DE102019218080A1

DE102019218080A1 - Fault detection system

Info

Publication number: DE102019218080A1
Application number: DE102019218080.9A
Authority: DE
Inventors: Viktor Rakoczi; Michael KECKEISEN; Jonas Gomes Filho
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Ein Fehlerdetektionssystem zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors (1) ist geeignet, den Fehler mittels Spektralanalyse zu detektieren.A fault detection system for detecting a fault in the operation of an engine (1) is suitable for detecting the fault by means of spectral analysis.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Fehlerdetektionssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Motorsystem, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium nach den nebengeordneten Ansprüchen.The invention relates to a fault detection system according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an engine system, a vehicle, a method, a computer program and a computer-readable medium according to the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In modernen Fahrzeugen wird die elektronische Infrastruktur immer wichtiger, beispielsweise weil sie wichtige Funktionen beim autonomen Fahren übernimmt. Viele Komponenten dieser sicherheitsrelevanten Elektronik-Infrastruktur von Fahrzeugen erwärmen sich beim Betrieb mehr oder weniger stark und müssen gekühlt werden, um den zuverlässigen Betrieb sicherzustellen. Hierzu werden unter anderem Lüfter eingesetzt, welche von Elektromotoren betrieben werden. Fehler beim Betrieb solcher Elektromotoren, also beispielsweise Defekte an den Motoren selbst, beispielsweise an den Statoren oder Rotoren der Motoren, oder auch Defekte in der Steuerungselektronik der Motoren oder in Wicklungen können dazu führen, dass die Motoren ausfallen. Dadurch wird dann auch ein Ausfall des Lüftungssystems hervorgerufen, wodurch sich die betreffenden zu kühlenden elektronischen Komponenten stark erhitzen und im schlimmsten Fall ausfallen können oder zerstört werden können. Es besteht ein dringender Bedarf daran, solche sicherheitsrelevanten Lüftungssysteme und insbesondere deren Elektromotoren zuverlässiger zu machen.In modern vehicles, the electronic infrastructure is becoming more and more important, for example because it takes on important functions in autonomous driving. Many components of this safety-relevant electronic infrastructure of vehicles heat up to a greater or lesser extent during operation and have to be cooled in order to ensure reliable operation. For this purpose, fans are used, among other things, which are operated by electric motors. Errors in the operation of such electric motors, for example defects in the motors themselves, for example in the stators or rotors of the motors, or defects in the control electronics of the motors or in the windings, can lead to the motors failing. This then also causes a failure of the ventilation system, as a result of which the relevant electronic components to be cooled become very hot and in the worst case can fail or be destroyed. There is an urgent need to make such safety-relevant ventilation systems and in particular their electric motors more reliable.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest zu vermindern.The object of the invention is to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fehlerdetektionssystem zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors, wobei das Fehlerdetektionssystem geeignet ist, den Fehler mittels Spektralanalyse zu detektieren. Der Motor ist typischerweise ein Elektromotor. Bei dem Fehler kann es sich beispielsweise um einen Defekt am Rotor des Motors, am Stator des Motors oder an einer Wicklung des Motors handeln. Ferner kann es sich bei dem Fehler um eine Störung in der Beschaltung des Motors oder um eine Störung in einer Motorsteuerung handeln. Ferner kann es sich bei dem Fehler um eine Störung in allen möglichen elektronischen Komponenten handeln, welche am Betrieb des Motors beteiligt sind. Bei dem Fehler kann es sich sowohl um einen einzigen speziellen Fehler als auch um Fehler unterschiedlicher Art handeln. Mit anderen Worten ist das Fehlerdetektionssystem typischerweise geeignet, unterschiedliche Arten von Fehlern zu detektieren. Dabei ist es prinzipiell möglich, dass die Fehler zuvor bekannt sind, es ist aber auch möglich, dass die Fehler zuvor nicht bekannt sind.The object is achieved by a fault detection system for detecting a fault in the operation of an engine, the fault detection system being suitable for detecting the fault by means of spectral analysis. The motor is typically an electric motor. The fault can be, for example, a defect on the rotor of the motor, on the stator of the motor or on a winding of the motor. Furthermore, the error can be a fault in the wiring of the motor or a fault in a motor controller. Furthermore, the fault can be a malfunction in all possible electronic components that are involved in the operation of the engine. The error can be either a single specific error or errors of various types. In other words, the fault detection system is typically suitable for detecting different types of faults. In principle, it is possible that the errors are known beforehand, but it is also possible that the errors are not known beforehand.

