WO2023099107A1 - VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINES VERSCHLEIßZUSTANDS EINES ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSYSTEMS, COMPUTERPROGRAMMPRODUKT, DATENTRÄGER, ELEKTRISCHES ANTRIEBSSYSTEM UND KRAFTFAHRZEUG - Google Patents

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINES VERSCHLEIßZUSTANDS EINES ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSYSTEMS, COMPUTERPROGRAMMPRODUKT, DATENTRÄGER, ELEKTRISCHES ANTRIEBSSYSTEM UND KRAFTFAHRZEUG Download PDF

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WO2023099107A1
WO2023099107A1 PCT/EP2022/080758 EP2022080758W WO2023099107A1 WO 2023099107 A1 WO2023099107 A1 WO 2023099107A1 EP 2022080758 W EP2022080758 W EP 2022080758W WO 2023099107 A1 WO2023099107 A1 WO 2023099107A1
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WO
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rotor shaft
torque
rotation
drive system
determined
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PCT/EP2022/080758
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English (en)
French (fr)
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Klaus Ries-Mueller
Michael Baeuerle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/01—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/01—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance
    • F16H2057/012—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance of gearings

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a state of wear of an electric drive system, in particular for a motor vehicle, with an electric machine that has a rotor with a rotor shaft, and with a transmission that is operatively connected to the rotor shaft.
  • the invention relates to a computer program product that carries out the above method when the computer program product is executed on a computer device.
  • the invention also relates to a data carrier with such a computer program product and an electric drive system with the computer device that is specially designed to execute the computer program or the above-mentioned method.
  • the invention relates to a motor vehicle with the electric drive system.
  • Motor vehicles with electric drive systems of the type mentioned at the outset are known from the prior art.
  • Known drive systems have, for example, an electric machine, power electronics for controlling the electric machine and a transmission in a common housing.
  • the transmission used often consists of a fixed ratio without gears, without a clutch and without a torsion damper. Due to the high dynamics of the electric drive system, the gear play has a strong effect on the drivability of the motor vehicle. Predetermined tolerance requirements for the gear backlash must be complied with over the entire service life of the motor vehicle.
  • the temperature is essentially dependent on a power or torque requirement.
  • high current demands in particular lead to strong heating of the electrical machine, which can lead to at least partial demagnetization of the permanent magnets, for example in the case of a permanently excited synchronous machine.
  • the performance of the electrical machine can change over its service life.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 is characterized in that the electric machine is controlled with a first electric current in order to apply a first torque resulting from the first current to the rotor shaft in a first direction of rotation, that the control in the first direction of rotation is terminated as soon as the first torque reaches a predetermined maximum first torque and a first stop of the rotor shaft is thereby detected, that the electrical machine is controlled with a second electrical current, to supply the rotor shaft with a second current resulting from the second current To apply torque in a second direction of rotation, which is opposite to the first direction of rotation, that the activation in the second direction of rotation is terminated as soon as the second torque reaches a predetermined maximum second torque and a second stop of the rotor shaft is thereby recognized that depending an angle of rotation of the rotor shaft that compensates for play is determined by the first and the second stop, and that at least one indicator for the state of wear of the drive system is determined as a function of the first and/or second torque and/or of
  • the two stops are thus detected in order to determine the gear backlash that results from the first and second stops, for example by using sensors that are usually present anyway, such as angle sensors.
  • An advantageous possibility for detecting changes in the parameters of the electrical machine mentioned at the outset, specifically the magnetic properties, is also created. More preferably, frictional losses in the electric drive system are also determined.
  • the motor vehicle is particularly preferably monitored for a standstill, and the method is only carried out when the standstill has been detected.
  • a requirement for heating an interior of the motor vehicle or a battery assigned to the electric drive system is determined, and heat losses occurring when the method is carried out are used for heating in a targeted manner.
  • a parking brake of the motor vehicle is actuated in order to ensure that the motor vehicle does not move while the method is being carried out.
  • a course of the torque is recorded over the recorded angle of rotation, with the course then being evaluated to determine one or more indicators. For example, phase currents of the electrical machine that are proportional to the torque are recorded for this purpose.
  • the rotary position of the rotor shaft is determined in particular by an angle sensor assigned to the rotor shaft.
  • the control of the electrical machine is particularly preferably repeated several times in the two directions of rotation in order to apply the first and second torques to the rotor shaft.
  • at least the actuation in the first direction of rotation is repeated after the actuation in the second direction of rotation has been carried out for the first time, because it is then advantageously ensured that the rotary movement starts at the second stop and in this respect the maximum possible angle of rotation is traversed, as was already the case with the actuation in the second direction of rotation, starting at the first stop.
  • Mean values of the detected quantities of angle of rotation and torque are also preferably formed.
  • the method is preferably repeated over the lifetime of the drive system in order to recognize the change in the indicators.
  • the electric drive system is not designed for the direct drive of a motor vehicle, but for example for driving other components of the motor vehicle such as a steering.
  • the drive system is designed to drive an industrial machine, for example.
  • the angle of rotation from the first to the second stop is determined as an indicator for determining a gear backlash of the gear between the two stops.
  • An absolute rotational position of the rotor shaft at the first and the second stop is preferably detected in each case in the first and the second direction of rotation, and the gear backlash is determined by forming the difference between the two rotational positions.
  • the angle of rotation is only determined in the second direction of rotation.
  • the gear play determined in this way is preferably taken into account in various functions for improving the drivability of the motor vehicle, such as anti-judder damping.
  • the transmission is a multi-speed transmission.
  • the method according to the invention is then preferably carried out in every possible engaged transmission gear, in particular if the rotor shaft itself is connected in a force-transmitting manner to an output shaft of the transmission, and an individual transmission play is thus determined for each transmission gear.
  • the increase in torque or the torque difference is monitored as soon as the rotor shaft of the electrical machine begins to rotate, ie overcomes the static friction.
  • This determined torque is also averaged in particular over a number of measurements, optionally stored and evaluated as a function of the service life of the motor vehicle or the mileage covered.
  • the torque is recorded in particular as a function of the current temperature of the electrical drive system.
  • the friction determined in this way is particularly preferably also taken into account in a loss model for the transmission and/or the electric machine.
  • loss models are usually used to determine temperatures within the transmission and/or the electric machine or to predict them as a function of a current load. By considering the determined static friction, this temperature is determined with greater accuracy. This advantageously ensures that, for example, if the temperature is too high, the drive power is reduced in good time before damage occurs.
  • a first local minimum of a torque of the rotor shaft detected during the rotary movement is determined as an indicator for determining a sliding friction of the transmission. Determining the first local minimum of the torque results in the advantage that the static friction of the transmission is reliably determined.
  • the increase in torque or the torque difference is monitored as soon as the torque increases again after a longer constant phase, i.e. shortly before the first or second stop is reached.
  • the rotor shaft of the electrical machine then overcomes the sliding friction.
  • the sliding friction in the first direction of rotation and in the second direction of rotation are determined.
  • This determined torque is also averaged over a number of measurements, optionally stored and evaluated as a function of the service life of the motor vehicle or the mileage covered.
