor 2 via a CAN bus, for example. The device 1 also includes a memory device 12 with at least one non-volatile data memory in order to store the sensor data received from the at least one vehicle sensor 2 . In addition, previously provided information regarding a maximum permissible wear of the component is stored in the memory device 12 . This can be at least one load profile of the component. Desired parameters can also be calculated and/or simulated by software. Using software, the parameters are approximated to the desired values by using other parameters, such as the sensor data, as a basis.
Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Recheneinrichtung 13, etwa einen Mikroprozessor, einen integrierten Schaltkreis oder dergleichen. Die Recheneinrichtung 13 ermittelt Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der Komponente unter Verwendung der erfassten Sensordaten, und ermittelt 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. The device 1 also includes a computing device 13, such as a microprocessor, an integrated circuit or the like. The computing device 13 determines information relating to a current Wear of the component using the detected sensor data, and determines a remaining wear of the component using a comparison of the determined information regarding the current wear of the component with predetermined information regarding a maximum permissible wear of the component.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur prädiktiven 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 sind, alle oder einzelne der im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen. FIG. 2 shows a flow chart of a method for predictive wear analysis of a component of a motor vehicle, for example a component of an electric drive. The method can be carried out using the device 1 described above. Conversely, the device 1 described above can be designed to carry out all or some of the method steps described below.
Bei der Komponente kann es sich um eine Übertragung, ein Lager, 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), 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 Sicherungsring) handeln.The component can be a transmission, bearing, gear, differential, side gear, spur gear, pinion, connector, parking lock system, gearbox, gearbox, shaft, seal, an output shaft, an input shaft, a coupling or decoupling system (disconnect unit), snap ring, welded components or screws. It can also be an electric motor or components thereof (such as a rotor, a stator, an insulation or a bearing, a bearing grease or a circlip).
Weiter kann es sich um einen Wechselrichter oder Komponenten davor (etwa Leistungsmodule inklusive einer B6-Brücke (oder B12-Brücke oder Bx-Brücke), einen Entladeschaltkreis, einen Gleichspannungskondensator, eine EMC-Filter- Anordnung, einen Folienkondensator oder dergleichen) handeln. Weiter kann es sich um ein System oder Komponenten davon (etwa ein Systemgehäuse oder Dichtungen, etwa Flüssigdichtungen oder Zwischenlagendichtungen, Radialwellendichtringe, Komponenten für Spannungserdung, Schrauben, Kabel) handeln. Furthermore, it can be an inverter or components before it (such as power modules including a B6 bridge (or B12 bridge or Bx bridge), a discharge circuit, a DC voltage capacitor, an EMC filter arrangement, a film capacitor or the like). Further, it may be a system or components thereof (such as a system case or gaskets, such as liquid or interleaved gaskets, radial shaft seals, voltage grounding components, bolts, cables).
Die Verschleißanalyse kann (insbesondere für die lastprofilbasierte Analyse) beispielsweise für eine der in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten mit dem entsprechenden beispielhaften Schädigungsmechanismus ausgeführt werden.
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The wear analysis can (in particular for the load profile-based analysis) be carried out, for example, for one of the components listed in Table 1 with the corresponding exemplary damage mechanism.
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Tabelle 1 Table 1
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. In a first method step S1, a vehicle simulation is carried out, taking into account vehicle data, data relating to the drive train and/or a driver profile determined using past measurement data. In particular, a frequency distribution of torque, speed and/or voltage can be determined.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 können die im ersten Verfahrensschritt S1 ermittelten Größen (etwa die Häufigkeitsverteilungen) 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 Umgebungstemperatur der Komponente zu ermitteln. In a second method step S2, the variables determined in the first method step S1 (such as the frequency distributions) can be used as input variables of a simulation model in order to simulate parameters that are required for calculating the maximum permissible wear of the component. The simulation model can include a thermal simulation of the component, for example in order to determine an ambient temperature of the component.
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. A wear calculation is carried out in a third method step S3 in order to determine the maximum permissible wear of the component. The maximum permissible wear of the component can be stored in the storage device 12 .
