DE102024206387A1

DE102024206387A1 - Determining the load value of a drive system

Info

Publication number: DE102024206387A1
Application number: DE102024206387.8A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schenk; Markus Wallner; Rainer Grundler; Thomas Hodrius; Peter Seidel; Ulrich Doerr; Ralf Martin
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2024-07-08
Filing date: 2024-07-08
Publication date: 2026-01-08
Also published as: WO2026012681A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Belastungswerts mindestens einer Komponente eines Antriebssystems eines Elektroantriebs, umfassend die Schritte: Erhalten von Sensordaten, wobei die Sensordaten eine Drehzahl indizieren; Ermitteln von mindestens einem Drehzahlgradienten, basierend auf den Sensordaten; Ermitteln von einem Änderungszustand von einer vom Antriebssystem angetriebenen Abtriebskomponente, basierend auf dem mindestens einen Drehzahlgradienten; Ermitteln, im Änderungszustand, von mindestens einem Drehmoment an mindestens einer Komponente des Antriebssystems, basierend auf dem mindestens einen Drehzahlgradienten und mindestens einem Massenträgheitsmoment; und Ermitteln von mindestens einem Belastungswert der mindestens einen Komponente des Antriebssystems für den Änderungszustand, basierend auf dem mindestens einen Drehmoment.
The present invention relates to a method for determining at least one load value of at least one component of a drive system of an electric drive, comprising the steps of: obtaining sensor data, wherein the sensor data indicate a rotational speed; determining at least one rotational speed gradient based on the sensor data; determining a change state of an output component driven by the drive system based on the at least one rotational speed gradient; determining, in the change state, at least one torque at at least one component of the drive system based on the at least one rotational speed gradient and at least one moment of inertia; and determining at least one load value of the at least one component of the drive system for the change state based on the at least one torque.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Belastungswerts mindestens einer Komponente eines Antriebssystems eines Elektroantriebs, ein Verfahren zur Ermittlung von mindestens einer Bauteilbelastung mindestens einer Komponente eines Antriebssystems eines Elektroantriebs, ein Steuergerät und ein elektrisch angetriebenes Transportmittel.The present invention relates to a method for determining at least one load value of at least one component of a drive system of an electric drive, a method for determining at least one component load of at least one component of a drive system of an electric drive, a control unit and an electrically powered means of transport.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Elektromotoren mit einem geringen Drehmoment und hoher Drehzahl rotieren, sodass ein Getriebe zur nutzbaren Übersetzung des Drehmoments und der Drehzahl auf das Rad notwendig ist.It is known from the prior art that electric motors rotate with low torque and high speed, so a gearbox is necessary to translate the torque and speed to the wheel in a usable way.

Generell weist jedes bewegliche, insbesondere rotierbare Bauteil eine Massenträgheit auf. Im Elektrofahrzeug sind dies insbesondere die Welle, der Rotor und die rotierenden Komponenten des Getriebes. Eine Drehzahländerung resultiert in einem wirkenden Massenträgheitsmoment dieser Bauteile. Das Massenträgheitsmoment ist bauteil- und/oder systemspezifisch.Generally, every moving component, especially a rotating one, exhibits inertia. In electric vehicles, this includes, in particular, the shaft, the rotor, and the rotating components of the transmission. A change in rotational speed results in an acting moment of inertia for these components. This moment of inertia is component- and/or system-specific.

Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren für Elektrofahrzeuge bekannt, bei dem Bauteilbelastungen durch antriebsseitige Drehmomentschwankungen erfasst und überwacht werden. Hierzu wird die Drehzahl des Antriebsstrang des Elektrofahrzeugs überwacht, um bei hohen Drehzahlgradienten den Einfluss auf die Bauteilhaltbarkeit zu überwachen.A method for electric vehicles is known from the prior art in which component stresses caused by drive-side torque fluctuations are detected and monitored. For this purpose, the rotational speed of the electric vehicle's drivetrain is monitored to assess the impact on component durability at high speed gradients.

Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Belastungswerts mindestens einer Komponente eines Antriebssystems eines Elektroantriebs.A first aspect concerns a method for determining at least one load value of at least one component of a drive system of an electric drive.

Ein Elektroantrieb kann in einem elektrisch angetriebenen Transportmittel angeordnet sein und dient der Bereitstellung von elektrischer Energie. Dies umfasst Fahrzeuge mit zusätzlichem Muskelkraftantrieb, wie Fahrräder, Dreiräder, Tandems, Einräder und ähnliche Fortbewegungsmittel, oder Alternativen, die durch den Einsatz des elektrischen Antriebs nicht mehr auf den Muskelkraftantrieb angewiesen sind. Insbesondere kann der Elektroantrieb ein Elektroantrieb eines E-Bike oder Pedelec sein. Alternativ sind auch rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen (PKW), Motorräder, Lastkraftwagen (LKW) und ähnliches denkbar. Die Anwendung in einem hybriden Kraftfahrzeug ist ebenfalls denkbar. Der Elektroantrieb kann ein Regelungssystem umfassen, dass das Antriebssystem regelt.An electric drive can be integrated into an electrically powered means of transport and serves to provide electrical energy. This includes vehicles with additional muscle power, such as bicycles, tricycles, tandems, unicycles, and similar means of transportation, or alternatives that no longer rely on muscle power due to the use of the electric drive. In particular, the electric drive can be the electric drive of an e-bike or pedelec. Alternatively, purely electrically powered motor vehicles, such as passenger cars, motorcycles, trucks, and similar vehicles, are also conceivable. Application in a hybrid vehicle is also possible. The electric drive can include a control system that regulates the drive system.

Ein Antriebssystem ist eine Vorrichtung, die zur Übertragung von rotatorischen Kräften von einem Elektromotor auf eine angetriebene Abtriebskomponente dient. Das Antriebssystem kann beispielsweise ein Antriebsstrang mit einem Getriebe sein. Das Getriebe kann als Reduzierungsgetriebe ausgebildet sein. Ein Reduzierungsgetriebe kann ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder ein Wellgetriebe sein. Ein Reduziergetriebe kann notwendig sein, um mittels der Übersetzung die Drehmomentcharakteristik des Elektroantriebs für die Abtriebskomponente nutzbar umzuwandeln. Es können mehrere Getriebe, insbesondere mehrere unterschiedliche Getriebearten, von einem Antriebssystem umfasst sein. Generell ist jedes Getriebe denkbar, dass abtriebsseitig eine nutzbare Reduzierung der Drehzahlen des Elektroantriebs bereitstellen kann. Es ist möglich, das Antriebssystem mit weiteren Übertragungselementen zu verbinden. Beispielsweise sind flexible Koppel- oder Freilauf-Elemente als Übertragungselemente in der Kraftübertragung denkbar. Weiterhin ist es denkbar, dass das Antriebssystem ein Differential umfasst. Durch die Auswahl des Antriebssystems sind antriebsspezifische Charakteristiken, wie das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite, insbesondere das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes, sowie die einzelnen Übersetzungsverhältnisse einzelner Getriebestufen bekannt. Als Getriebestufe kann eine Übersetzungsstufe umfassend beispielsweise Zahnräder, Riemen und/oder Ketten sein. Die einzelnen Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Getriebestufen ergeben das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes.A drive system is a device used to transmit rotational forces from an electric motor to a driven output component. The drive system can, for example, be a drivetrain with a gearbox. The gearbox can be a reduction gearbox. A reduction gearbox can be a spur gearbox, a planetary gearbox, or a wave gearbox. A reduction gearbox may be necessary to convert the torque characteristics of the electric drive into a usable output for the driven component by means of the gear ratio. A drive system can comprise several gearboxes, in particular several different types of gearboxes. In general, any gearbox that can provide a usable reduction in the rotational speed of the electric drive on the output side is conceivable. It is possible to connect the drive system with other transmission elements. For example, flexible coupling or freewheel elements are conceivable as transmission elements in the power transmission. Furthermore, it is conceivable that the drive system includes a differential. By selecting the drive system, drive-specific characteristics are determined, such as the overall transmission ratio between the input and output sides, in particular the overall transmission ratio of the gearbox, as well as the individual transmission ratios of individual gear stages. A transmission stage can comprise, for example, gears, belts, and/or chains. The individual transmission ratios of the individual gear stages result in the overall transmission ratio of the gearbox.

Der Begriff „antriebsseitig“ bezieht sich auf die Seite, von der die Antriebskraft oder Energie in das System eingebracht wird. Typischerweise ist dies die Seite, an der der Motor oder die Hauptantriebsquelle angeordnet ist. Zum Beispiel ist bei einem Fahrzeug der Motor antriebsseitig, da er die Energie liefert, um das Fahrzeug anzutreiben.The term "drive-side" refers to the side from which the driving force or energy is introduced into the system. Typically, this is the side where the motor or main power source is located. For example, in a vehicle, the motor is drive-side because it provides the energy to propel the vehicle.