  • This friction determined in this way is particularly preferably also taken into account in a loss model for the transmission and/or the electric machine, as described above.
  • the dimensions of the current vector or the electrical phase currents are preferably just high enough that the other stop is not reached during the transient process.
  • Rotor position information or phase currents are then evaluated during the swinging out, namely in the form of natural frequency, period of oscillation and/or decay time. If the natural frequency is determined, it is then preferably compared with predetermined limit values.
  • the natural frequency of a torsional pendulum is proportional to the square root of the ratio of moment of inertia to spring stiffness.
  • the spring stiffness is proportional to the change in magnetic flux density over the angle of rotation and proportional to the diameter of the rotor shaft. Natural frequencies that are too low indicate a defect in the magnets because a change in the rotor moment of inertia is practically impossible.
  • the decay time is also preferably compared with a predetermined limit value.
  • a very short decay time of the vibration, a lack of vibration and/or creep indicate that the friction is too high, i.e. in particular a gear or bearing defect.
  • a frequency response is measured at the central rotational position.
  • the current vector is generated within the gear play with a constant current and decreasing or increasing frequency, oscillating the angle of rotation, and the angle amplitude is recorded.
  • the natural or resonant frequency and/or the damping is preferably determined in this case.
  • a limit value for the damping is set, which corresponds to a wear limit.
  • the indicators mentioned above are also determined repeatedly over the life of the vehicle, as already described above. Temperatures of the electrical machine and/or the transmission are preferably also taken into account.
  • At least one of the determined indicators is compared with a threshold value and that the state of wear and/or a remaining service life of the drive system is determined as a function of the result of the comparison.
  • Outputting the message has the advantage that a user of the electric drive system, for example a driver of the motor vehicle, is informed that the electric drive system has reached a state of wear, so that suitable measures, for example maintenance or replacement of the affected components, can be taken .
  • the error message is output visually, acoustically and/or haptically.
  • the threshold value is preferably chosen so low that the error message is already output before serious defects occur and drivability is severely affected.
  • an entry is made in an error memory of the motor vehicle when the gear backlash exceeds the threshold value. If the gear play is then determined repeatedly, as described above, over the service life of the electric drive system, the value determined for the gear play is preferably stored in a memory independently of whether the threshold value is reached. A gradient of the change is then particularly preferably used for the diagnosis. In particular, normal aging is assumed in the case of slow changes, and increasing damage is assumed in the case of rapid changes.
  • the computer program product according to the invention for execution on a computer device with the features of claim 8 is characterized in that it executes the method according to the invention when used as intended. This results in the advantages already mentioned.
  • the data carrier according to the invention with the features of claim 9 is distinguished by the computer program product according to the invention stored on it.
  • the electric drive system with the features of claim 10 has an electric machine, which has a rotor with a rotor shaft, and a gear mechanism that is operatively connected to the rotor shaft.
  • the electric drive system is characterized by a computer device that is specially designed to carry out the method according to the invention or the method according to the invention execute computer program product. This also results in the advantages already mentioned above.
  • the electric drive system is arranged in a motor vehicle.
  • the computer device is then preferably a control unit arranged in the motor vehicle.
  • the motor vehicle with the features of claim 11 is characterized by the electric drive system according to the invention.
  • the motor vehicle is a hybrid vehicle, ie it also has an internal combustion engine for driving the motor vehicle in addition to the electric machine.
  • the electrical machine and the internal combustion engine can then be coupled to the wheels of the motor vehicle, in particular by a common transmission.
  • the transmission is a dual clutch transmission.
  • the motor vehicle is designed as a purely electrically driven motor vehicle, in particular with a battery or fuel cell drive.
  • Figure 1 shows an electric drive system in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a detailed view of a transmission of the drive system
  • FIG. 3 shows an advantageous method for determining a state of wear of the drive system
  • FIG. 4 shows a torque curve of the drive system while the method is being carried out.
  • FIG. 1 shows an electric drive system 1 in a schematic representation.
  • the electric drive system 1 has an electric machine 2 and a control device 3 for controlling the electric machine 2 .
  • the electrical machine 2 has a rotor with a rotor shaft 4 .
  • a transmission 5 is operatively connected to the rotor shaft 4 .
  • a first gear wheel 6 of the gear mechanism 5 is arranged on the rotor shaft 3 in a rotationally fixed manner, which gear meshes with a second gear wheel 7 of the gear mechanism 5 .
  • the second gear wheel 7 is in turn arranged on an output shaft 8 of the transmission 5 in a rotationally fixed manner.
  • the output shaft 8 is designed, for example, to drive wheels of a motor vehicle, not shown, by a differential, also not shown, or to drive an industrial machine.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the transmission 5 of the drive system 1 in the sectional plane A-A shown in FIG. It can be seen that the first gear wheel 6 meshes with the second gear wheel 7 .
  • a first tooth 9 of the first gear wheel 6 is located approximately in the middle between a second tooth 10 and a third tooth 11 of the second gear wheel 7. The first gear wheel 6 and the second gear wheel 7 are therefore engaged with one another with play.
  • the rotor shaft 4 now rotates in a first direction of rotation indicated by an arrow A, ie clockwise in the present illustration, the first tooth 9 would strike the second tooth 10 or touch it after a certain rotational movement. The rotor shaft 4 has thus reached a first stop within the transmission 5 .
  • FIG. 1 an angle of rotation a is indicated, which is enclosed by the two stops.
  • the size of the angle of rotation a is referred to here as the gear backlash.
  • the method ensures that wear-related parameters of the drive system 1 are determined and evaluated.
  • the method begins in a step S1.
  • the steps described below are carried out using the control device 3, which executes a corresponding computer program product.
  • the rotor shaft 4 is particularly preferably monitored for standstill. If standstill is detected, the method continues in a step S2.
  • step S2 the electric machine 2 is controlled with a first electric current in order to apply a first torque resulting from the first current to the rotor shaft 4 in the first direction of rotation and a curve of the first torque is recorded.
  • the activation is ended as soon as the torque reaches a predetermined maximum first torque.
  • the first stop is reached, at which, as described above, the first tooth 9 of the first gear 6 bears against the second tooth 10 of the second gear 7 .
  • a step S3 the electric machine 2 is controlled with a second electric current in order to apply a second torque in the second direction of rotation to the rotor shaft 4 and a curve of the second torque is recorded.
  • the control is in turn terminated as soon as the torque reaches a predetermined maximum second torque.
  • the maximum first and second torques are preferably of the same magnitude in terms of absolute value, that is to say they differ only in their sign.
  • the second stop has now been reached, in which, as described above, the first tooth 9 of the first gear wheel 6 bears against the third tooth 11 of the second gear wheel 7 .
  • the rotor shaft 4 rotates within the gear play, so that when the rotor shaft 4 rotates in the second direction of rotation, the Gear play is completely run through because the rotor shaft is rotated from the first to the second stop.
  • Step S2 is optionally repeated in order to ensure that the gear backlash is also run through completely in the first direction of rotation, ie the rotor shaft is rotated from the second to the first stop. In this way, the indicators for the state of wear of the drive system 1, which are still to be described below, are particularly advantageously and completely recorded.