Durch die Erfindung wird es möglich, Fehler beim Betrieb eines Motors frühzeitig und sicher zu detektieren und somit frühzeitig auf Schäden an einem systemrelevanten Motor zu schließen, insbesondere bevor der Motor ausfällt. Auf diese Weise ist es möglich, auf den Fehler zu reagieren beziehungsweise den Motor frühzeitig zu reparieren oder auszutauschen, wodurch indirekt dann auch die Systemsicherheit von Lüftungssystemen für elektronische Fahrzeugkomponenten verbessert wird.The invention makes it possible to detect errors in the operation of an engine early and reliably and thus to infer early on damage to a system-relevant engine, in particular before the engine fails. In this way, it is possible to react to the error or to repair or replace the engine at an early stage, which then indirectly also improves the system safety of ventilation systems for electronic vehicle components.

Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Fehlerdetektionssystem ein Sensorsystem und eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit kann dabei typischerweise auch als Prüfeinheit bezeichnet werden. Unter einem Sensorsystem ist dabei ein technisches System zu verstehen, welches mindestens einen Sensor, typischerweise eine Mehrzahl an Sensoren, umfasst. Unter einer Auswerteeinheit ist dabei typischerweise eine digitale Recheneinheit zu verstehen, welche in der Lage ist, bestimmte Signale auszuwerten und basierend auf der Auswertung typischerweise auch bestimmte Befehle auszugeben. Bei typischen Ausführungsformen zeichnet das Sensorsystem einen Signalverlauf beim Betrieb des Motors auf, beispielsweise ein Motorgeräusch oder eine Motorvibration. Anschließend wird typischerweise eine Transformation in den Frequenzbereich vorgenommen, entweder durch das Sensorsystem selbst, durch die Auswerteeinheit oder durch eine zwischengeschaltete Komponente. Die Auswerteeinheit nimmt dann typischerweise eine Spektralanalyse der Frequenzdaten vor.In typical embodiments, the fault detection system comprises a sensor system and an evaluation unit. The evaluation unit can typically also be referred to as a test unit. A sensor system is to be understood as a technical system which comprises at least one sensor, typically a plurality of sensors. An evaluation unit is typically to be understood as a digital processing unit which is able to evaluate certain signals and, based on the evaluation, typically also to output certain commands. In typical embodiments, the sensor system records a signal profile when the engine is operating, for example engine noise or engine vibration. A transformation into the frequency range is then typically carried out, either by the sensor system itself, by the evaluation unit or by an intermediate component. The evaluation unit then typically performs a spectral analysis of the frequency data.

Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Sensorsystem zumindest ein Mikrofon, bevorzugt zumindest ein MEMS-Mikrofon, und/oder zumindest einen Oszillator, bevorzugt zumindest einen MEMS-Oszillator, als Sensor(en). Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Sensorsystem eine Mehrzahl an MEMS-Mikrofonen und/oder eine Mehrzahl an MEMS-Oszillatoren. Prinzipiell ist unter dem Begriff „Sensor“ jedoch jeder Sensor zu verstehen, der geeignet ist im Fehlerdetektionssystem mitzuwirken. Ein MEMS-Mikrofon ist dabei typischerweise geeignet ein Schall-Spektrum des Motors im Betrieb zu messen. Ein MEMS-Oszillator ist dabei typischerweise derart ausgebildet, dass ein Resonator des MEMS-Oszillators niederfrequent angeregt werden kann. Beim Betrieb des Motors wird dann aufgrund einer Schwingungsüberlagerung eine Frequenzverschiebung relativ zu der Grundfrequenz des MEMS-Oszillators stattfinden. Das resultierende Signal wird dann typischerweise von der Auswerteeinheit ausgewertet. Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit geeignet, bei der Spektralanalyse zumindest ein Artefakt in Frequenzdaten, welche typischerweise vom Sensorsystem bereitgestellt werden, zu detektieren. Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit geeignet, eine Detektion eines Artefakts im Frequenzbereich auszuführen. Unter einem „Artefakt“ ist dabei typischerweise ein bestimmtes Muster beziehungsweise ein bestimmter Teil in einem Frequenzverlauf zu verstehen. Bei typischen Ausführungsformen wird die Spektralanalyse zum Beispiel mittels FFT-Analyse (Fast-Fourier-Transformation-Analyse) ausgeführt.In typical embodiments, the sensor system comprises at least one microphone, preferably at least one MEMS microphone, and / or at least one oscillator, preferably at least one MEMS oscillator, as sensor (s). In typical embodiments, the sensor system comprises a plurality of MEMS microphones and / or a plurality of MEMS oscillators. In principle, however, the term “sensor” is to be understood as any sensor that is suitable to participate in the fault detection system. A MEMS microphone is typically suitable for measuring a sound spectrum of the motor during operation. A MEMS oscillator is typically designed in such a way that a resonator of the MEMS oscillator can be excited at a low frequency. During operation of the motor, a frequency shift will then take place relative to the fundamental frequency of the MEMS oscillator due to a superposition of vibrations. The resulting signal is then typically generated by the evaluation unit evaluated. In typical embodiments, the evaluation unit is suitable for detecting at least one artifact in frequency data, which are typically provided by the sensor system, during the spectral analysis. In typical embodiments, the evaluation unit is suitable for performing a detection of an artifact in the frequency range. An “artifact” is typically understood to mean a specific pattern or a specific part in a frequency curve. In typical embodiments, the spectrum analysis is carried out by means of FFT analysis (Fast Fourier Transform Analysis), for example.