„Abtriebsseitig“ bezieht sich auf die Seite, an der die Auswirkungen oder das Ergebnis der Antriebskraft auftreten. Es ist die Seite, an der die Arbeit durch das System geleistet wird oder die Seite, die die Ausgabe liefert. Im Kontext eines Fahrzeugs wäre die Räderseite abtriebsseitig, da sie die Energie nutzen, um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen."Output side" refers to the side where the effects or result of the driving force occur. It is the side where the work is done by the system, or the side that provides the output. In the context of a vehicle, the wheels would be the output side, as they utilize the energy to move the vehicle forward.

Die mindestens eine Komponente des Antriebssystems kann eine Komponente des Getriebes, insbesondere des Reduzierungsgetriebes oder jeder anderen Getriebeart, sein. Die mindestens eine Komponente kann eine sich bewegende, insbesondere rotierende Komponente sein. Die mindestens eine Komponente kann ein Zahnrad, ein Riemen, eine Kette, eine Welle, eine Nut oder eine Passfeder sein. Die mindestens eine Komponente kann jede Komponente sein, die durch die rotatorische Kraftübertragung des Elektromotors auf die Abtriebskomponente eine mechanische Belastung erfährt. Die mindestens eine Komponente des Antriebssystems kann eine einzelne Komponente des Antriebssystems, eine beliebige Anzahl von Komponenten des Antriebssystems oder insbesondere alle Komponenten des Antriebssystems sein.The at least one component of the drive system can be a component of the gearbox, in particular a reduction gearbox or any other type of gearbox. The at least one component can be a moving component, in particular a rotating component. The at least one component can be a gear, a belt, The component can be a chain, a shaft, a groove, or a key. The at least one component can be any component that experiences a mechanical load due to the rotary power transmission from the electric motor to the output component. The at least one component of the drive system can be a single component of the drive system, any number of components of the drive system, or, in particular, all components of the drive system.

Die Ermittlung des mindestens einen Belastungswerts kann dabei dynamisch erfolgen, das heißt die Ermittlung kann in Echtzeit und fortlaufend erfolgen. Dies ist vor allem bei einer Anwendung oder Durchführung des Verfahrens oder Teilschritte des Verfahrens in unmittelbarer Nähe zum Antriebssystem denkbar. Es ist auch denkbar, die ermittelten Sensordaten zu einem beliebigen Zeitpunkt mit dem beschriebenen Verfahren auszuwerten und die Belastungswerte zu ermitteln.The determination of at least one load value can be dynamic, meaning it can be performed in real time and continuously. This is particularly relevant when applying or carrying out the method, or parts thereof, in close proximity to the drive system. It is also possible to evaluate the sensor data at any given time using the described method and determine the load values.

Das Verfahren umfasst den Schritt: Erhalten von Sensordaten, wobei die Sensordaten eine Drehzahl indizieren.The process includes the step: obtaining sensor data, where the sensor data indicates a rotational speed.

Das Erhalten von Sensordaten kann beispielsweise das Empfangen eines digitalisierten Sensorsignals umfassen. Das digitalisierte Sensorsignal kann ein direktes Sensorsignal sein, dass vor Erhalten digitalisiert wird. Es ist auch ein Erhalten von Sensordaten, die in einer Datenbank oder anderen Speichermedium lesbar gespeichert sind, denkbar. Auch das Erhalten von Sensordaten von mehreren Sensoren ist denkbar. Beispielsweise können die Sensordaten die Daten eines Sensors, der abtriebsseitig, antriebsseitig und/oder im Bereich der Kraftübertragung ein Signal erfasst, umfassen. Das erfasste Signal kann eine Drehzahl sein. Die Sensordaten indizieren dabei eine Drehzahl. Hierzu sind insbesondere Sensordaten von einem Drehzahlsensor denkbar. Es sind auch Sensordaten, die einen Rückschluss auf die Drehzahl ermöglichen, denkbar. Dies umfasst insbesondere Beschleunigungsdaten, Positionsdaten und/oder Drehmomentdaten. Als Drehzahl wird die Geschwindigkeit oder die Umdrehungen pro Zeiteinheit eines rotierenden Objekts verstanden. Insbesondere kann die Drehzahl auch die Rotationsgeschwindigkeit sein.Receiving sensor data can include, for example, receiving a digitized sensor signal. The digitized sensor signal can be a direct sensor signal that is digitized before being received. Receiving sensor data stored in a readable format in a database or other storage medium is also conceivable. Receiving sensor data from multiple sensors is also possible. For example, the sensor data could include data from a sensor that detects a signal on the output side, the input side, and/or in the power transmission area. The detected signal could be a rotational speed. The sensor data would indicate a rotational speed. In this context, sensor data from a rotational speed sensor is particularly relevant. Sensor data that allows for inferences about the rotational speed is also conceivable. This includes, in particular, acceleration data, position data, and/or torque data. Rotational speed is understood as the velocity or revolutions per unit of time of a rotating object. Specifically, rotational speed can also be the speed of rotation.

Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Ermitteln von mindestens einem Drehzahlgradienten, basierend auf den Sensordaten.The procedure includes the further step of determining at least one rotational speed gradient based on the sensor data.

Der mindestens eine Drehzahlgradient kann als eine zeitliche Änderung mindestens einer Drehzahl oder mindestens einer Rotationsgeschwindigkeit eines rotierenden Objekts verstanden werden. Eine zunehmende Drehzahl kann als ein positiver Drehzahlgradient und eine abnehmende Drehzahl als ein negativer Drehzahlgradient verstanden werden. Alternativ ist auch ein gegenteiliges Verständnis von positivem und negativem Drehzahlgradienten denkbar. Für die weiteren Erläuterungen wird das eben beschriebene Verständnis der Begrifflichkeiten gewählt. Bei einem davon abweichenden Verständnis ist der Fachmann in der Lage, die Lehre entsprechend angepasst zu verstehen. Der mindestens eine Drehzahlgradient kann Null sein. Dies bedeutet, dass sich die Drehzahl nicht ändert und folglich das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit rotiert oder stillsteht.The at least one rotational speed gradient can be understood as a change over time of at least one rotational speed or at least one rotational velocity of a rotating object. An increasing rotational speed can be understood as a positive rotational speed gradient, and a decreasing rotational speed as a negative rotational speed gradient. Alternatively, the opposite understanding of positive and negative rotational speed gradients is also conceivable. For the following explanations, the understanding of the terminology described above will be used. In the case of a different understanding, a person skilled in the art will be able to adapt the teaching accordingly. The at least one rotational speed gradient can be zero. This means that the rotational speed does not change, and consequently, the object rotates at a constant speed or remains stationary.

Basierend auf dem mindestens einen Drehzahlgradienten und den bekannten, systemspezifischen Übersetzungsverhältnissen kann die Drehzahl jeder Komponente, insbesondere jeder rotierenden Komponente, des Antriebssystems ermittelt werden.Based on the at least one speed gradient and the known, system-specific transmission ratios, the speed of each component, in particular each rotating component, of the drive system can be determined.

Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Ermitteln von einem Änderungszustand von einer vom Antriebssystem angetriebenen Abtriebskomponente, basierend auf dem mindestens einen Drehzahlgradienten.The procedure includes the further step of determining a change state of an output component driven by the drive system, based on at least one speed gradient.