  • the method then continues with a step S4.
  • step S4 depending on the two stops, the angle of rotation ⁇ of the rotor shaft from the first to the second stop is determined to determine the size of the gear play as an indicator of the state of wear of the drive system 1. To do this, the angle between the two stops is determined. In particular, a respective absolute rotor angle of the rotor shaft 4 is determined at each of the two stops and their difference is formed. The difference then corresponds to the gear play.
  • steps S5 and/or S6 are now optionally continued with steps S5 and/or S6, with only one of the two steps or else both steps being carried out in succession or in parallel. However, steps S5 and S6 can also be skipped. The method then continues with a step S7.
  • step S5 the torque curves detected in the two directions of rotation are evaluated, with a first local maximum for determining static friction of the transmission 5 and/or a first local minimum for determining sliding friction of the transmission 5 being determined, as described below with reference to FIG 4 will be described.
  • step S6 the rotor shaft 4 is subjected to an excitation with a third torque in the first direction of rotation in such a way that the rotor shaft 4 oscillates to a central rotational position between the two stops.
  • the rotor shaft 4 is therefore rotated by half the gear play, so that the distance between the first tooth 9 and the second tooth 10 and the third tooth 11 is the same in the central rotational position, i.e. half of the distance in each case gear backlash is.
  • a natural frequency of the rotor shaft 4 for determining a magnetic field strength of a magnetic field of the rotor and/or a decay time of the rotor shaft 4 for determining a friction of the rotor is now determined as an indicator.
  • step S7 the indicators determined above are compared with a threshold value, and the state of wear and/or a remaining service life of the drive system 1 is determined as a function of the result of the comparison.
  • a step S8 the determined state of wear is stored in a memory and, if the determined state of wear has reached a predetermined state of wear characterized by exceeding the threshold value, it is output as an error message, for example on a display device assigned to a user of the electric drive system. The procedure ends now.
  • the method preferably begins again with step S1, for example after a predetermined time delay, in particular after a predetermined operating time of the electric drive system 1 has elapsed.
  • FIG. 4 shows torque curves Mi, M2 of the drive system 1 when carrying out method steps S1 to S5.
  • the electrical machine 2 is driven with a first electrical current li in the first direction of rotation, with electrical phase currents for the three phases of the electrical machine 2 being slowly increased until the rotor shaft 4 begins to rotate at a point in time ti.
  • the first torque Mi resulting from the first current li initially rises steadily and reaches a first local maximum M .
  • the phase currents are reduced in a correspondingly regulated manner, so that the torque Mi decreases again.
  • the first local maximum Mi' is thus an advantageous indicator for the size of the static friction.
  • the torque Mi then remains at least largely constant up to a point in time ts, and the rotor shaft 4 continues to rotate. From the point in time ts, the torque Mi rises steeply again until a specified maximum first torque (Msi), shown in FIG. 4 as a threshold value Ms in terms of absolute value, for the torque Mi is exceeded at a point in time t4. This is a first stop. The control is terminated.
  • Msi maximum first torque
  • the value of the torque Mi between the times ta and ta represents a first local minimum Mi" of the torque curve and characterizes the sliding friction of the electrical machine 2 or the rotor shaft 4.
  • the control is now repeated in a second direction of rotation with a second electric current h until the rotor shaft 4 reaches a second stop.
  • the rotor shaft 4 thus begins to rotate again at time ts.
  • the second torque M2 resulting from the second current h initially increases steadily and reaches a second local maximum M2 1 characterizing the magnitude of the static friction in the second direction of rotation.
  • the phase currents are reduced again as soon as the rotor shaft 4 rotates, so that the torque M2 decreases again.
  • the rotor angle that the rotor shaft 4 covers between the points in time ts and ts is to be characterized as gear play, because the rotor shaft 4 of is rotated from the first stop to the second stop.
  • the size of the gear backlash is determined in particular by the absolute rotational position of the rotor shaft 4 . To do this, the difference between the absolute values of the rotor angles at times t4 and ts is formed.
  • the rotor angle traversed is shorter or longer. Its value also corresponds at most to the gear backlash and thus to the rotor angle in the second direction of rotation when the movement in the first direction of rotation begins at the second stop. Otherwise the rotor angles are different in the two directions of rotation. Only when moving in the second direction of rotation is the complete gear play safely covered. In order to make this clearer, the torque Mi is shown broken.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands eines elektrischen Antriebssystems (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor mit einer Rotorwelle (4) aufweist, und mit einem mit der Rotorwelle (4) wirkverbundenen Getriebe (5), wobei die elektrische Maschine (2) mit einem ersten elektrischen Strom (l1) angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem ersten, aus dem ersten Strom (l1) resultierenden Drehmoment (M1) in eine erste Drehrichtung zu beaufschlagen, wobei die Ansteuerung in die erste Drehrichtung beendet wird, sobald das erste Drehmoment (M1) ein vorgegebenes maximales erstes Drehmoment (Ms1) erreicht und dadurch ein erster Anschlag der Rotorwelle (4) erkannt wird, wobei die elektrische Maschine (2) mit einem zweiten elektrischen Strom (12) angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem zweiten, aus dem zweiten Strom (12) resultierenden Drehmoment (M2) in eine zweite Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, zu beaufschlagen, wobei die Ansteuerung in die zweite Drehrichtung beendet wird, sobald das zweite Drehmoment (M2) ein vorgegebenes maximales zweites Drehmoment (Ms2) erreicht und dadurch ein zweiter Anschlag der Rotorwelle (4) erkannt wird, wobei in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Anschlag ein ein Spiel ausgleichender Drehwinkel (a) der Rotorwelle (4) bestimmt wird, und wobei zumindest ein Indikator für den Verschleißzustand des Antriebssystems (1) in Abhängigkeit von dem ersten und/oder zweiten Drehmoment (M1, M2) und/oder von dem das Spiel ausgleichenden Drehwinkel (α) der Rotorwelle (4) ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands eines elektrischen Antriebssystems, Computerprogrammprodukt, Datenträger, elektrisches Antriebssystem und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands eines elektrischen Antriebssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, die einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist, und mit einem mit der Rotorwelle wirkverbundenen Getriebe.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das das obenstehende Verfahren durchführt, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Computereinrichtung ausgeführt wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Datenträger mit einem derartigen Computerprogrammprodukt sowie ein elektrisches Antriebssystem mit der Computereinrichtung, die speziell dazu hergerichtet ist, das Computerprogramm beziehungsweise das oben genannte Verfahren auszuführen. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dem elektrischen Antriebssystem.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge mit elektrischen Antriebssystemen der eingangs genannten Art bekannt. Bekannte Antriebssysteme weisen beispielsweise eine elektrische Maschine, eine Leistungselektronik zum Ansteuern der elektrischen Maschine und ein Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse auf. Häufig besteht das verwendete Getriebe aus einer festen Übersetzung ohne Gangstufen, ohne Kupplung und ohne Torsionsdämpfer. Aufgrund der hohen Dynamik des elektrischen Antriebssystems wirkt sich das Getriebespiel stark auf die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs aus. Für das Getriebespiel müssen vorgegebene Toleranzanforderungen über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs eingehalten werden.