Die Verwendung von MEMS-Mikrofonen und/oder MEMS-Oszillatoren hat den Vorteil, dass so besonders kleine Dimensionen erreicht werden können, weil diese Bauteile ausgesprochen klein sind, und dass die Kosten des Fehlerdetektionssystems so minimiert werden, weil MEMS-Mikrofone und MEMS-Oszillatoren typischerweise sehr günstig zu haben sind. Unter einem MEMS-Mikrofon ist bei typischen Ausführungsformen ein in Mikrosystemtechnik ausgeführtes Mikrofon, typischerweise ein Kondensatormikrofon, zu verstehen, bei welchem die die elektrische Kapazität ändernde Mikromembran direkt auf einen Silizium-Wafer geätzt wurde. Unter einem MEMS-Oszillator ist bei typischen Ausführungsformen ein in Mikrosystemtechnik ausgeführter Oszillator zu verstehen, insbesondere eine elektronische Oszillatorschaltung, die als wesentliches frequenzbestimmendes Element einen Resonator aus Polysilizium enthält. Der Begriff „MEMS“ steht für die englische Bezeichnung „Micro Electro-Mechanical System“. Bei typischen Ausführungsformen haben das MEMS-Mikrofon und/oder der MEMS-Oszillator Abmessungen von maximal 1 cm x 1 cm, bevorzugt maximal 7 mm x 7 mm, mit Vorteil maximal 5 mm x 5 mm, typischerweise maximal 2 mm x 2 mm oder 1 mm x 1 mm oder weniger.The use of MEMS microphones and / or MEMS oscillators has the advantage that particularly small dimensions can be achieved because these components are extremely small, and that the costs of the error detection system are minimized because MEMS microphones and MEMS oscillators are typically very cheap. In typical embodiments, a MEMS microphone is to be understood as a microphone implemented using microsystem technology, typically a condenser microphone, in which the micro-membrane changing the electrical capacitance was etched directly onto a silicon wafer. In typical embodiments, a MEMS oscillator is to be understood as an oscillator implemented using microsystem technology, in particular an electronic oscillator circuit which contains a resonator made of polysilicon as an essential frequency-determining element. The term “MEMS” stands for the English term “Micro Electro-Mechanical System”. In typical embodiments, the MEMS microphone and / or the MEMS oscillator have dimensions of a maximum of 1 cm × 1 cm, preferably a maximum of 7 mm × 7 mm, advantageously a maximum of 5 mm × 5 mm, typically a maximum of 2 mm × 2 mm or 1 mm x 1 mm or less.

Die Detektion eines Artefakts in Frequenzdaten ist deshalb vorteilhaft, weil aus dem Vorliegen bestimmter Artefakte oder ganz allgemein aus dem Vorliegen von Artefakten oder Störungen in bestimmten Normal-Frequenzdaten auf das Vorliegen eines Fehlers beim Betrieb des Motors geschlossen werden kann.The detection of an artifact in frequency data is advantageous because from the presence of certain artifacts or, more generally, from the presence of artifacts or disturbances in certain normal frequency data, conclusions can be drawn about the presence of an error in the operation of the motor.

Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit geeignet, basierend auf dem/den Artefakt(en) auf einen oder mehrere Fehler zu schließen. Es ist beispielsweise möglich, dass die Auswerteeinheit geeignet ist, bei einem bestimmten Artefakt auf einen ganz bestimmten Fehler zu schließen. Ferner ist es auch möglich, dass die Auswerteeinheit geeignet ist, ganz allgemein ein Artefakt in Frequenzdaten zu detektieren, wobei dann ganz allgemein geschlossen wird, dass ein Fehler vorliegen muss. Mit anderen Worten wird in einem solchen Fall eine Abweichung von aktuellen Frequenzdaten von Normal-Frequenzdaten festgestellt, und basierend auf einer solchen Feststellung wird dann ganz allgemein auf das Vorliegen eines Fehlers beim Betrieb des Motors geschlossen. Bei typischen Ausführungsformen ist der Fehler beispielsweise eine Beschädigung eines Rotors oder eines Stators, eine Beschädigung in einer Spule, eine Beschädigung in einer Wicklung, eine Beschädigung in einer Motorsteuerung oder einer Elektronikkomponente oder eine sonst wie geartete Beschädigung oder Fehlfunktion.In typical embodiments, the evaluation unit is suitable for inferring one or more errors based on the artifact (s). It is possible, for example, for the evaluation unit to be suitable for inferring a very specific error in the case of a specific artifact. Furthermore, it is also possible that the evaluation unit is suitable for generally detecting an artifact in frequency data, in which case it is then generally concluded that there must be an error. In other words, in such a case a discrepancy between current frequency data and normal frequency data is determined, and based on such a determination it is then generally concluded that an error has occurred in the operation of the motor. In typical embodiments, the fault is, for example, damage to a rotor or a stator, damage to a coil, damage to a winding, damage to a motor controller or an electronic component or some other type of damage or malfunction.

Bei typischen Ausführungsformen ist/sind das Sensorsystem, insbesondere das/die MEMS-Mikrofon(e) und/oder der/die MEMS-Oszillator(en) an zumindest einer Statorspule angeordnet. Durch eine Anordnung der Sensoren an einer Statorspule beziehungsweise an Statorspulen wird es besonders gut möglich, das Vibrationsverhalten des Motors aufzunehmen. Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Statorspule das Sensorsystem zumindest teilweise und/oder jede Statorspule umfasst einen Teil des Sensorsystems. Bei typischen Ausführungsformen sind die Sensoren, insbesondere die MEMS-Mikrofone und/oder die MEMS-Oszillatoren in unmittelbarer Nähe der Statorspulen angeordnet.In typical embodiments, the sensor system, in particular the MEMS microphone (s) and / or the MEMS oscillator (s) is / are arranged on at least one stator coil. By arranging the sensors on a stator coil or on stator coils, it is particularly possible to record the vibration behavior of the motor. In typical embodiments, the stator coil comprises the sensor system at least partially and / or each stator coil comprises a part of the sensor system. In typical embodiments, the sensors, in particular the MEMS microphones and / or the MEMS oscillators, are arranged in the immediate vicinity of the stator coils.

Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Sensorsystem zumindest zwei Sensoren. Die Verwendung eines zweiten Sensors hat den Vorteil, dass es so besonders gut möglich wird, einen Fehler zu lokalisieren, denn so sind unterschiedliche Ausprägungen einer Vibration, zum Beispiel hinsichtlich Amplitude und Frequenz, erfassbar. Prinzipiell ist jedoch auch die Verwendung eines einzelnen Sensors und auch die Verwendung von mehr als zwei Sensoren möglich.In typical embodiments, the sensor system comprises at least two sensors. The use of a second sensor has the advantage that it is particularly easy to localize a fault, because different forms of vibration, for example with regard to amplitude and frequency, can be detected in this way. In principle, however, it is also possible to use a single sensor and also to use more than two sensors.

Bei typischen Ausführungsformen ist das Fehlerdetektionssystem geeignet, basierend auf der Detektion des Fehlers eine Konfiguration eines Logikbausteins und/oder eines Drehzahlreglers vorzunehmen, bevorzugt mittels Selbsttest des Logikbausteins und/oder des Drehzahlreglers.In typical embodiments, the error detection system is suitable for configuring a logic module and / or a speed controller based on the detection of the error, preferably by means of a self-test of the logic module and / or the speed controller.