Als Änderungszustand wird ein oder jedes Event oder Ereignis verstanden, in dem sich der mindestens eine Drehzahlgradient initial abtriebsseitig ändert. Das heißt, der mindestens eine Drehzahlgradient kann durch einen abtriebsseitigen Zustand, der nicht aus einem Drehmoment des Antriebssystems resultiert, ausgelöst und/oder aufrechterhalten werden. Im Änderungszustand kann der mindestens eine Drehzahlgradient einer Drehzahl der mindestens einen Komponente des Antriebssystems entgegenwirken. Der negative Drehzahlgradient kann indizieren, dass die Abtriebskomponente durch interne Einflüsse oder äußere Einflüsse abgebremst wird. Interne Einflüsse können Einflüsse innerhalb der Abtriebskomponente sein, beispielsweise Betriebsbremsen durch ein die Abtriebskomponente abbremsendes Bremssystem, oder Schleifen innerhalb des Bremssystems. Äußere Einflüsse können Einflüsse außerhalb der Abtriebskomponente sein, beispielsweise ein Fahrwiderstand oder eine spezifische Beschaffenheit eines Untergrunds. Generell kann ein Änderungszustand ein beliebiges Zeitintervall umfassen. Der abtriebsseitige Drehzahlgradient kann hierbei über die Zeitdauer konstant und/oder schwankend sein. Der Änderungszustand kann solange anhalten, wie der abtriebsseitige Drehzahlgradient der Drehzahl der mindestens einen Komponente des Antriebssystems entgegenwirkt. Beispielsweise kann der Änderungszustand so lange anhalten, bis die Abtriebskomponente nicht mehr aktiv abgebremst wird. Der Änderungszustand kann beendet sein, wenn die Antriebs- und Abtriebsseite wieder mit synchroner oder nahezu synchroner Drehzahl rotieren oder wenn Antriebs- und Abtriebsseite zum Stillstand gekommen sind.A change state is defined as any event in which the at least one speed gradient initially changes on the output side. This means that the at least one speed gradient can be triggered and/or maintained by an output-side condition that does not result from a torque of the drive system. In the change state, the at least one speed gradient can oppose the speed of the at least one component of the drive system. A negative speed gradient can indicate that the output component is being slowed down by internal or external influences. Internal influences can be influences within the output component, such as service braking through a braking system that slows down the output component, or friction within the braking system. External influences can be influences outside the output component, such as driving resistance or the specific characteristics of a surface. Generally, a change state can encompass any time interval. The output-side speed gradient can be constant and/or fluctuating over this period. The change state can persist as long as the output-side speed gradient opposes the speed of the at least one component of the drive system. For example, the change state can persist until the output component is no longer actively braked. The change state can end when the input and output sides are rotating at synchronous or near-synchronous speeds again, or when the input and output sides have come to a standstill.

Als Abtriebskomponente wird jede abtriebsseitig angeordnete Komponente, die zu einer Änderung der Drehzahl der Abtriebsseite, also einem Änderungszustand führen kann, verstanden. Die Abtriebskomponente kann ein Abtriebskomponentensystem sein. Die Abtriebskomponente kann insbesondere ein Rad und/oder eine Komponente eines Bremssystems, insbesondere eine Bremsscheibe, umfassen. Die Abtriebskomponente kann insbesondere ein Rad umfassend ein Bremssystem sein. Es versteht sich, dass das Verfahren nicht nur auf die Ermittlung des Änderungszustands einer Abtriebskomponente beschränkt ist. Das Verfahren kann beispielsweise parallel auf jedes angetriebene Rad eines elektrisch angetriebenen Transportmittels angewendet werden. Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Ermitteln, im Änderungszustand, von mindestens einem Drehmoment an mindestens einer Komponente des Antriebssystems, basierend auf dem mindestens einen Drehzahlgradienten und mindestens einem Massenträgheitsmoment.A driven component is defined as any component arranged on the output side that can lead to a change in the rotational speed of the output side, i.e., a change state. The driven component can be a system of driven components. In particular, the driven component can include a wheel and/or a component of a braking system, especially a brake disc. The driven component can also be a wheel comprising a braking system. It is understood that the method is not limited to determining the change state of a driven component. The method can, for example, be applied in parallel to each driven wheel of an electrically powered means of transport. The method includes the further step of determining, in the change state, at least one torque at at least one component of the drive system, based on the at least one rotational speed gradient and at least one moment of inertia.

Das mindestens eine Drehmoment an mindestens einer Komponente des Antriebssystems kann als Kraftmoment oder Drehkraft verstanden werden. Es kann eine vektorielle Größe sein, die die Wirkung einer Kraft auf die Drehbewegung eines starren Körpers um einen bestimmten Punkt beschreibt. Das Drehmoment eines Motors, insbesondere eines Elektromotors, kann seine Fähigkeit, eine Rotationsbewegung zu erzeugen und eine Last zu bewegen, beschreiben. Das Drehmoment basiert auf dem Massenträgheitsmoment und einer Winkelbeschleunigung. Die Winkelbeschleunigung basiert auf einer Drehzahländerung über eine Zeit, also einem Drehzahlgradienten. Folglich kann das mindestens eine Drehmoment der mindestens einen Komponente basierend auf dem mindestens einen Massenträgheitsmoment, dem mindestens einen Drehzahlgradient sowie den bekannten Übersetzungsverhältnissen des Antriebssystems, insbesondere des Getriebes, für die mindestens eine Komponente, insbesondere für alle Komponenten, ermittelt werden.The torque at least one of the components of the drive system can be understood as a force or rotational force. It can be a vector quantity that describes the effect of a force on the rotational motion of a rigid body about a specific point. The torque of a motor, especially an electric motor, can describe its ability to generate rotational motion and move a load. The torque is based on the moment of inertia and an angular acceleration. The angular acceleration is based on a change in rotational speed over time, i.e., a speed gradient. Consequently, the torque of the component can be determined based on the moment of inertia, the speed gradient, and the known gear ratios of the drive system, especially the transmission, for the component, and in particular for all components.

Vorliegend kann das Massenträgheitsmoment das Massenträgheitsmoment der mindestens einen Komponente des Antriebssystems umfassen. Das Massenträgheitsmoment kann eine Vielzahl von Massenträgheitsmomenten einer Vielzahl von Komponenten des Antriebssystems umfassen. Das Massenträgheitsmoment kann auch die Massenträgheitsmomente aller Komponenten des Antriebssystems, insbesondere der rotierenden Komponenten, umfassen. Die Anzahl der verwendeten Massenträgheitsmomente hängt von der Auswahl der betrachteten Komponenten des Antriebssystems ab. Sprich, für jede mindestens eine Komponente des Bauteils kann ein Massenträgheitsmoment vorliegen. Das Massenträgheitsmoment der mindestens einen Komponente des Antriebssystems ist bauteil- und/oder systemspezifisch und bekannt. Hierzu können die Abmessung und die Masse der mindestens einen Komponente bekannt sein. Insbesondere kann das Massenträgheitsmoment aller Komponenten des Antriebssystems bekannt sein. Das Massenträgheitsmoment der mindestens einen Komponente kann beispielsweise in einer Datenbank erhaltbar abgelegt sein.In this context, the moment of inertia can encompass the moment of inertia of at least one component of the drive system. It can also encompass a multitude of moments of inertia from a multitude of components of the drive system. Furthermore, it can encompass the moments of inertia of all components of the drive system, particularly the rotating components. The number of moments of inertia used depends on the selection of the drive system components under consideration. In other words, a moment of inertia can exist for each of the at least one components. The moment of inertia of the at least one component of the drive system is component- and/or system-specific and known. For this purpose, the dimensions and mass of the at least one component can be known. In particular, the moment of inertia of all components of the drive system can be known. The moment of inertia of the at least one component can, for example, be stored in a database.

Die Ermittlung des mindestens einen Drehmoments im Änderungszustand kann eine diskrete Berechnung des mindestens einen Drehmoments pro Zeitpunkt oder ein über den Änderungszustand durchschnittlich wirkendes Drehmoment sein.Determining the at least one torque in the state of change can be a discrete calculation of the at least one torque per time point or a torque acting on average over the state of change.

Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Ermitteln von mindestens einem Belastungswert der mindestens einen Komponente des Antriebssystems für den Änderungszustand, basierend auf dem mindestens einen Drehmoment.The procedure includes the further step of determining at least one load value of the at least one component of the drive system for the change state, based on the at least one torque.

