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 M2 ¹ . 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.