Bei dem Logikbaustein kann es sich dabei um einen CPLD-Baustein (wobei CPLD die gängige Abkürzung für den englischen Begriff „Complex Programmable Logic Device“, also ungefähr „komplexes programmierbares Logikgerät“ ist) handeln oder auch um jedwede Art von einer elektronisch realisierten Logikschaltung. Unter dem Drehzahlregler ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, welche die Drehzahl des Motors und typischerweise auch die Kommutierung des Motors beziehungsweise die Ansteuerung des Motors regelt. Eine solche Konfiguration hat den Vorteil, dass so ein Inbetriebhalten des Motors mittels Kommutierungskonfiguration ermöglicht wird, weil als Reaktion auf einen bestimmten Fehler die Kommutierung des Motors typischerweise so konfiguriert werden kann, dass sich der Einfluss von defekten Komponenten verringert beziehungsweise komplett zurücktritt. Insbesondere ist es über einen lokalisierten Defekt im Motor oder in der Motorsteuerung möglich, einen CPLD-Baustein vollautomatisch zu konfigurieren.The logic module can be a CPLD module (where CPLD is the common abbreviation for the English term “Complex Programmable Logic Device”) or any type of electronically implemented logic circuit. The speed controller is to be understood as a device which regulates the speed of the motor and typically also the commutation of the motor or the control of the motor. Such a configuration has the advantage that it enables the motor to be operated by means of a commutation configuration, because the commutation of the motor is typically configured in this way as a reaction to a specific error the influence of defective components can be reduced or completely receded. In particular, it is possible to configure a CPLD module fully automatically via a localized defect in the motor or in the motor control.

Bei typischen Ausführungsformen ist das Fehlerdetektionssystem geeignet, den Drehzahlregler durch Selbsttests zu konfigurieren. Beispielsweise ist das Fehlerdetektionssystem geeignet, im Störfall, das heißt zum Beispiel beim Ausfall einer Statorspule, nacheinander mehrere Beschaltungskonfigurationen des Motors durchzuführen und anhand der Resultate dieser unterschiedlichen Beschaltungskonfigurationen eine besonders vorteilhafte Beschaltungskonfiguration auszuwählen. Bei typischen Ausführungsformen wird dabei anhand einer ersten harmonischen Frequenz die finale Beschaltungskonfiguration gesetzt. Eine solche Konfiguration hat den Vorteil, dass so gewissermaßen ein intelligenter Drehzahlregler geschaffen wird.In typical embodiments, the fault detection system is suitable for configuring the speed controller by means of self-tests. For example, the fault detection system is suitable for performing several wiring configurations of the motor in succession in the event of a malfunction, i.e. for example when a stator coil fails and using the results of these different wiring configurations to select a particularly advantageous wiring configuration. In typical embodiments, the final wiring configuration is set on the basis of a first harmonic frequency. Such a configuration has the advantage that, to a certain extent, an intelligent speed controller is created.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Motorsystem, umfassend einen Motor, wobei der Motor bevorzugt ein Elektromotor ist, wobei das Motorsystem ein Fehlerdetektionssystem nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst.The object is further achieved by a motor system comprising a motor, the motor preferably being an electric motor, the motor system comprising a fault detection system according to one of the exemplary embodiments described above.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug, umfassend ein Motorsystem nach zumindest einer der beschriebenen Ausführungsformen.The object is also achieved by a vehicle comprising an engine system according to at least one of the described embodiments.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors, wobei der Fehler mittels Spektralanalyse detektiert wird.The object is also achieved by a method for detecting an error in the operation of an engine, the error being detected by means of spectral analysis.