Als mindestens ein Belastungswert kann mindestens ein Wert verstanden werden, der mindestens eine Belastung der mindestens einen Komponente des Antriebssystems für den Änderungszustand beschreibt. Der mindestens eine Belastungswert kann das Maß und die Zeitdauer des Anliegens des mindestens einen Drehmoments an der mindestens einen Komponente im Änderungszustand beschreiben. Die Art des Änderungszustands kann die mechanische Belastung der mindestens einen Komponente des Antriebssystems und somit die Haltbarkeit beeinflussen. Beispielsweise kann ein leichtes Abbremsen des Rads zu einer geringeren mechanischen Belastung der mindestens einen Komponente führen als beispielsweise eine Vollbremsung. Gleichermaßen kann das Maß einer Unebenheit eines Untergrunds ebenfalls die mechanische Belastung beeinflussen und mit zunehmender Unebenheit zu einer größeren mechanischen Belastung der mindestens einen Komponente führen, da dies zu abrupten Änderungen der Drehzahl und somit zu höheren Drehmomentspitzen in der mindestens einen Komponente des Antriebssystems führt. Der mindestens eine Belastungswert kann von der Ermittlung des mindestens einen Drehmoments abhängen. Folglich kann der mindestens eine Belastungswert über das Zeitintervall des Änderungszustands gemittelt werden. Auch sind eine Vielzahl diskreter, mindestens einer Belastungswerte über die Dauer des Änderungszustands denkbar. Der mindestens eine Belastungswert der mindestens einen Komponente kann mindestens einen Belastungswert für eine Vielzahl an Komponenten oder alle Komponenten des Antriebssystems umfassen. Es kann sein, dass der mindestens eine Belastungswert ein einzelner Belastungswert ist, welcher repräsentativ für einen Gesamtzustand des Antriebssystems ist. Auch kann der mindestens eine Belastungswert für eine beliebige Anzahl an Komponenten ein separater Belastungswert sein. Der mindestens eine Belastungswert kann für alle Komponenten des Antriebssystems, insbesondere alle rotierenden Komponenten, ein separater Belastungswert sein. Hierdurch kann eine umfassende Erfassung der mechanischen Belastung jeder einzelnen Komponente des Antriebssystems ermöglicht werden. Beispielsweise können Kennwerte hinterlegt sein, um den mindestens einen Belastungswert zu ermitteln. Es ist denkbar, dass die Kennwerte in einer Look-up-Table hinterlegt sind.At least one load value can be understood as at least one value that describes at least one load on at least one component of the drive system during the change state. This at least one load value can describe the magnitude and duration of the application of at least one torque to the at least one component during the change state. The nature of the change state can influence the mechanical load on the at least one component of the drive system and thus its durability. For example, gentle braking of the wheel can result in less mechanical load on the at least one component than, for example, full braking. Similarly, the degree of unevenness in a surface can also influence the mechanical load and, with increasing unevenness, lead to greater mechanical load on the at least one component, as this results in abrupt changes in rotational speed and thus higher torque peaks in the at least one component of the drive system. The at least one load value can depend on the determination of the at least one torque. Consequently, the at least one load value can be averaged over the time interval of the change state. A multitude of discrete at least one load value over the duration of the change state are also conceivable. The at least one load value of the at least one component can encompass at least one load value for a multitude of components or all components of the drive system. It is possible that the at least one load value is a single load value that is representative of the overall state of the drive system. The at least one The load value for any number of components can be a separate load value. This minimum load value can be a separate load value for all components of the drive system, especially all rotating components. This allows for a comprehensive recording of the mechanical load on each individual component of the drive system. For example, characteristic values can be stored to determine this minimum load value. It is conceivable that these characteristic values are stored in a lookup table.

Das Verfahren ermöglicht es, einen Änderungszustand zu erkennen, der durch eine Drehzahländerung der vom Antriebssystem angetriebenen Abtriebskomponente induziert wird. Hierdurch können Belastungen im Änderungszustand an der mindestens einen Komponente des Antriebssystems erkannt und mechanische Beschädigungen erfasst werden. Dies ermöglicht beispielsweise das frühzeitige Ergreifen von Wartungsmaßnahmen, um Folgeschäden zu verhindern oder zumindest zu minimieren.This method makes it possible to detect a change state induced by a change in the rotational speed of the driven component of the drive system. This allows for the detection of stresses during the change state on at least one component of the drive system and the identification of mechanical damage. This, for example, enables the early implementation of maintenance measures to prevent or at least minimize consequential damage.

Mit anderen Worten, es kann beispielsweise beim Abbremsen eines Rades ein abtriebsseitig induzierter Drehzahlgradient auftreten. Die Komponenten des Antriebssystems können durch die antriebsseitig induzierte Rotation ein Drehmoment aufweisen, sodass diese Komponenten der abtriebsseitigen Drehzahländerung nicht sofort folgen können. Die hierdurch auftretenden Lastsituationen, insbesondere Drehmomentspitzen, können über den regulären Betriebsbedingungen liegen und zu mechanischen Überbelastungen führen, die Bauteilschädigungen verursachen. Da jede dieser regelmäßigen mechanischen Überbelastungen einen Schadenseinfluss auf die einzelnen Komponenten hat, ist es wichtig, zumindest abschätzen zu können, welche Belastungen die einzelnen Komponenten des Antriebssystems über die Zeit erfahren. Das Getriebe kann für die Übersetzung der hohen Motordrehzahl zu einer nutzbaren abtriebsseitigen Drehzahl ausgeformt sein, daher können die Komponenten des Getriebes durch den beschriebenen Lastfall besonders mechanisch beansprucht sein. Das vorliegende Verfahren ermöglicht es beispielsweise diese Belastungen an den Komponenten des Getriebes zu detektieren, die durch das Abbremsen der Abtriebskomponente, beispielsweise eines Rads verursacht werden. Weiterhin lässt sich hierdurch die Sicherheit eines Fahrers verbessern, da eine Beschädigung der Komponenten frühzeitig erkannt werden und Folgeschäden der Komponenten und des Fahrers verhindert werden können. Für die Implementierung des Verfahrens ist kein weiterer Bauraum notwendig, da bereits vorhandene Bauteile verwendet werden können. Somit kann ein Design-zu-Kosten und/oder ein Design-zu-Gewicht Verhältnis verbessert gestaltet werden.In other words, for example, a speed gradient induced on the output side can occur when a wheel brakes. The drive system components may exhibit torque due to the drive-side induced rotation, preventing them from immediately following the change in output speed. The resulting load situations, particularly torque peaks, can exceed normal operating conditions and lead to mechanical overloads, causing component damage. Since each of these regular mechanical overloads has a damaging effect on the individual components, it is important to at least be able to estimate the loads experienced by the individual drive system components over time. The gearbox may be designed to convert the high motor speed to a usable output speed; therefore, the gearbox components can be subjected to particularly high mechanical stresses under the described load case. The present method makes it possible, for example, to detect these loads on the gearbox components caused by the braking of the output component, such as a wheel. Furthermore, this improves driver safety, as damage to components can be detected early, preventing consequential damage to both the components and the driver. No additional installation space is required for implementing this method, as existing components can be used. This allows for an improved design-to-cost and/or design-to-weight ratio.

Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Sensordaten die Drehzahl der vom Antriebssystem angetriebenen Abtriebskomponente.According to one embodiment, the sensor data includes the rotational speed of the output component driven by the drive system.

Unabhängig von der Ursache für das Auftreten eines Änderungszustands ist eine Änderung der Drehzahl der angetriebenen Abtriebskomponente die Folge des Vorliegens eines Änderungszustands. Das heißt ein Abbremsen der Abtriebskomponente, welches nicht von der Antriebsseite verursacht wird. Zur Ermittlung des mindestens einen Drehzahlgradienten kann die Drehzahl der vom Antriebssystem angetriebenen Abtriebskomponente verwendet werden. Dies ermöglicht ein direktes Ermitteln des mindestens einen Drehzahlgradienten. Da eine vom Antriebssystem angetriebene Abtriebskomponente ursächlich für die Drehzahländerung ist, kann die Verwendung der Daten eines Sensors, der die Drehzahl der Abtriebskomponente erfasst, denkbar sein. Es können auch Sensordaten eines Sensors, der eine Drehzahl antriebsseitig erfasst, verwendet werden. Eine antriebsseitige Drehzahl kann die Drehzahl des Elektroantriebs, insbesondere die Drehzahl des Elektromotors des Elektroantriebs, sein. Die antriebsseitige Drehzahl kann einen oder mehrere weiterer Verarbeitungsschritte umfassen, um den mindestens einen Drehzahlgradienten, auf dem die Ermittlung des mindestens einen Drehmoments basiert, zu erhalten. Die Daten von beiden Sensoren können verwendet werden, da hierdurch eine Redundanz der Sensordaten erzeugt werden kann. Die Redundanz kann auch durch zwei Sensoren antriebs- oder abtriebsseitig erzeugt werden. All diese Ausführungsformen können zusätzlich den Einfluss eines nicht detektierten Sensordrifts verringern. Weiterhin kann durch die Verwendung von antriebs- und abtriebsseitigen Sensordaten eine detaillierte Analyse der Auswirkungen der Änderungszustände, beispielsweise durch Korrelationsanalysen, ermöglicht werden. Beispielhaft kann hierdurch erfasst werden, wie sich die abtriebsseitigen und antriebsseitigen Sensordaten in unterschiedlichen Änderungszuständen, ausgelöst durch die identische Abtriebskomponente, über die Zeit verändern. Dies kann die frühzeitige Erkennung von Bauteilbeschädigungen ermöglichen.Regardless of the cause of a change state, a change in the rotational speed of the driven output component is a consequence of the existence of a change state. This means a deceleration of the output component that is not caused by the drive side. The rotational speed of the output component driven by the drive system can be used to determine the at least one rotational speed gradient. This allows for the direct determination of the at least one rotational speed gradient. Since an output component driven by the drive system is the cause of the rotational speed change, the use of data from a sensor that detects the rotational speed of the output component is conceivable. Sensor data from a sensor that detects a rotational speed on the drive side can also be used. A drive-side rotational speed can be the rotational speed of the electric drive, in particular the rotational speed of the electric motor of the electric drive. The drive-side rotational speed can include one or more further processing steps to obtain the at least one rotational speed gradient on which the determination of the at least one torque is based. Data from both sensors can be used, as this creates redundancy in the sensor data. Redundancy can also be achieved by using two sensors on either the drive or output side. All these configurations can additionally reduce the impact of undetected sensor drift. Furthermore, using drive-side and output-side sensor data enables a detailed analysis of the effects of changing conditions, for example, through correlation analyses. This allows, for instance, the recording of how the output-side and drive-side sensor data change over time in different conditions triggered by the same output component. This can facilitate the early detection of component damage.