In einem vierten Verfahrensschritt S4 werden im Betrieb des Kraftfahrzeugs Messungen am Antriebsstrang durchgeführt, um Sensordaten oder simulierte Daten zu erfassen, etwa eine Drehzahl, ein Drehmoment, Ströme, Spannungen oder Temperaturen von Komponenten des Antriebsstrangs. In a fourth method step S4, measurements are carried out on the drive train during operation of the motor vehicle in order to acquire sensor data or simulated data, such as a speed, a torque, currents, voltages or temperatures of components of the drive train.
In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird mindestens eine Zustandsgröße der Komponente anhand eines Modells berechnet, wobei die Eingangsparameter des Modells die erfassten Sensordaten umfassen. Beispielweise kann eine heißeste am Stator vorkommende Temperatur mithilfe eines thermischen Modells ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können die erfassten Sensordaten direkt in den weiteren Analyseschritten verwendet werden. Die Sensordaten können mit Zielwerten abgeglichen werden, um gegebenenfalls Unstimmigkeiten zu registrieren. Die Unstimmigkeiten können in die Berechnung des momentanen Verschleißes der Komponente mit einbezogen werden. In a fifth method step S5, at least one state variable of the component is calculated using a model, with the input parameters of the model including the detected sensor data. For example, a hottest temperature occurring on the stator can be determined using a thermal model will. Alternatively or additionally, the recorded sensor data can be used directly in the further analysis steps. The sensor data can be compared with target values in order to register any discrepancies. The discrepancies can be included in the calculation of the instantaneous wear of the component.
In einem sechsten Verfahrensschritt S6 werden Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der Komponente ermittelt. In a sixth method step S6, information regarding the current wear of the component is determined.
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.In a seventh method step S7, the information relating to the instantaneous wear of the component is compared with the determined information relating to the maximum permissible wear of the component.
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. For example, histograms of temperature rises can be compared to determine to what extent the maximum permissible wear has already been reached. The remaining wear is then predicted and output. This can be a percentage, for example, which indicates how large the remaining residual wear is. As an alternative to the temperature distribution (e.g. max. temperature rises over frequency), a damage distribution (damage over time) or total damage can also be calculated, for example, from temperature rises and/or temperature changes. Alternatively, this damage distribution or total damage is then compared with the maximum damage distribution or total damage permitted over the service life.
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. In an eighth method step S8, it can be determined whether the predicted remaining wear exceeds a predefined threshold value. If this is the case, a warning signal and/or a recommendation for action can be output in a method step S9.
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. The remaining wear of the component can be predicted in an evaluation device of the motor vehicle or in an external evaluation device located outside of the motor vehicle. For example, the field data in the drive train can only be recorded and collected. In a workshop, the field data are then sent via a Diagnostic interface transmitted and can thus be processed with great computing power (outside the drive train).
Weiter kann vorgesehen sein, entsprechend dieser Ergebnisse Schlussfolgerungen zu ziehen, d.h. etwa eine Restlebensdauer, 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. Provision can also be made to draw conclusions based on these results, i.e. to determine a remaining service life, remaining kilometers driven, or also to hand over warnings and/or recommendations for action due to discrepancies to the end customer, OEM, fleet operator and/or drive train manufacturer or sub-supplier .
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. Furthermore, it can be provided that the field data in the drive train is only recorded and collected and is transmitted to the customer via a CAN interface, for example, for example to a cloud provided by the customer or by the supplier or drive manufacturer. The field data can thus be processed with high computing power (outside the drive train).
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. Provision can also be made for the sensor data to be recorded and processed in the drive train, i.e. current wear and tear is calculated from the sensor data and compared with a stored, maximum permissible wear. In the workshop, the information regarding the current wear or all data is transmitted via a diagnostic interface and can therefore be further processed with great computing power (outside the drive train) or used for learning processes and statistics. In this way, the stored load profiles and the resulting maximum permissible wear on the component can be adjusted at regular intervals.