Darüber hinaus ist bei elektrischen Maschinen die Temperatur im Wesentlichen von einer Leistungs- oder Drehmomentanforderung abhängig. Gerade längere, hohe Stromanforderungen führen zu einer starken Erhitzung der elektrischen Maschine, die beispielsweise bei einer permanenterregten Synchronmaschine zu einer zumindest teilweisen Entmagnetisierung der Permanentmagnete führen kann. Als Folge kann sich die Performance der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer hin verändern.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Maschine mit einem ersten elektrischen Strom angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem ersten, aus dem ersten Strom resultierenden Drehmoment in eine erste Drehrichtung zu beaufschlagen, dass die Ansteuerung in die erste Drehrichtung beendet wird, sobald das erste Drehmoment ein vorgegebenes maximales erstes Drehmoment erreicht und dadurch ein erster Anschlag der Rotorwelle erkannt wird, dass die elektrische Maschine mit einem zweiten elektrischen Strom angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem zweiten, aus dem zweiten Strom resultierenden Drehmoment in eine zweite Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, zu beaufschlagen, dass die Ansteuerung in die zweite Drehrichtung beendet wird, sobald das zweite Drehmoment ein vorgegebenes maximales zweites Drehmoment erreicht und dadurch ein zweiter Anschlag der Rotorwelle erkannt wird, dass in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Anschlag ein ein Spiel ausgleichender Drehwinkel der Rotorwelle bestimmt wird, und dass zumindest ein Indikator für den Verschleißzustand des Antriebssystems in Abhängigkeit von dem ersten und/oder zweiten Drehmoment und/oder von dem das Spiel ausgleichenden Drehwinkel der Rotorwelle ermittelt wird. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zum Bestimmen und Auswerten verschleißrelevanter Parameter des Antriebssystems geschaffen. Insbesondere ist dadurch vorteilhaft eine Diagnose und Erkennung des eingangs genannten Getriebespiels über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs sichergestellt. Die beiden Anschläge werden also erfasst, um beispielsweise durch Verwendung von üblicherweise ohnehin vorhandenen Sensoren, wie Winkelgebern, das Getriebespiel zu bestimmen, das sich aus dem ersten und dem zweiten Anschlag ergibt. Ebenso ist eine vorteilhafte Möglichkeit zur Erkennung von Veränderungen der eingangs genannten Parameter der elektrischen Maschine, speziell der Magneteigenschaften, geschaffen. Weiter bevorzugt werden dabei auch Reibungsverluste in dem elektrischen Antriebssystem ermittelt. Besonders bevorzugt wird das Kraftfahrzeug auf einen Stillstand überwacht, und das Verfahren erst dann durchgeführt, wenn der Stillstand erkannt wurde. Beispielsweise wird auch ein Bedarf zum Heizen eines Innenraums des Kraftfahrzeugs oder einer dem elektrischen Antriebsystem zugeordneten Batterie ermittelt, und bei der Durchführung des Verfahrens entstehende Wärmeverluste zielgerichtet zum Heizen verwendet. Insbesondere wird eine Feststellbremse des Kraftfahrzeugs betätigt, um sicherzustellen, dass sich das Kraftfahrzeug während der Durchführung des Verfahrens nicht bewegt. Vorzugsweise wird während der gesamten Drehbewegung der Rotorwelle in die erste und die zweite Drehrichtung ein Verlauf des Drehmoments über den erfassten Drehwinkel erfasst, wobei der Verlauf anschließend zum Ermitteln eines oder mehrerer Indikatoren ausgewertet wird. Beispielsweise werden dazu zu dem Drehmoment proportionale Phasenströme der elektrischen Maschine erfasst. Zum Erfassen des das Spiel ausgleichenden Drehwinkels wird insbesondere durch einen der Rotorwelle zugeordneten Winkelgeber die Drehposition der Rotorwelle ermittelt. Besonders bevorzugt wird die Ansteuerung der elektrischen Maschine zum Beaufschlagen der Rotorwelle mit dem ersten und zweiten Drehmoment in die beiden Drehrichtungen mehrmals wiederholt. Insbesondere wird zumindest die Ansteuerung in die erste Drehrichtung wiederholt, nachdem die Ansteuerung in die zweite Drehrichtung erstmals durchgeführt wurde, weil dann vorteilhaft sichergestellt ist, dass die Drehbewegung an dem zweiten Anschlag startet und insoweit der maximal mögliche Drehwinkel durchfahren wird, wie bereits bei der Ansteuerung in die zweite Drehrichtung, bei der an dem ersten Anschlag gestartet wird. Weiter bevorzugt werden Mittelwerte der erfassten Größen Drehwinkel und Drehmoment gebildet. Vorzugsweise wird das Verfahren über die Lebensdauer des Antriebssystems wiederholt, um die Veränderung der Indikatoren zu erkennen. Insbesondere ist das elektrische Antriebssystem nicht zum direkten Antrieb eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, sondern beispielsweise zum Antreiben anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs wie einer Lenkung. Alternativ ist das Antriebssystem beispielsweise zum Antrieb einer Industriemaschine ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehwinkel von dem ersten zu dem zweiten Anschlag zum Bestimmen eines Getriebespiels des Getriebes zwischen den beiden Anschlägen als Indikator ermittelt wird. Durch das Ermitteln des Drehwinkels ist vorteilhaft ein einfacher Vergleich des erfassten Getriebespiels mit dem oder einem vorgegebenen Toleranzwert oder Maximalwert ermöglicht. Bevorzugt wird jeweils in der ersten und der zweiten Drehrichtung eine absolute Drehposition der Rotorwelle an dem ersten und dem zweiten Anschlag erfasst, und das Getriebespiel durch Bildung der Differenz der beiden Drehpositionen ermittelt. Alternativ wird der Drehwinkel nur in der zweiten Drehrichtung ermittelt. Vorzugsweise wird das derart bestimmte Getriebespiel bei verschiedenen Funktionen zur Verbesserung der Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einer Anti-Ruckel-Dämpfung, berücksichtigt. Wird die Ansteuerung der elektrischen Maschine in die beiden Drehrichtungen mehrmals wiederholt, wie vorstehend beschrieben, so wird daraus vorzugsweise ebenfalls ein Mittelwert des Getriebespiels gebildet. Insbesondere ist das Getriebe ein Mehrgang-Getriebe. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann vorzugsweise in jedem möglichen eingelegten Getriebegang durchgeführt, insbesondere wenn die Rotorwelle selbst mit einer Ausgangswelle des Getriebes kraftübertragend verbunden ist, und so für jeden Getriebegang ein individuelles Getriebespiel ermittelt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erstes lokales Maximum eines bei der Drehbewegung erfassten Drehmoments der Rotorwelle zum Bestimmen einer Haftreibung des Getriebes als Indikator ermittelt wird. Durch das Ermitteln des ersten lokalen Maximums des Drehmoments ergibt sich der Vorteil, dass die Haftreibung des Getriebes sicher bestimmt ist. Zu Beginn der Ansteuerung in der ersten und/oder der zweiten Drehrichtung wird dazu der Drehmomentanstieg beziehungsweise die Drehmoment- Differenz überwacht, sobald die Rotorwelle der elektrischen Maschine sich beginnt zu drehen, also die Haftreibung überwindet. So werden insbesondere die Haftreibungen in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung bestimmt Auch dieses ermittelte Drehmoment wird insbesondere über mehrere Messungen gemittelt, optional in Abhängigkeit von einer Lebensdauer des Kraftfahrzeugs oder einer Kilometerlaufleistung gespeichert und ausgewertet. Weil auch die Temperatur der elektrischen Maschine selbst einen Einfluss auf die Reibung des Getriebes hat, wird das Drehmoment insbesondere in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des elektrischen Antriebssystems erfasst. Besonders bevorzugt wird die so ermittelte Reibung auch bei einem Verlustmodell für das Getriebe und/oder die elektrische Maschine berücksichtigt. Derartige Verlustmodelle dienen üblicherweise dazu, Temperaturen innerhalb des Getriebes und/oder der elektrischen Maschine zu bestimmen beziehungsweise in Abhängigkeit von einer aktuellen Belastung vorherzusagen. Durch die Berücksichtigung der ermittelten Haftreibung wird diese Temperatur mit höherer Genauigkeit bestimmt. So ist vorteilhaft sichergestellt, dass beispielsweise bei zu hoher Temperatur die Antriebsleistung rechtzeitig reduziert wird, bevor Schäden auftreten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erstes lokales Minimum eines bei der Drehbewegung erfassten Drehmoments der Rotorwelle zum Bestimmen einer Gleitreibung des Getriebes als Indikator ermittelt wird. Durch das Ermitteln des ersten lokalen Minimums des Drehmoments ergibt sich der Vorteil, dass die Haftreibung des Getriebes sicher bestimmt ist. Zu Ende der Ansteuerung in der ersten und/oder der zweiten Drehrichtung wird dazu der Drehmomentanstieg beziehungsweise die Drehmoment- Differenz überwacht, sobald das Drehmoment nach einer längeren konstanten Phase wieder ansteigt, also kurz bevor der erste oder zweite Anschlag erreicht ist. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine überwindet dann die Gleitreibung. So werden insbesondere die Gleitreibungen in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung bestimmt. Auch dieses ermittelte Drehmoment wird insbesondere über mehrere Messungen gemittelt, optional in Abhängigkeit von einer Lebensdauer des Kraftfahrzeugs oder einer Kilometerlaufleistung gespeichert und ausgewertet. Besonders bevorzugt wird auch diese so ermittelte Reibung bei einem Verlustmodell für das Getriebe und/oder die elektrische Maschine berücksichtigt, wie vorstehend beschrieben. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Rotorwelle durch eine Anregung mit einem dritten Drehmoment in die erste Drehrichtung derart beaufschlagt wird, dass die Rotorwelle sich auf eine mittige Drehposition zwischen den beiden Anschlägen einschwingt, und dass eine Eigenfrequenz der Rotorwelle zum Bestimmen einer Magnetfeldstärke eines Magnetfelds des Rotors und/oder eine Abklingzeit der Rotorwelle zum Bestimmen einer Reibung des Rotors als Indikator ermittelt wird. Durch das Anregen der elektrischen Maschine, das Ermiteln der Eigenfrequenz und/oder der Abklingzeit ergibt sich der Vorteil, dass Änderungen der eingangs beschriebenen Parameter der elektrischen Maschine im Hinblick auf sich verändernde Magnetfeldstärken und aufgrund von Verschleiß zunehmenden Reibungen sicher erkannt werden. Durch Kenntnis dieser Parameter wird eine vorteilhaft genauere Drehmomentvorgabe oder Ansteuerung der elektrischen Maschine, beispielsweise durch eine ihr zugeordnete Leistungselektronik, erreicht. Ebenso wird vorteilhaft eine Schädigung der Magnete bereits frühzeitig erkannt, die beispielsweise durch zu hohe Temperaturen, Korrosion oder Alterung entstanden sind. Insbesondere wird die Anregung direkt im Anschluss an die Ansteuerung in die zweite Drehrichtung durchgeführt, sodass der zweite Anschlag den Startpunkt bildet Es erfolgt nun vorzugsweise ein möglichst schlagartiges Drehen eines Stromzeigers, also eine Ansteuerung mit einem hohen Gradienten für die elektrischen Phasenströme, um das halbe Getriebespiel in die mittige Drehposition zwischen den beiden Anschlägen, um eine Oszillation des Rotors um diese mittige Drehposition anzuregen oder zu ermöglichen. Es handelt sich hier insoweit um einen sogenannten Schwingversuch, wobei die Rotorwelle ein Drehpendel ist. Der Stromzeiger wird während der Drehbewegung möglichst schnell bewegt, jedoch insbesondere nur so schnell, dass die Rotorwelle auf jeden Fall noch folgen kann, also sich bis in die mittige Drehposition dreht. In der mittigen Drehposition wird der Stromzeiger insbesondere für die Dauer des Versuchs, beispielsweise einige Sekunden, mit konstantem Winkel und konstant hohem Strom ausgeführt. Die Dimensionierung des Stromzeigers beziehungsweise die elektrischen Phasenströme sind dabei vorzugsweise gerade so hoch, dass der andere Anschlag während des Einschwingvorgangs nicht erreicht wird. Anschließend werden Rotorlageinformationen oder Phasenströme während des Auspendelns ausgewertet, nämlich in Form von Eigenfrequenz, Schwingungsdauer und/oder Abklingzeit. Wird die Eigenfrequenz bestimmt, so wird sie anschließend vorzugsweise mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Dabei ist die Eigenfrequenz eines Drehpendels proportional zur Wurzel aus dem Verhältnis von Trägheitsmoment zu Federsteifigkeit. Die Federsteifigkeit ist proportional zur Änderung der magnetischen Flussdichte über dem Drehwinkel und proportional zu dem Durchmesser der Rotorwelle. Zu kleine Eigenfrequenzen indizieren insoweit einen Defekt der Magnete, weil eine Änderung des Rotorträgheitsmomentes praktisch ausgeschlossen ist. Wird die Abklingzeit bestimmt, so wird sie anschließend ebenfalls vorzugsweise mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Eine sehr kurze Abklingzeit der Schwingung, eine ausbleibende Schwingung und/oder ein Kriechen indizieren eine zu hohe Reibung, also insbesondere einen Getriebe- oder Lagerdefekt. Alternativ wird anstelle der vorstehend beschriebenen Sprungantwort ein Frequenzgang in der mittigen Drehposition gemessen. Dabei wird der Stromzeiger innerhalb des Getriebespiels drehwinkeloszillierend mit konstantem Strom und abfallender oder ansteigende Frequenz generiert und die Winkelamplitude aufgezeichnet. Vorzugsweise wird dabei die Eigenbeziehungsweise Resonanzfrequenz und/oder die Dämpfung bestimmt. Auch hier gilt analog, je größer die Dämpfung, desto wahrscheinlicher ein Defekt. Beispielsweise wird ein Grenzwert für die Dämpfung festgelegt, der einer Verschleißgrenze entspricht. Insbesondere werden auch die vorstehend genannten Indikatoren wiederholt über die Fahrzeuglebensdauer ermitelt, wie bereits vorstehend beschrieben. Vorzugsweise werden auch Temperaturen der elektrischen Maschine und/oder des Getriebes mitberücksichtigt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der ermittelten Indikatoren mit einem Schwellenwert verglichen wird, und dass in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis der Verschleißzustand und/oder eine verbleibende Lebensdauer des Antriebssystems bestimmt wird. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass beispielsweise eine durch ein zu hohes Getriebespiel oder eine Veränderung der eingangs beschriebenen Parameter elektrischen Maschine ausgelöste Fehlfunktion des elektrischen Antriebssystems sicher vermieden ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass bei Erreichen eines vorgegebenen Verschleißzustands, insbesondere bei Überschreiten (Getriebespiel, Reibung) oder Unterschreiten (Magnetfeldstärke) des jeweiligen Schwellenwerts, eine Mitteilung, insbesondere Fehlermeldung, ausgegeben wird. Durch das Ausgeben der Mitteilung ergibt sich der Vorteil, dass ein Benutzer das elektrischen Antriebssystems, beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs, über das Erreichen eines Verschleißzustands für das elektrische Antriebssystem informiert ist, sodass geeignete Maßnahmen, beispielsweise Wartungen oder Austausch der betroffenen Komponenten, ergriffen werden können. Beispielsweise wird die Fehlermeldung visuell, akustisch und/oder haptisch ausgegeben. Vorzugsweise ist der Schwellenwert derart niedrig gewählt, dass die Fehlermeldung bereits ausgegeben wird, bevor schwere Defekte auftreten und die Fahrbarkeit stark beeinflusst wird. Insbesondere wird ein Eintrag in einen Fehlerspeicher das Kraftfahrzeugs vorgenommen, wenn das Getriebespiel den Schwellenwert überschreitet. Wird die Ermittlung des Getriebespiels dann, wie vorstehend beschrieben, über die Lebensdauer des elektrischen Antriebssystems wiederholt durchgeführt, so wird vorzugsweise der jeweils ermittelte Wert für das Getriebespiel unabhängig von dem Erreichen des Schwellenwerts in einem Speicher abgelegt. Besonders bevorzugt wird dann ein Gradient der Änderung zur Diagnose herangezogen. Insbesondere wird bei langsamen Änderung eine übliche Alterung vermutet, bei schnellen Änderung wird von einer zunehmenden Schädigung ausgegangen.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zur Ausführung auf einer Computereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass es bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Der erfindungsgemäße Datenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch das darauf gespeicherte erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt aus.
Das elektrische Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 weist eine elektrische Maschine, die einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist, und ein mit der Rotorwelle wirkverbundenes Getriebe auf. Das elektrische Antriebssystem zeichnet sich durch eine Computereinrichtung aus, die speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen oder das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt auszuführen. Auch hierdurch ergeben sich die oben bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist das elektrische Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Vorzugsweise ist die Computereinrichtung dann ein in dem Kraftfahrzeug angeordnetes Steuergerät.
Das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug, weist also zusätzlich zu der elektrischen Maschine auch eine Brennkraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Die elektrische Maschine und die Brennkraftmaschine sind dann insbesondere durch ein gemeinsames Getriebe mit den Rädern des Kraftfahrzeugs koppelbar. Insbesondere ist das Getriebe dabei ein Doppelkupplungsgetriebe. Alternativ ist das Kraftfahrzeug als rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere mit Batterie- oder Brennstoffzellenantrieb, ausgebildet.
Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
Figur 1 ein elektrisches Antriebssystem in einer schematischen Darstellung,
Figur 2 eine Detailansicht eines Getriebes des Antriebssystems,
Figur 3 ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands des Antriebssystems, und
Figur 4 ein Drehmomentverlauf des Antriebssystems während der Durchführung des Verfahrens.
Figur 1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 1 in einer schematischen Darstellung. Das elektrische Antriebssystem 1 weist eine elektrische Maschine 2 und eine Steuereinrichtung 3 zum Ansteuern der elektrischen Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 weist einen Rotor mit einer Rotorwelle 4 auf. Mit der Rotorwelle 4 ist ein Getriebe 5 wirkverbunden.
Dabei ist an der Rotorwelle 3 ein erstes Zahnrad 6 des Getriebes 5 drehfest angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 7 des Getriebes 5 in Eingriff steht. Das zweite Zahnrad 7 ist wiederum an einer Ausgangswelle 8 des Getriebes 5 drehfest angeordnet. Die Ausgangswelle 8 ist beispielsweise zum Antrieb von Rädern eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Differential, oder zum Antrieb einer Industriemaschine ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht des Getriebes 5 des Antriebsystems 1 in der in der Figur 1 eingezeichneten Schnittebene A-A. Es ist zu erkennen, dass das erste Zahnrad 6 mit dem zweiten Zahnrad 7 in Eingriff steht. Ein erster Zahn 9 des ersten Zahnrads 6 befindet sich dabei etwa mittig zwischen einem zweiten Zahn 10 und einem dritten Zahn 11 des zweiten Zahnrades 7. Das erste Zahnrad 6 und das zweite Zahnrad 7 sind also spielbehaftet miteinander in Eingriff.
Dreht sich nun die Rotorwelle 4 in einer durch einen Pfeil A angedeuteten ersten Drehrichtung, in der vorliegenden Darstellung also im Uhrzeigersinn, so würde der erste Zahn 9 nach einer gewissen Drehbewegung an den zweiten Zahn 10 anschlagen beziehungsweise diesen berühren. Die Rotorwelle 4 hat damit einen ersten Anschlag innerhalb des Getriebes 5 erreicht.
Dreht sich die Rotorwelle 4 umgekehrt in einer durch einen Pfeil B angedeuteten zweiten Drehrichtung, in der vorliegenden Darstellung also gegen den Uhrzeigersinn, so würde der Zahn 9 ebenfalls nach einer gewissen Drehbewegung an den dritten Zahn 11 anschlagen beziehungsweise diesen berühren. Die Rotorwelle 4 hat damit einen zweiten Anschlag innerhalb des Getriebes 5 erreicht.
In der Figur 1 ist ein Drehwinkel a angedeutet, der durch die beiden Anschläge eingeschlossen ist. Die Größe des Drehwinkels a wird vorliegend als Getriebespiel bezeichnet. Im Folgenden wird mit Bezug auf Figur 3 ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands des Antriebssystems 1 beschrieben. Hierzu zeigt die Figur 3 das Verfahren anhand eines Flussdiagramms.
Insbesondere wird durch das Verfahren gewährleistet, dass verschleißrelevante Parameter des Antriebssystems 1 bestimmt und bewertet werden.
In einem Schritt S1 beginnt das Verfahren. Insbesondere werden die nachfolgend beschriebenen Schritte mittels der Steuereinrichtung 3 durchgeführt, die ein entsprechendes Computerprogrammprodukt ausführt. Besonders bevorzugt wird die Rotorwelle 4 auf einen Stillstand überwacht. Wird der Stillstand erkannt, so wird das Verfahren in einem Schritt S2 fortgesetzt.