In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Komponente des Antriebssystems mindestens eine Komponente eines Getriebes.In another embodiment, the at least one component of the drive system is at least one component of a gearbox.

Da das Getriebe mechanisch stark durch den abtriebsseitigen Drehzahlgradienten belastet sein kann, kann die mindestens eine Komponente des Antriebssystems mindestens eine Komponente des Getriebes sein. Die Gesamtübersetzung über das Getriebe reduziert mittels der mindestens einen Komponente des Getriebes die hohe Drehzahl des Elektroantriebs zu einer geringeren, nutzbaren Drehzahl abtriebsseitig. Die mindestens eine Komponente kann insbesondere mindestens ein Zahnrad des Getriebes sein. Zahnräder sind beispielhafte Komponenten für das Bereitstellen des gewünschten Übersetzungsverhältnisses. Das mindestens eine Zahnrad des Getriebes kann insbesondere mindestens ein Zahnrad eines Reduzierungsgetriebes sein. Die mindestens eine Komponente des Antriebssystems kann mindestens eine Komponente des Reduzierungsgetriebes sein. Das Reduzierungsgetriebe ermöglicht die Bereitstellung der Drehzahlreduzierung des Elektroantriebs. Weitere Beispiele für die mindestens eine Komponente des Getriebes sind oben beschrieben. Die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse über die einzelnen Übersetzungsstufen, insbesondere der Zahnradstufen, sind bekannt. Gleiches gilt für komponentenspezifische Eigenschaften, wie Gewicht und Abmessungen. Insbesondere sind die Massen und die Abmessungen einer einzelnen, einer Vielzahl, oder aller Komponenten, insbesondere aller rotierenden Komponenten, des Getriebes, insbesondere des Reduzierungsgetriebes bekannt. Dies ermöglicht die Bestimmung einer, einer Vielzahl oder aller Massenträgheitsmomente der rotierenden Komponenten des Getriebes. Somit kann der mindestens eine Belastungswert mindestens einer, einer Vielzahl oder aller Komponenten des Getriebes bestimmt werden.Since the transmission can be subjected to significant mechanical stress due to the output-side speed gradient, at least one component of the drive system can be a component of the transmission. The overall gear ratio via the transmission is reduced by means of at least one A component of the gearbox reduces the high speed of the electric drive to a lower, usable speed on the output side. This component can, in particular, be at least one gear of the gearbox. Gears are exemplary components for providing the desired gear ratio. The at least one gear of the gearbox can, in particular, be at least one gear of a reduction gear. The at least one component of the drive system can be at least one component of the reduction gear. The reduction gear enables the speed reduction of the electric drive. Further examples of the at least one component of the gearbox are described above. The respective gear ratios across the individual gear stages, in particular the gear stages, are known. The same applies to component-specific properties, such as weight and dimensions. In particular, the masses and dimensions of a single, a plurality, or all components, in particular all rotating components, of the gearbox, especially the reduction gear, are known. This allows the determination of one, a plurality, or all moments of inertia of the rotating components of the gearbox. Thus, the at least one load value of at least one, a plurality, or all components of the gearbox can be determined.

In einer Ausführungsform ist die vom Antriebssystem angetriebene Abtriebskomponente ein Rad.In one embodiment, the driven output component is a wheel.

Das Rad kann über einen Reifen des Rads in Kontakt mit dem Untergrund sein und daher maßgeblich die Drehzahl abtriebsseitig beeinflussen. Gleichzeitig kann das Rad eine verhältnismäßig große Angriffsfläche für den Einfluss des Fahrwiderstands bereitstellen und direkt mit dem Bremssystem verbunden sein. Die abtriebsseitige Drehzahländerung des Rads kann aus veränderten Untergrundbedingungen, wie einem unebenen oder matschigen Untergrund, resultieren. Das Rad kann ein Bremssystem umfassen. Durch aktives Abbremsen oder Schleifen des Bremssystems kann die Drehzahl des Rads reduziert werden und folglich zur Ermittlung eines Änderungszustands führen.The wheel can be in contact with the ground via a tire and therefore significantly influence the output speed. Simultaneously, the wheel can present a relatively large surface area to the influence of rolling resistance and be directly connected to the braking system. Changes in the wheel's output speed can result from altered ground conditions, such as uneven or muddy surfaces. The wheel may incorporate a braking system. Active braking or slippage of the braking system can reduce the wheel's speed and consequently lead to the detection of a change in the wheel's rotational speed.

In einer Ausführungsform ist der Elektroantrieb ein Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrrads.In one embodiment, the electric drive is a drive for an electrically powered bicycle.

Das elektrisch angetriebene Fahrrad kann, wie oben beschrieben, jedes Fahrrad mit einem Elektroantrieb, der zum Antreiben des Fahrrads eingerichtet ist, sein. Dies kann insbesondere ein E-Bike oder ein Pedelec sein.As described above, an electrically powered bicycle can be any bicycle equipped with an electric drive system designed to propel it. This can specifically include e-bikes and pedelecs.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von mindestens einer Bauteilbelastung mindestens einer Komponente eines Antriebssystems eines Elektroantriebs.Another aspect concerns a method for determining at least one component load of at least one component of a drive system of an electric drive.

Die mindestens eine Bauteilbelastung kann ein Wert sein, der repräsentativ für die Belastung der mindestens einen Komponente bezüglich eines Änderungszustands ist. Die mindestens eine Bauteilbelastung kann angeben, wie stark die mindestens eine Komponente im Änderungszustand belastet ist.The minimum component load can be a value that is representative of the load on the minimum component with respect to a change state. The minimum component load can indicate the degree to which the minimum component is loaded in the change state.

Das Verfahren umfasst den Schritt: Ermitteln von mindestens einem Belastungswert unter Verwendung eines oben beschriebenen Verfahrens.The procedure includes the step: Determining at least one load value using a procedure described above.

Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Klassifizieren von dem mindestens einen Belastungswert der mindestens einen Komponente.The procedure includes the further step: classifying the at least one load value of the at least one component.

Wie oben beschrieben, beeinflusst die Art des Änderungszustands, sprich das Maß und die Zeitdauer des Anliegens des mindestens einen Drehmoments an der mindestens einen Komponente, den mindestens einen Belastungswert. Die Art des Änderungszustands kann folglich zu einer unterschiedlichen Klassifizierung führen, wobei die Klassifizierung in Abhängigkeit des mindestens einen Belastungswerts der mindestens einen Komponente erfolgt. Die Klassifizierung kann ein Wert sein, der die Ausprägung des Änderungszustands wiedergibt. Die Klassifizierung kann zusätzlich in Abhängigkeit der mindestens einen Komponente erfolgen. Beispielsweise kann bei einem identischen Belastungswert an unterschiedlichen Komponenten eine unterschiedliche Klassifizierung aufgrund der unterschiedlichen Komponenten erfolgen. Es kann bei einem identischen Belastungswert an unterschiedlichen Bauteilen eine identische Klassifizierung erfolgen. Beispielsweise können Kennwerte hinterlegt sein, um den mindestens einen Belastungswert zu klassifizieren. Es ist denkbar, dass die Kennwerte in einer Look-up-Table hinterlegt sind.As described above, the type of change state, i.e., the magnitude and duration of the application of at least one torque to at least one component, influences the at least one load value. The type of change state can therefore lead to different classifications, with the classification depending on the at least one load value of the at least one component. The classification can be a value that reflects the nature of the change state. The classification can also depend on the at least one component. For example, different components with the same load value may have different classifications due to the different components. Conversely, different components with the same load value may have the same classification. For example, characteristic values can be stored to classify the at least one load value. It is conceivable that these characteristic values are stored in a lookup table.

Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt: Ermitteln von der mindestens einen Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente, basierend auf der Klassifizierung des mindestens einen Belastungswerts der mindestens einen Komponente.The procedure includes the further step: determining the at least one component load, based on the classification of the at least one load value of the at least one component.

Neben der Klassifizierung des mindestens einen Belastungswerts können noch weitere Werte für die Ermittlung der mindestens einen Bauteilbelastung berücksichtigt werden. Das Ermitteln von der mindestens einen Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente kann lediglich auf der Klassifizierung des mindestens einen Belastungswerts basieren.In addition to classifying the at least one load value, further values can be considered for determining the at least one component load. Determining the at least one component load can be based solely on the classification of the at least one load value.