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 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. Provision can also be made for the sensor data to be recorded and processed in the drive train, ie current wear and tear is calculated from the sensor data and compared with a stored, maximum permissible wear. This damage or all of the data is transmitted to a user via an interface, for example a CAN connection, and can thus be further processed with great computing power (outside the drive train) or for learning processes and statistics be used. The stored load profiles can also be adjusted.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur prädiktiven Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs; mit den Schritten: 1. A method for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle; with the steps:
Erfassen (S4) von Sensordaten durch mindestens einen Fahrzeugsensor des Kraftfahrzeugs; Detection (S4) of sensor data by at least one vehicle sensor of the motor vehicle;
Ermitteln (S6) von Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente unter Verwendung der erfassten Sensordaten; und Determining (S6) information regarding a current wear of the at least one component using the detected sensor data; and
Prädizieren (S7) eines verbleibenden Verschleißes 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. Predicting (S7) a remaining wear of the at least one component using a comparison of the determined information regarding the current wear of the at least one component with specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Zustandsgröße der mindestens einen Komponente anhand eines Modells berechnet wird (S5), wobei Eingangsparameter des Modells die erfassten Sensordaten umfassen, und wobei die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente anhand der mindestens einen Zustandsgröße der mindestens einen Komponente ermittelt werden. 2. The method according to claim 1, wherein at least one state variable of the at least one component is calculated using a model (S5), wherein input parameters of the model include the detected sensor data, and wherein the information regarding the current wear of the at least one component is based on the at least one state variable the at least one component can be determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die von dem Fahrzeug erfassten Sensordaten mindestens eine Zustandsgröße der mindestens einen Komponente umfassen, und wobei die Informationen bezüglich des momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente anhand der mindestens einen Zustandsgröße der mindestens einen Komponente ermittelt werden. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the sensor data recorded by the vehicle includes at least one state variable of the at least one component, and wherein the information regarding the current wear of the at least one component is determined using the at least one state variable of the at least one component.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mindestens eine Zustandsgröße der mindestens einen Komponente Schwingungsinformationen, eine Temperatur, eine Drehzahl, ein Drehmoment, einen Strom, eine Spannung und/oder einen Druck der Komponente umfasst. 4. The method according to claim 2 or 3, wherein the at least one state variable of the at least one component comprises vibration information, a temperature, a speed, a torque, a current, a voltage and/or a pressure of the component.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorgegebenen Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der mindestens einen Komponente ein Lastprofil der Komponente umfassen. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component includes a load profile of the component.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente eine Restbetriebsdauer der mindestens einen Komponente und/oder eine Restreichweite des Kraftfahrzeugs ermittelt wird (S9). 6. The method according to claim 1, wherein a remaining service life of the at least one component and/or a remaining range of the motor vehicle is determined based on the predicted remaining wear of the at least one component (S9).
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei anhand des prädizierten verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente ein Warnsignal und/oder eine Handlungsempfehlung an einen Nutzer ausgegeben wird (S9). 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein based on the predicted remaining wear of the at least one component, a warning signal and/or a recommendation for action is issued to a user (S9).
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente mittels einer Auswertevorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the prediction of the remaining wear of the at least one component is carried out by means of an evaluation device (1) of the motor vehicle.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prädizieren des verbleibenden Verschleißes der mindestens einen Komponente mittels einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Auswertevorrichtung (1) durchgeführt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the prediction of the remaining wear of the at least one component is carried out by means of an evaluation device (1) located outside of the motor vehicle.
10. Vorrichtung (1) zur prädiktiven Verschleißanalyse mindestens einer Komponente eines Kraftfahrzeugs; mit: einer Schnittstelle (11), welche dazu ausgebildet ist, Sensordaten von mindestens einem Fahrzeugsensor des Kraftfahrzeugs zu empfangen; einer Speichereinrichtung (12), welche dazu ausgebildet ist, vorgegebene Informationen bezüglich eines maximal zulässigen Verschleißes der mindestens einen Komponente zu speichern; und einer Recheneinrichtung (13), welche dazu ausgebildet ist, Informationen bezüglich eines momentanen Verschleißes der mindestens einen Komponente unter Verwendung der erfassten Sensordaten zu ermitteln, und einen verbleibenden 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 zu ermitteln. 10. Device (1) for predictive wear analysis of at least one component of a motor vehicle; with: an interface (11) which is designed to receive sensor data from receive at least one vehicle sensor of the motor vehicle; a memory device (12) which is designed to store specified information relating to a maximum permissible wear of the at least one component; and a computing device (13) which is designed to determine information relating to current wear of the at least one component using the sensor data recorded, and a remaining wear of the at least one component using a comparison of the determined information relating to the current wear of the at least to determine a component with specified information regarding a maximum permissible wear of the at least one component.
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