Dabei kann typischerweise eine Vielzahl an unterschiedlichen Fehlern erkannt werden. Die Fehler können vordefiniert sein oder ad hoc erkannt werden. Das Erkennen der Fehler kann dabei typischerweise mittels künstlicher Intelligenz vonstatten gehen oder zumindest mittels künstlicher Intelligenz unterstützt werden. Bei typischen Ausführungsformen kommt bei dem Verfahren ein Künstliche-Intelligenz-System zum Einsatz, welches lernfähig ist, welches insbesondere typische Frequenzdaten eines bestimmten Motors erlernt und/oder typische Fehler betreffend bestimmte Motoren erlernen kann, sodass bei einer Störung der typischen Frequenzverläufe oder bei einem wiederholten Auftreten von Fehlern Fehlerdetektionen zuverlässig und schnell durchgeführt werden können. Bei typischen Ausführungsformen wird das Verfahren zumindest teilweise mittels eines Fehlerdetektionssystems nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt beziehungsweise implementiert. Hierzu führt das Verfahren typischerweise Schritte aus, zu deren Ausführung die oben beschriebenen typischen Komponenten des Fehlerdetektionssystems typischerweise geeignet sind.A large number of different errors can typically be detected in this way. The errors can be predefined or recognized ad hoc. The detection of the errors can typically take place by means of artificial intelligence or at least be supported by means of artificial intelligence. In typical embodiments, the method uses an artificial intelligence system that is capable of learning, which in particular learns typical frequency data of a specific motor and / or can learn typical errors relating to specific motors, so that in the event of a fault in the typical frequency curves or in the event of a repeated error Occurrence of errors Error detection can be carried out reliably and quickly. In typical embodiments, the method is carried out or implemented at least partially by means of an error detection system according to one of the embodiments described above. For this purpose, the method typically executes steps, for the execution of which the typical components of the error detection system described above are typically suitable.

Bei typischen Ausführungsformen wird im Rahmen des Verfahrens ein Artefakt in Frequenzdaten eines Sensors detektiert und basierend auf dem Artefakt wird auf das Vorliegen eines bestimmten Fehlers geschlossen.In typical embodiments, as part of the method, an artifact is detected in frequency data of a sensor and, based on the artifact, the existence of a specific error is concluded.

Bei typischen Ausführungsformen wird basierend auf der Detektion des Fehlers eine Konfiguration, bevorzugt eine Konfiguration eines Logikbausteins und/oder eines Drehzahlreglers eines Motorsystems, vorgenommen, wobei das Motorsystem den Motor umfasst.In typical embodiments, based on the detection of the error, a configuration, preferably a configuration of a logic module and / or a speed controller of a motor system, is carried out, the motor system comprising the motor.

Bei typischen Ausführungsformen werden im Verfahren ganz allgemein die unterschiedlichen typischen Funktionen eines Fehlerdetektionssystems nach einer der eingangs beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt.In typical embodiments, the different typical functions of an error detection system according to one of the embodiments described at the outset are carried out in the method very generally.

Ein Computerprogramm umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der vorgenannten Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann dabei auch als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden.In one embodiment of the invention, a computer program comprises instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to carry out one of the aforementioned methods. The computer program can also be referred to as a computer program product.

Ein computerlesbares Medium umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Computerprogrammcode zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ sind dabei insbesondere aber nicht ausschliesslich Festplatten und/oder Server und/oder Memorysticks und/oder Flash-Speicher und/oder DVDs und/oder Bluerays und/oder CDs zu verstehen. Zusätzlich ist unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ auch ein Datenstrom zu verstehen, wie er beispielsweise entsteht, wenn ein Computerprogramm und/oder ein Computerprogrammprodukt aus dem Internet heruntergeladen wird.In one embodiment of the invention, a computer-readable medium comprises computer program code for performing one of the aforementioned methods. The term “computer-readable medium” is to be understood here in particular, but not exclusively, on hard disks and / or servers and / or memory sticks and / or flash memories and / or DVDs and / or BluRays and / or CDs. In addition, the term “computer-readable medium” is also to be understood as a data stream such as is created, for example, when a computer program and / or a computer program product is downloaded from the Internet.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen kurz erläutert, wobei zeigen:

1: Schematische Darstellung eines Motorsystems mit Fehlerdetektionssystem in einer Ausführungsform der Erfindung,
2: Diagramm mit Frequenzdaten und Artefakt, und
3: Schematische Darstellung eines Verfahrens zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors in einer Ausführungsform der Erfindung als Flussdiagramm.