Um den Einfluss des Änderungszustands auf die Haltbarkeit der mindestens einen Komponente zu bestimmen, wird basierend auf der Klassifizierung des mindestens einen Belastungswerts der mindestens einen Komponente mindestens eine Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente ermittelt.In order to determine the influence of the change state on the durability of the at least one component, at least one component load is determined based on the classification of the at least one load value of the at least one component.

Das Verfahren dient der Klassifizierung der Änderungszustände und Bewertung des Änderungszustands in Bezug auf die mechanische Belastung der mindestens einen Komponente. Hierdurch wird eine Abschätzung der Haltbarkeit der mindestens einen Komponente ermöglicht.The method serves to classify the change states and evaluate the change state with regard to the mechanical stress on the at least one component. This enables an estimation of the durability of the at least one component.

Analog zu den Ausführungen des unabhängigen Verfahrensanspruchs, kann die Ermittlung von der mindestens einen Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente dynamisch erfolgen. Die Ermittlung von der mindestens einen Bauteilbelastung kann nicht in Echtzeit, sondern zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.Analogous to the descriptions in the independent method claim, the determination of the at least one component load can be performed dynamically. The determination of the at least one component load cannot be performed in real time, but rather at a later time.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt: Ermitteln von kumulierten Bauteilbelastungen der mindestens einen Komponente basierend auf der Klassifizierung des mindestens einen Belastungswerts und mindestens eines weiteren Belastungswerts der mindestens einen Komponente für einen anderen Änderungszustand.In one embodiment, the method additionally includes the step of determining cumulative component loads of the at least one component based on the classification of the at least one load value and at least one further load value of the at least one component for a different change state.

Jeder Änderungszustand hat einen Einfluss auf die mindestens eine Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente. Somit ist nicht nur die singuläre Klassifizierung eines einzelnen Änderungszustands und daraus resultierend die mindestens eine Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente von Interesse, sondern der Einfluss kumulierter Änderungszustände und somit kumulierter Bauteilbelastungen der mindestens einen Komponente. Hierzu können mindestens zwei Belastungswerte kumuliert werden, um eine kumulierte Klassifizierung und folglich eine kumulierte Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente im Änderungszustand zu ermitteln. Es können in einem Zwischenschritt die einzelnen Bauteilbelastungen für jeweils einen Änderungszustand der mindestens einen Komponente ermittelt und anschließend kumuliert werden, um die kumulierte Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente zu ermitteln. Hierbei kann insbesondere auch die Häufigkeit des Auftretens eines Änderungszustands berücksichtigt werden. Dies führt zu einer verbesserten Abschätzung der Haltbarkeit der mindestens einen Komponente. Ein singulärer Änderungszustand mit einem vergleichsweise großen Drehmoment an der mindestens einen Komponente des Antriebssystems, kann weniger oder mehr mechanische Belastung für mindestens diese Komponente des Antriebssystems bedeuten, als eine Vielzahl von Änderungszuständen mit einem vergleichsweise kleinen Drehmoment.Each change state influences the load on at least one component. Therefore, not only the singular classification of a single change state and the resulting load on that component are of interest, but also the influence of cumulative change states and thus cumulative loads on that component. At least two load values can be accumulated to determine a cumulative classification and consequently a cumulative load on the component under the change state. As an intermediate step, the individual loads for each change state of the component can be determined and then accumulated to calculate the cumulative load. The frequency of occurrence of a change state can also be taken into account. This leads to an improved estimate of the durability of the component. A single change state with a comparatively high torque on the component of the drive system can result in more or less mechanical stress on that component than a multitude of change states with a comparatively low torque.

Die ermittelten Werte zu einem Änderungszustand, sprich, insbesondere die Sensordaten, der mindestens eine Drehzahlgradient, das mindestens eine Drehmoment, der mindestens eine Belastungswert, die Klassifizierung und die mindestens eine Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente können nach der Ermittlung weiterverarbeitet werden. Das Weiterverarbeiten kann dabei insbesondere das Speichern der Werte auf einem Speichermedium umfassen. Das Speichermedium kann innerhalb des vom Elektroantrieb angetriebenen Fahrzeugs angeordnet sein. Die Weiterverarbeitung kann ein Speichern der Werte in eine Cloud oder auf einer anderen, außerhalb des vom Elektroantrieb angetriebenen Transportmittels befindlichen Speichereinheit, beispielsweise in einem physischen Datenzentrum, beispielsweise über eine drahtlose Verbindung, insbesondere eine Funkverbindung oder eine W-LAN-Verbindung, umfassen. Dies ermöglicht einen Zugriff auf die ermittelten Werte zu einem beliebigen Zeitpunkt und ist insbesondere für die kumulierte Betrachtung der Bauteilbelastungen denkbar. Das Speichern der Daten in einer Cloud oder einem anderen physischen Datenzentrum ermöglicht beispielsweise einen Vergleich von identischen und/oder unterschiedlichen Komponenten des Antriebssystems in unterschiedlichen Antriebssystemen. Hierdurch können systematische Änderungszustände und Auswirkungen sowie antriebssystemspezifische oder Komponenten des Abtriebsystems-spezifische Änderungszustände und Auswirkungen ermittelt werden. Die Weiterverarbeitung kann insbesondere auch ein Darstellen beziehungsweise ein Ausgeben der Werte umfassen. Dies ermöglicht das Überwachen der mindestens einen Bauteilbelastung, insbesondere durch eine Ausgabe auf einer Anzeigeeinheit.The determined values for a change state, specifically the sensor data, at least one speed gradient, at least one torque, at least one load value, the classification, and at least one component load, can be further processed after determination. This further processing can include, in particular, storing the values on a storage medium. The storage medium can be located within the electrically powered vehicle. Further processing can also include storing the values in a cloud or on another storage unit located outside the electrically powered vehicle, for example, in a physical data center, for instance, via a wireless connection, in particular a radio connection or a WLAN connection. This allows access to the determined values at any time and is particularly suitable for the cumulative analysis of component loads. Storing the data in a cloud or another physical data center enables, for example, a comparison of identical and/or different components of the drive system in different drive systems. This allows for the determination of systematic change states and effects, as well as drive system-specific or component-specific change states and effects. Further processing can also include, in particular, displaying or outputting the values. This enables the monitoring of at least one component load, especially through output on a display unit.

In einer Ausführungsform wird das Verfahren wiederholbar ausgeführt.In one embodiment, the process is carried out repeatedly.

Die Wiederholbarkeit der Ausführung ist für eine ganzzeitliche Erfassung und Ermittlung der Änderungszustände und deren Auswirkungen, insbesondere der mindestens einen Belastung und der mindestens einen Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente, relevant. Dies ermöglicht vor allem eine dynamische, sprich fortlaufend und in Echtzeit ablaufende Ermittlung der mindestens einen Belastung und der mindestens einen kumulierten Bauteilbelastung der mindestens einen Komponente.The repeatability of the execution is relevant for the continuous recording and determination of the change states and their effects, in particular the at least one load and the at least one component load of the at least one component. This enables, above all, a dynamic, i.e., continuous and real-time, determination of the at least one load and the at least one cumulative component load of the at least one component.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Steuergerät, dazu eingerichtet, ein Verfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.Another aspect concerns a control unit configured to execute a procedure according to the embodiments described above.

Vorteile und Merkmale, die bezüglich des Verfahrens beschrieben werden, gelten auch für das Steuergerät und umgekehrt. Diese werden entsprechend nur einmalig beschrieben.Advantages and features described regarding the process also apply to the control unit and vice versa. These are therefore only described once.

Entsprechendes gilt auch für ein elektrisch angetriebenes Transportmittel, umfassend ein Antriebssystem, umfassend einen Elektromotor, eine Batterie, und einen Antriebsstrang, mindestens eine Abtriebskomponente, mindestens einen Sensor, und ein oben beschriebenes Steuergerät, wobei das Antriebssystem dazu eingerichtet ist die mindestens eine Abtriebskomponente mittels des Elektromotors über den Antriebsstrang anzutreiben, wobei der mindestens eine Sensor eine Drehzahl erfasst, und das Steuergerät kommunikativ mit dem mindestens einen Sensor und dem Antriebssystem verbunden ist.The same applies to an electrically powered means of transport comprising a drive system comprising an electric motor, a battery, and a drive train, at least one output component, at least one sensor, and a control unit as described above, wherein the drive system is configured to drive the at least one output component via the drive train by means of the electric motor, wherein the at least one sensor detects a rotational speed, and the control unit is communicatively connected to the at least one sensor and the drive system.