In dem Schritt S2 wird die elektrische Maschine 2 mit einem ersten elektrischen Strom angesteuert, um die Rotorwelle 4 mit einem ersten, aus dem ersten Strom resultierenden Drehmoment in die erste Drehrichtung zu beaufschlagen und ein Verlauf des ersten Drehmoments erfasst. Die Ansteuerung wird beendet, sobald das Drehmoment ein vorgegebenes maximales erstes Drehmoment erreicht. Es ist der erste Anschlag erreicht, bei dem, wie vorstehend beschrieben, der erste Zahn 9 des ersten Zahnrades 6 an dem zweiten Zahn 10 des zweiten Zahnrads 7 anliegt.
In einem Schritt S3 wird die elektrische Maschine 2 mit einem zweiten elektrischen Strom angesteuert, um die Rotorwelle 4 mit einem zweiten Drehmoment in die zweite Drehrichtung zu beaufschlagen und ein Verlauf des zweiten Drehmoments erfasst. Die Ansteuerung wird wiederum beendet, sobald das Drehmoment ein vorgegebenes maximales zweites Drehmoment erreicht. Vorzugsweise sind das maximale erste und zweite Drehmoment betragsmäßig gleich groß, unterscheiden sich also nur in ihrem Vorzeichen. Es ist nun der zweite Anschlag erreicht, bei dem, wie vorstehend beschrieben, der erste Zahn 9 des ersten Zahnrades 6 an dem dritten Zahn 11 des zweiten Zahnrad 7 anliegt.
Zwischen dem Anliegen des ersten Zahns 9 an dem zweiten Zahn 10 und dem dritten Zahn 11 dreht sich die Rotorwelle 4 also innerhalb des Getriebespiels, sodass bei der Drehbewegung der Rotorwelle 4 in die zweite Drehrichtung das Getriebespiel vollständig durchlaufen wird, weil die Rotorwelle von dem ersten bis an den zweiten Anschlag gedreht wird.
Optional wird der Schritt S2 wiederholt, um sicherzustellen, dass auch in der ersten Drehrichtung das Getriebespiel vollständig durchlaufen wird, also die Rotorwelle von dem zweiten bis an den ersten Anschlag gedreht wird. So werden die im Folgenden noch zu beschreibenden Indikatoren für den Verschleißzustand des Antriebssystems 1 besonders vorteilhaft und vollständig erfasst. Das Verfahren wird dann mit einem Schritt S4 fortgesetzt.
In dem Schritt S4 wird in Abhängigkeit von den beiden Anschlägen der Drehwinkel a der Rotorwelle von dem ersten zu dem zweiten Anschlag zum Bestimmen der Größe des Getriebespiels als Indikator für den Verschleißzustand des Antriebssystems 1 ermittelt. Dazu wird der Winkel zwischen den beiden Anschlägen ermittelt. Insbesondere wird dazu ein jeweiliger absoluter Rotorwinkel der Rotorwelle 4 an jedem der beiden Anschläge ermittelt, und deren Differenz gebildet. Die Differenz entspricht dann dem Getriebespiel.
Das Verfahren wird nun optional mit den Schritten S5 und/oder S6 fortgesetzt, wobei nur einer der beiden Schritte, oder auch beide Schritte nacheinander oder parallel durchgeführt werden. Die Schritt S5 und S6 können jedoch auch übersprungen werden. Das Verfahren dann mit einem Schritt S7 fortgesetzt.
In dem Schritt S5 werden die in den beiden Drehrichtungen erfassten Drehmomentverläufe ausgewertet, wobei ein erstes lokales Maximum zum Bestimmen einer Haftreibung des Getriebes 5 und/oder ein erstes lokales Minimum zum Bestimmen einer Gleitreibung des Getriebes 5 ermittelt werden, wie nachfolgend noch mit Verweis auf Figur 4 beschrieben werden wird.
In dem Schritt S6 wird die Rotorwelle 4 durch eine Anregung mit einem dritten Drehmoment in die erste Drehrichtung derart beaufschlagt, dass die Rotorwelle 4 sich auf eine mittige Drehposition zwischen den beiden Anschlägen einschwingt. Die Rotorwelle 4 wird also um das halbe Getriebespiel gedreht, sodass der Abstand des ersten Zahns 9 zu dem zweiten Zahn 10 und dem dritten Zahn 11 in der mittigen Drehposition jeweils gleich groß ist, also jeweils die Hälfte des Getriebespiels beträgt. Es wird nun eine Eigenfrequenz der Rotorwelle 4 zum Bestimmen einer Magnetfeldstärke eines Magnetfelds des Rotors und/oder eine Abklingzeit der Rotorwelle 4 zum Bestimmen einer Reibung des Rotors als Indikator ermittelt.
Daraufhin werden in dem Schritt S7 die vorstehend beschriebenen ermittelten Indikatoren mit einem Schwellenwert verglichen, und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis der Verschleißzustand und/oder eine verbleibende Lebensdauer des Antriebssystems 1 bestimmt.
In einem Schritt S8 wird der ermittelte Verschleißzustand in einem Speicher abgelegt, und, wenn der ermittelte Verschleißzustand einen durch das Überschreiten des Schwellenwerts charakterisierten vorgegebenen Verschleißzustand erreicht hat, als Fehlermeldung, beispielsweise auf einer einem Benutzer des elektrischen Antriebssystems zugeordneten Anzeigeeinrichtung, ausgegeben. Das Verfahren endet nun.
Vorzugsweise beginnt das Verfahren, beispielsweise nach einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung, insbesondere nach Verstreichen einer vorgegebenen Betriebsdauer des elektrischen Antriebssystems 1, wieder mit dem Schritt Sl.
Figur 4 zeigt Drehmomentverläufe Mi, M2 des Antriebsystems 1 bei der Durchführung der Verfahrensschritte S1 bis S5. Zu einem Zeitpunkt to wird die elektrische Maschine 2 mit einem ersten elektrischen Strom li in der ersten Drehrichtung angesteuert, wobei elektrische Phasenströme für die drei Phasen der elektrischen Maschine 2 langsam erhöht wird, bis die Rotorwelle 4 zu einem Zeitpunkt ti beginnt, sich zu drehen.
Bis zu einem Zeitpunkt t2 steigt das aus dem ersten Strom li resultierende erste Drehmoment Mi zunächst stetig an und erreicht ein erstes lokales Maximum M . Sobald erkannt wurde, dass sich die Rotorwelle 4 dreht, werden die Phasenströme entsprechend geregelt reduziert, sodass das Drehmoment Mi wieder abnimmt. Dieser Verlauf ist charakteristisch dafür, dass die elektrische Maschine 2 beziehungsweise das Getriebe 5 ihre jeweilige Haftreibung überwinden. Das erste lokale Maximum Mi‘ ist damit ein vorteilhafter Indikator für die Größe der Haftreibung.