The invention is briefly explained below with reference to drawings, which show:

1 : Schematic representation of an engine system with fault detection system in an embodiment of the invention,
2 : Diagram with frequency data and artifact, and
3rd : Schematic representation of a method for detecting an error in the operation of an engine in an embodiment of the invention as a flow chart.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred exemplary embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit Fehlerdetektionssystem in einer Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt 1 einen Motor 1, eine Auswerteeinheit 2, einen ersten MEMS-Sensor in Form eines MEMS-Mikrofons 3 und einen zweiten MEMS-Sensor in Form eines MEMS-Oszillators 4. Zusätzlich ist in 1 ein Drehzahlregler 5 gezeigt, welcher die Drehzahl des Motors 1 sowie die Beschaltung des Motors 1 regelt. Das MEMS-Mikrofon 3, der MEMS-Oszillator 4 und der Drehzahlregler 5 sind über ein Kommunikationsnetz 6 mit der Auswerteeinheit 2 verbunden. 1 shows a schematic representation of an engine system with a fault detection system in an embodiment of the invention. In particular shows 1 an engine 1 , an evaluation unit 2 , a first MEMS sensor in the form of a MEMS microphone 3rd and a second MEMS sensor in the form of a MEMS oscillator 4th . In addition, in 1 a speed controller 5 shown which is the speed of the engine 1 as well as the wiring of the motor 1 regulates. The MEMS microphone 3rd , the MEMS oscillator 4th and the speed controller 5 are through a communication network 6th with the evaluation unit 2 connected.

Das MEMS-Mikrofon 3 misst ein Schall-Spektrum des Motors 1 in dessen Betrieb. In dem MEMS-Oszillator 4 wird ein Resonator niederfrequent angeregt. Im Betrieb des Motors 1 wird aufgrund der Schwingungsüberlagerung eine Frequenzverschiebung (relativ zur Grundfrequenz) in dem MEMS-Oszillator stattfinden. Dieses Signal wird an die Auswerteeinheit weitergegeben und dort ausgewertet. Auch das Schall-Spektrum des Motors, welches durch das MEMS-Mikrofon 3 gemessen wird, wird an die Auswerteeinheit 2 weitergegeben. In der Auswerteeinheit 2 wird dann eine Spektralanalyse von Frequenzdaten des Motors, welche von dem MEMS-Mikrofon 3 und dem MEMS-Oszillator 4 an die Auswerteeinheit 2 weitergegeben wurden, durchgeführt. Diese Spektralanalyse geht kontinuierlich vonstatten. Wenn im Motor 1 ein Fehler auftritt, beispielsweise ein Defekt am Rotor, am Stator, an der Lagerung des Motors, eine Unwucht, ein Fehler bei der Kommutierung oder ein sonstiger Fehler, dann führt dieser Fehler dazu, dass in den Frequenzdaten, welche die Auswerteeinheit 2 mittels Spektralanalyse analysiert, ein Artefakt oder mehrere Artefakte zu sehen sind. Die Auswerteeinheit 2 schließt aus dem Vorliegen von Artefakten auf einen Fehler. Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit 2 geeignet, bestimmten Artefakten bestimmte Fehler zuzuordnen und/oder bei bestimmten Artefakten auf bestimmte Arten von Fehlern zu schließen. Als Reaktion auf die Detektion solcher Fehler kann die Auswerteeinheit 2 dann beispielsweise eine Warnmitteilung ausgeben, sodass einer Fahrzeugsteuerung und/oder einem Fahrzeuglenker mitgeteilt wird, dass ein Problem mit dem Motor 1 vorzuliegen scheint und dass eine Wartung oder ein Austausch des Motors 1 notwendig ist. Bei typischen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 2 zudem als Reaktion auf den detektierten Fehler den Drehzahlregler 5 des Motors 1 konfigurieren, beispielsweise so, dass eine Beschaltung des Motors 1 derart vorgenommen wird, dass ein Weiterbetrieb des Motors 1 trotz des Fehlers möglich ist. Hierzu kann die Auswerteeinheit 2 den Drehzahlregler 5 beispielsweise durch Selbsttests konfigurieren: Beispielsweise ist es möglich, dass in einem Störfall (zum Beispiel bei einem Ausfall einer Statorspule) nacheinander mehrere Beschaltungskonfigurationen des Motors 1 durchgeführt werden und anhand Resultate solcher Beschaltungskonfigurationen, beispielsweise anhand der ersten harmonischen Frequenzen, dann die finale Beschaltungskonfiguration für den Motor 1 gesetzt wird.The MEMS microphone 3rd measures a sound spectrum of the engine 1 in its operation. In the MEMS oscillator 4th a resonator is excited at a low frequency. When the engine is running 1 a frequency shift (relative to the fundamental frequency) will take place in the MEMS oscillator due to the vibration superposition. This signal is passed on to the evaluation unit and evaluated there. Also the sound spectrum of the motor, which is generated by the MEMS microphone 3rd is measured, is sent to the evaluation unit 2 passed on. In the evaluation unit 2 Then, a spectral analysis of frequency data of the motor obtained from the MEMS microphone 3rd and the MEMS oscillator 4th to the evaluation unit 2 were passed on. This spectral analysis takes place continuously. If in the engine 1 If an error occurs, for example a defect on the rotor, on the stator, on the bearing of the motor, an imbalance, a commutation error or some other error, then this error leads to the fact that in the frequency data that the evaluation unit 2 analyzed using spectral analysis, one or more artifacts can be seen. The evaluation unit 2 concludes from the presence of artifacts an error. In typical embodiments, the evaluation unit 2 suitable for assigning certain errors to certain artifacts and / or inferring certain types of errors in the case of certain artifacts. In response to the detection of such errors, the evaluation unit 2 then output a warning message, for example, so that a vehicle controller and / or a vehicle driver is informed that there is a problem with the engine 1 It seems that there is maintenance or an exchange of the engine 1 necessary is. In typical embodiments, the evaluation unit 2 also the speed controller as a reaction to the detected error 5 of the motor 1 configure, for example, so that a wiring of the motor 1 is carried out in such a way that further operation of the engine 1 is possible despite the error. The evaluation unit 2 the speed controller 5 For example, configure through self-tests: For example, in the event of a malfunction (for example, if a stator coil fails), several wiring configurations of the motor can be performed one after the other 1 are carried out and based on the results of such wiring configurations, for example using the first harmonic frequencies, then the final wiring configuration for the motor 1 is set.