Ein Elektromotor kann eine Vorrichtung sein, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Dies erfolgt durch die Interaktion von magnetischen Feldern, die durch den Stromfluss in Spulen von elektrisch leitenden Drähten erzeugt werden. In einem Elektromotor gibt es typischerweise eine feste magnetische Komponente und eine bewegliche Komponente. Die feste magnetische Komponente kann ein Stator sein. Die bewegliche Komponente kann ein Rotor sein. Die bewegliche Komponente wird durch das magnetische Feld der festen magnetischen Komponente beeinflusst und dreht sich, wodurch mechanische Arbeit erzeugt wird. Elektromotoren haben eine hohe Effizienz, Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit. Beispielsweise kann ein Elektromotor ein Asynchronmotor, Synchronmotor, Gleichstrommotor, Induktionsmotor oder Getriebemotor sein.An electric motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy. This occurs through the interaction of magnetic fields generated by the flow of current in coils of electrically conductive wires. An electric motor typically consists of a fixed magnetic component and a moving component. The fixed magnetic component can be a stator, and the moving component can be a rotor. The moving component is influenced by the magnetic field of the fixed magnetic component and rotates, thereby generating mechanical work. Electric motors are highly efficient, powerful, and versatile. For example, an electric motor can be an asynchronous motor, a synchronous motor, a DC motor, an induction motor, or a geared motor.

Der Sensor kann eine Ermittlung der Drehzahl ermöglichen. Hierzu ist eine direkte Ermittlung oder eine indirekte Ermittlung denkbar. Die direkte Ermittlung ermöglicht einen direkten Rückschluss auf die Drehzahl. Die indirekte Ermittlung bedarf weitere Umrechnungsschritte, um eine Drehzahl zu erhalten. Die direkte Ermittlung kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors erfolgen. Die indirekte Ermittlung ist beispielsweise mittels eines Hall-Effekt-Sensors, Ultraschallsensors, Beschleunigungssensors, Radgeschwindigkeitssensors, induktiven Sensors, optischen Sensors und/oder Encoders denkbar. Es sind auch mehrere Sensoren zur direkten oder indirekten Ermittlung der Drehzahl des Elektromotors denkbar. Es können auch mehrere bauartidentische Sensoren verwendet werden.

1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Transportmittel und
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens.

The sensor can enable the determination of the rotational speed. This can be achieved either directly or indirectly. Direct determination allows for a direct inference of the rotational speed. Indirect determination requires further conversion steps to obtain the rotational speed. Direct determination can be performed, for example, using a rotational speed sensor. Indirect determination is possible, for example, using a Hall effect sensor, ultrasonic sensor, accelerometer, wheel speed sensor, inductive sensor, optical sensor, and/or encoder. Multiple sensors can also be used for the direct or indirect determination of the electric motor's rotational speed. Multiple identical sensors can also be used.

1 shows an electrically powered means of transport and
2 shows a flowchart of a process.

1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Transportmittel 6. Das Transportmittel ist ein Pedelec 6, umfassend ein Antriebssystem 1, umfassend einen Elektromotor 7, eine Batterie 8, und einen Antriebsstrang 9, eine Abtriebskomponente 2 in Form eines Rads 2, umfassend ein nicht gezeigtes Bremssystem, zwei Sensoren 10, und ein Steuergerät 5. Das Antriebssystem 1 kann das Rad 2 mittels des Elektromotors 7 über den Antriebsstrang 9 antreiben. Der Antriebsstrang 9 umfasst ein Reduzierungsgetriebe 3. Der erste Sensor 10 erfasst eine Drehzahl antriebsseitig und der zweite Sensor 11 erfasst eine Drehzahl abtriebsseitig. Das Steuergerät 5 ist kommunikativ mit den beiden Sensoren 10,11 und dem Antriebssystem 1 verbunden. Das Reduzierungsgetriebe 5 umfasst eine Übersetzungsstufe, wobei die Übersetzung durch einen Zahnradeingriff von zwei Zahnrädern 4 erfolgt. 1 Figure 1 shows an electrically powered means of transport 6. The means of transport is a pedelec 6, comprising a drive system 1, including an electric motor 7, a battery 8, and a drive train 9, a driven component 2 in the form of a wheel 2, comprising a braking system (not shown), two sensors 10, and a control unit 5. The drive system 1 can drive the wheel 2 by means of the electric motor 7 via the drive train 9. The drive train 9 includes a reduction gear 3. The first sensor 10 detects a rotational speed on the drive side, and the second sensor 11 detects a rotational speed on the driven side. The control unit 5 is communicatively connected to the two sensors 10 and 11 and the drive system 1. The reduction gear 5 includes a gear reduction stage, the gear reduction being achieved by the meshing of two gears 4.

Das elektrisch angetriebene Transportmittel 6 bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit. Der Elektromotor 7 treibt den Antriebsstrang 9 mit einer konstanten Drehzahl an. Der Elektromotor 7 weist eine hohe, aber konstante Drehzahl auf. Das Reduzierungsgetriebe 3 reduziert über die Übersetzungsstufe mittels der Zahnräder 4 die Drehzahl auf eine für das Antreiben des Rads 3 nutzbare, konstante Drehzahl. Durch den Elektromotor 7 werden ein Rotor des Elektromotors 7, Wellen 12, die Zahnräder 4 innerhalb des Reduzierungsgetriebes 3 und das Rad 2 in Rotation versetzt. Obgleich es unterschiedliche Drehzahlen innerhalb des Antriebssystems 1 gibt, sind die jeweiligen Drehzahlen konstant. Sprich der Drehzahlgradient entspricht dem Wert Null.The electrically powered transport vehicle 6 moves at a constant speed. The electric motor 7 drives the drive train 9 at a constant speed. The electric motor 7 has a high, but constant, speed. The reduction gear 3 reduces the speed via the gear stage and the gears 4 to a constant speed usable for driving the wheel 3. The electric motor 7 sets a rotor of the electric motor 7, shafts 12, the gears 4 within the reduction gear 3, and the wheel 2 into rotation. Although there are different speeds within the drive system 1, the respective speeds are constant. That is, the speed gradient corresponds to the value zero.

2 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Wird ein Abbremsen mittels des Bremssystems, durch Kontaktieren von Bremsbacken an einer Bremsscheibe, durchgeführt, wird die Drehzahl des Rads 2 reduziert. Der zweite Sensor 11 erfasst die Drehzahl des Rads 3 als digitales Signal und stellt diese dem Steuergerät 5 in Form von Sensordaten bereit. In einem Schritt S1 erhält das Steuergerät 5 die vom Sensor 11 erfassten Daten und ermittelt, in einem Schritt S2, basierend auf diesen Daten einen Drehzahlgradient des Rads 2. Der Drehzahlgradient ist die zeitliche Änderung der Drehzahl. 2 Figure 1 shows a flowchart of an example procedure. When braking is performed using the braking system by contacting brake pads against a brake disc, the rotational speed of wheel 2 is reduced. The second sensor 11 detects the rotational speed of wheel 3 as a digital signal and provides this to the control unit 5 in the form of sensor data. In step S1, the control unit 5 receives the data detected by sensor 11 and, in step S2, determines a rotational speed gradient of wheel 2 based on this data. The rotational speed gradient is the change in rotational speed over time.

In einem Schritt S3 ermittelt das Steuergerät 5 einen Änderungszustand von dem vom Antriebssystem 1 angetriebenen Rad 2, basierend auf dem Drehzahlgradienten. Da ein Abbremsvorgang vorliegt und sich die Drehzahl reduziert, wird ein negativer Drehzahlgradient des Rads 2 ermittelt. Hieraus wird das Vorliegen eines Änderungszustands ermittelt.In step S3, the control unit 5 determines a change state of wheel 2, driven by drive system 1, based on the speed gradient. Since a braking process is taking place and the speed is decreasing, a negative speed gradient of wheel 2 is determined. From this, the presence of a change state is determined.

Wie oben beschrieben, umfasst das Antriebssystem 1 eine Reihe von rotierenden Komponenten. Durch die Reduzierung der Drehzahl des Rads 2 kommt es im Zahnradeingriff der Zahnräder 4 innerhalb des Reduzierungsgetriebes 3, den Wellen 12 und dem Rotor zu mechanischen Belastungen, da diese Bauteile durch die Rotation jeweils ein Massenträgheitsmoment aufweisen. Die Massenträgheitsmomente der einzelnen Komponenten des Antriebssystems 1 sind bekannt, da die Masse und Abmessung der einzelnen Komponenten bekannt sind.As described above, the drive system 1 comprises a number of rotating components. Reducing the rotational speed of the wheel 2 results in mechanical loads in the gear mesh of the gears 4 within the reduction gear 3, the shafts 12, and the rotor, since these components each exhibit a moment of inertia due to their rotation. The moments of inertia of the individual components of the drive system 1 are known, as the mass and dimensions of each component are known.