Ab einem Zeitpunkt t2 bleibt das Drehmoment Mi dann bis zu einem Zeitpunkt ts zumindest weitgehend konstant, die Rotorwelle 4 dreht sich weiter. Ab dem Zeitpunkt ts steigt das Drehmoment Mi wieder steil an, bis zu einem Zeitpunkt t4 ein vorgegebenes maximales erstes Drehmoment (Msi), in der Figur 4 als betragsmäßiger Schwellenwert Ms dargestellt, für das Drehmoment Mi überschritten ist. Damit ist ein erster Anschlag erreicht. Die Ansteuerung wird beendet.
Der Wert des Drehmoments Mi zwischen den Zeitpunkt ta und ta stellt insoweit ein erstes lokales Minimum Mi“ des Drehmomentverlaufs dar und charakterisiert die Gleitreibung der elektrischen Maschine 2 beziehungsweise der Rotorwelle 4.
Die Ansteuerung wird nun in einer zweiten Drehrichtung mit einem zweiten elektrischen Strom h wiederholt, bis die Rotorwelle 4 einen zweiten Anschlag erreicht. Zwischen den Zeitpunkten ts bis ts sind die gleichen charakteristischen Vorgänge zu beachten beobachten wie vorstehend beschrieben. Die Rotorwelle 4 beginnt also zu dem Zeitpunkt ts wieder, sich zu drehen. Bis zu dem Zeitpunkt te steigt das aus dem zweiten Strom h resultierende zweite Drehmoment M2 zunächst stetig an und erreicht ein die Größe der Haftreibung in der zweiten Drehrichtung charakterisierendes zweites lokales Maximum M21. Auch hier werden die Phasenströme wieder reduziert, sobald die Rotorwelle 4 dreht, sodass das Drehmoment M2 wieder abnimmt.
Bis zu dem Zeitpunkt t? bleibt das Drehmoment M2 dann als ein ebenfalls die Gleitreibung charakterisierendes zweites lokales Minimum M2“ konstant, bevor es wieder steil ansteigt, und zu einem Zeitpunkt ts ein vorgegebenes maximales zweites Drehmoment Ms2, in der Figur 4 wieder betragsmäßig als der Schwellenwert Ms dargestellt, überschritten ist. Damit ist ein zweiter Anschlag erreicht.
Der Rotorwinkel, den die Rotorwelle 4 zwischen den Zeitpunkten ts und ts zurücklegt, ist als Getriebespiel zu charakterisieren, weil die Rotorwelle 4 von dem ersten Anschlag an den zweiten Anschlag gedreht wird. Wie vorstehend beschrieben, wird die Größe des Getriebespiels insbesondere durch die absolute Drehstellung der Rotorwelle 4 ermittelt. Dazu wird die Differenz der absoluten Werte der Rotorwinkel zu den Zeitpunkten t4 und ts gebildet.
Je nachdem, von welcher Ausgangslage, also von welcher Position zwischen den beiden Anschlägen, die Bewegung der Rotorwelle 4 in der ersten Drehrichtung beginnt, ist der durchfahrene Rotorwinkel kürzer oder länger. Sein Wert entspricht ebenfalls maximal dem Getriebespiel und damit dem Rotorwinkel in der zweiten Drehrichtung, wenn die Bewegung der ersten Drehrichtung an dem zweiten Anschlag beginnt. Ansonsten sind die Rotorwinkel in den beiden Drehrichtungen unterschiedlich. Nur bei der Bewegung in der zweiten Drehrichtung wird sicher das komplette Getriebespiel durchfahren. Um dies zu verdeutlichen, ist das Drehmoment Mi unterbrochen dargestellt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands eines elektrischen Antriebssystems (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor mit einer Rotorwelle (4) aufweist, und mit einem mit der Rotorwelle (4) wirkverbundenen Getriebe (5), wobei die elektrische Maschine (2) mit einem ersten elektrischen Strom (li) angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem ersten, aus dem ersten Strom (li) resultierenden Drehmoment (Mi) in eine erste Drehrichtung zu beaufschlagen, wobei die Ansteuerung in die erste Drehrichtung beendet wird, sobald das erste Drehmoment (Mi) ein vorgegebenes maximales erstes Drehmoment (Msi) erreicht und dadurch ein erster Anschlag der Rotorwelle (4) erkannt wird, wobei die elektrische Maschine (2) mit einem zweiten elektrischen Strom (h) dazu angesteuert wird, um die Rotorwelle mit einem zweiten, aus dem zweiten Strom (I2) resultierenden Drehmoment (M2) in eine zweite Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, zu beaufschlagen, wobei die Ansteuerung in die zweite Drehrichtung beendet wird, sobald das zweite Drehmoment (M2) ein vorgegebenes maximales zweites Drehmoment (Ms2) erreicht und dadurch ein zweiter Anschlag der Rotorwelle (4) erkannt wird, wobei in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Anschlag ein ein Spiel ausgleichender Drehwinkel (a) der Rotorwelle (4) bestimmt wird, und
- wobei zumindest ein Indikator für den Verschleißzustand des Antriebssystems (1) in Abhängigkeit von dem ersten und/oder zweiten Drehmoment (MI,M2) und/oder von dem das Spiel ausgleichenden Drehwinkel (a) der Rotorwelle (4) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (a) von dem ersten zu dem zweiten Anschlag zum Bestimmen eines Getriebespiels des Getriebes (5) zwischen den beiden Anschlägen als Indikator ermitelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes lokales Maximum
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eines bei der Drehbewegung erfassten Drehmoments (Mi.Ma) der Rotorwelle (4) zum Bestimmen einer Haftreibung des Getriebes (5) als Indikator ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes lokales Minimum (MI“,M2“) eines bei der Drehbewegung erfassten Drehmoments (MI,M2) der Rotorwelle (4) zum Bestimmen einer Gleitreibung des Getriebes (5) als Indikator ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) durch eine Anregung mit einem dritten Drehmoment in die erste Drehrichtung derart beaufschlagt wird, dass die Rotorwelle (4) sich auf eine mittige Drehposition zwischen den beiden Anschlägen einschwingt, und dass eine Eigenfrequenz der Rotorwelle (4) zum Bestimmen einer Magnetfeldstärke eines Magnetfelds des Rotors und/oder eine Abklingzeit der Rotorwelle (4) zum Bestimmen einer Reibung des Rotors als Indikator ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der ermittelten Indikatoren mit einem Schwellenwert verglichen wird, und dass in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis der Verschleißzustand und/oder eine verbleibende Lebensdauer des Antriebssystems (1) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines vorgegebenen Verschleißzustands, insbesondere bei Überschreiten (Getriebespiel, Reibung) oder Unterschreiten (Magnetfeldstärke) des jeweiligen Schwellenwerts, eine Mitteilung, insbesondere Fehlermeldung, ausgegeben wird. - 18 -
8. Computerprogrammprodukt zur Ausführung auf einer Computereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
9. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8.
10. Elektrisches Antriebssystem (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor mit einer Rotorwelle (4) aufweist, und mit einem mit der Rotorwelle (4) wirkverbundenen Getriebe (5), gekennzeichnet durch eine Computereinrichtung, insbesondere Steuereinrichtung (3), die speziell dazu hergerichtet ist, das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 auszuführen.
11. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein elektrisches Antriebssystem
(1) nach Anspruch 10.
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