Die Reduzierung der Drehzahl am Rad 3 propagiert durch das Antriebssystem 1 und hat zur Folge, dass der antriebsseitige Sensor 10 ebenfalls eine Drehzahlreduzierung erfasst und das Steuergerät 5 die antriebsseitige Drehzahl als Sensordaten in dem Schritt S1 erhält. Dieser weitere Drehzahlgradient führt zu einer Redundanz des Systems. Weiterhin kann hierdurch festgestellt werden, ob das Maß des Propagierens der Drehzahlreduzierung am Rad 2 über die Zeit konstant bleibt oder sich verändert. Eine zeitliche Veränderung kann auf eventuelle Bauteilbelastungen oder Schäden hindeuten und somit eine frühzeitige Indikation sein, um Maßnahmen zu treffen.The reduction in rotational speed at wheel 3 propagates through the drive system 1, resulting in the drive-side sensor 10 also detecting a reduction in rotational speed. The control unit 5 then receives the drive-side rotational speed as sensor data in step S1. This additional rotational speed gradient creates redundancy in the system. Furthermore, this allows us to determine whether the degree of propagation of the rotational speed reduction at wheel 2 remains constant over time or changes. A change over time can indicate potential component stress or damage and thus provide an early indication for taking corrective action.

Weitere Erläuterungen beziehen sich auf den abtriebsseitig ermittelten Drehzahlgradienten, können aber analog auf den antriebsseitig ermittelten Drehzahlgradienten übertragen werden.Further explanations refer to the speed gradient determined on the output side, but can be applied analogously to the speed gradient determined on the input side.

Im Änderungszustands wird für die Komponenten des Antriebssystems 1, in einem Schritt S4, jeweils das Drehmoment, basierend auf dem Drehzahlgradienten und dem Massenträgheitsmoment der jeweiligen Komponente ermittelt. Das Massenträgheitsmomente der jeweiligen Komponente ist bekannt.During the change state, the torque for each component of drive system 1 is determined in step S4, based on the speed gradient and the moment of inertia of the respective component. The moment of inertia of each component is known.

In einem Schritt S5 ermittelt das Steuergerät 5, basierend auf den Drehmomenten an den Komponenten des Antriebssystems 1, einen Belastungswert für jede Komponente des Antriebssystems. Hierzu werden, basierend auf dem bekannten Übersetzungsverhältnis und dem abtriebsseitigen Drehzahlgradienten, für jede Komponente des Antriebssystems die Drehzahl, der Drehzahlgradient und somit das Drehmoment bestimmt. Unter Berücksichtigung der Masse und der Abmessung jeder Komponente kann das jeweilige Massenträgheitsmoment der Komponente und folglich der Belastungswert für jede Komponente des Antriebssystem ermittelt werden.In step S5, the control unit 5 determines a load value for each component of the drive system 1 based on the torques at the components. For this purpose, the rotational speed, the speed gradient, and thus the torque are determined for each component of the drive system based on the known gear ratio and the output-side speed gradient. Taking into account the mass and dimensions of each component, the respective moment of inertia of the component, and consequently the load value for each component of the drive system, can be determined.

Der Änderungszustand hält so lange an, wie die Abbremsung anhält. Sprich, mit dem Lösen der Bremsbacken von der Bremsscheibe liegt kein Änderungszustand mehr vor.The state of change persists as long as the braking continues. In other words, once the brake pads release from the brake disc, the state of change ceases.

In einem Schritt S6, ermittelt das Steuergerät 5, im Anschluss an die Ermittlung der Belastungswerte der Komponenten des Antriebssystems 1, die Klassifizierungen der Belastungswerte und anschließend, in einem Schritt S7, für jede Komponente eine Bauteilbelastung, basierend zumindest auf der Klassifizierung der Belastungswerte der Komponenten des Antriebssystems 1.In step S6, the control unit 5 determines, following the determination of the load values of the components of the drive system 1, the classifications of the load values and subsequently, in step S7, a component load for each component, based at least on the classification of the load values of the components of the drive system 1.

Wenn ein weiteres Abbremsen von dem abtriebsseitigen Drehzahlsensor 11 erfasst wird, tritt ein weiterer Änderungszustand auf und das Steuergerät 5 führt die Schritte S1 bis S7 erneut durch. Hierdurch können verschiedene Belastungswerte der Komponenten zu verschiedenen Änderungszuständen erfasst werden. Dies ermöglicht, in einem Schritt S8, die Ermittlung einer kumulierten Bauteilbelastung für die Komponenten, basierend auf den Klassifizierungen der Belastungswerte zu verschiedenen Änderungszuständen. Die Schritte S1 bis S8 werden ebenfalls wiederholt durchgeführt, um die Bauteilbelastung zu weiteren Änderungszuständen zu erfassen und zu kumulieren.If further deceleration is detected by the output-side speed sensor 11, another change state occurs, and the control unit 5 repeats steps S1 to S7. This allows different load values of the components to be recorded for different change states. In step S8, this enables the determination of a cumulative component load based on the classifications of the load values for different change states. Steps S1 to S8 are also repeated to record and accumulate the component load for further change states.

Dieser Ablauf erfolgt fortlaufend und in Echtzeit, sodass die Bauteilbelastung mit jedem weiteren Änderungszustand der bereits ermittelten Bauteilbelastung kumuliert wird, sodass eine Echtzeitüberwachung der Bauteilbelastung jeder Komponente des Antriebssystems möglich ist.This process occurs continuously and in real time, so that the component load is accumulated with each further change state of the already determined component load, making real-time monitoring of the component load of each component of the drive system possible.

BezugszeichenReference sign

11: Antriebssystemdrive system
22: Abtriebskomponente; RadOutput component; wheel
33: Getriebe, ReduzierungsgetriebeGearbox, reduction gearbox
44: Zahnradgear
55: Steuergerätcontrol unit
66: Transportmittel, E-BikeMeans of transport, e-bike
77: Elektromotorelectric motor
88: Batteriebattery
99: AntriebsstrangPowertrain
1010: Sensor antriebsseitigSensor on the drive side
1111: Sensor abtriebsseitigOutput side sensor
1212: WelleWave
S1S1: Erhalten von SensordatenReceiving sensor data
S2S2: Ermitteln von mindestens einem DrehzahlgradientenDetermining at least one speed gradient
S3S3: Ermitteln von einem ÄnderungszustandDetermining a state of change
S4S4: Ermitteln von mindestens einem DrehmomentDetermining at least one torque
S5S5: Ermitteln von mindestens einem BelastungswertDetermining at least one stress value
S6S6: Klassifizieren von dem mindestens einen BelastungswertClassifying the at least one load value
S7S7: Ermitteln von mindestens einer BauteilbelastungDetermining at least one component load
S8S8: Ermitteln von einer kumulierten BauteilbelastungDetermining a cumulative component load

Claims

A method for determining at least one load value of at least one component of a drive system (1) of an electric drive, comprising the steps of: obtaining sensor data (S1), wherein the sensor data indicate a rotational speed; determining at least one rotational speed gradient (S2) based on the sensor data; determining a change state (S3) of an output component (2) driven by the drive system (1), based on the at least one rotational speed gradient; determining, in the change state, at least one torque (S4) on at least one component of the drive system (1), based on the at least one rotational speed gradient and at least one moment of inertia; and determining at least one load value (S5) of the at least one component of the drive system (1) for the change state, based on the at least one torque.

Procedure according to Claim 1 , wherein the sensor data includes the rotational speed of the output component (3) driven by the drive system (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one component of the drive system (1) is at least one component of a transmission (3).

Method according to one of the preceding claims, wherein the driven output component (2) driven by the drive system is a wheel (2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the electric drive is a drive of an electrically powered bicycle (6).

A method for determining at least one component load of at least one component of a drive system (1) of an electric drive, comprising the steps of: Determining at least one load value (S5) using a method according to any of the preceding claims; Classifying (S6) the at least one load value of the at least one component; and Determining the at least one component load (S7) of the at least one component, based on the classification of the at least one load value of the at least one component.

Procedure according to Claim 6 , wherein the procedure additionally includes the step: Determining cumulative component loads (S8) of the at least one component based on the classification of the at least one load value and at least one further load value of the at least one component for a different change state.

A method according to one of the preceding claims, wherein the method is carried out repeatably.

Control unit (5) configured to perform a method according to one of the preceding claims.

Electrically powered means of transport (6) comprising a drive system (1) comprising an electric motor (7), a battery (8), and a drive train (9), at least one output component (2), at least one sensor (10, 11), and a control unit (5) according to Claim 9 , wherein the drive system (1) is configured to drive the at least one output component (2) by means of the electric motor (7) via the drive train (9), wherein the at least one sensor (10,11) detects a rotational speed, and the control unit (5) is communicatively connected to the at least one sensor (10,11) and the drive system (1).