Das MEMS-Mikrofon 3 und der MEMS-Oszillator 4 bilden gemeinsam ein Sensorsystem. Das Sensorsystem ist typischerweise an einer Statorspule angebracht, oder zumindest in einer unmittelbaren Umgebung einer Statorspule. Es ist auch möglich, dass mehr als zwei MEMS-Sensoren vorhanden sind, beispielsweise zwei MEMS-Sensoren pro Statorspule. Typischerweise sind das MEMS-Mikrofon 3 und der MEMS-Oszillator 4 in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet, wobei die Beabstandung zusätzliche Informationen bei der Fehlerbestimmung liefert. Allgemein liegt bei typischen Ausführungsformen ein solcher räumlicher Abstand zwischen den unterschiedlichen Sensoren des Sensorsystems vor, um so eine örtliche Auflösung von Fehlern am Motor 1 zu erreichen. Das Sensorsystem, welches im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das MEMS-Mikrofon 3 und den MEMS-Oszillator 4 als Sensoren umfasst, bildet zusammen mit der Auswerteeinheit 2 und Teilen des Kommunikationsnetzes 6 in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein erfindungsgemäßes Fehlerdetektionssystem oder zumindest einen Teil davon.The MEMS microphone 3rd and the MEMS oscillator 4th together form a sensor system. The sensor system is typically attached to a stator coil, or at least in the immediate vicinity of a stator coil. It is also possible that there are more than two MEMS sensors, for example two MEMS sensors per stator coil. Typically these are MEMS microphones 3rd and the MEMS oscillator 4th arranged at a certain distance from one another, the spacing providing additional information in the error determination. In general, in typical embodiments, there is such a spatial distance between the different sensors of the sensor system, so as to provide a local resolution of errors in the engine 1 to reach. The sensor system that is used in the in 1 embodiment shown the MEMS microphone 3rd and the MEMS oscillator 4th as sensors, forms together with the evaluation unit 2 and sharing the communication network 6th in the in 1 embodiment shown an inventive error detection system or at least a part thereof.

2 zeigt ein Diagramm mit Frequenzdaten 8 sowie ein Artefakt 7. Die Frequenzdaten 8 werden von dem Sensorsystem zur Verfügung gestellt. Exemplarisch ist in den Frequenzdaten 8 in 2 ein Teil der Frequenzdaten 8 als Artefakt 7 dargestellt. Die in 1 gezeigte Auswerteeinheit 2 kann anhand des Vorliegens dieses Artefakts 7 auf einen Fehler im Motor 1 schließen, weil sie weiß, dass die Frequenzdaten 8 in 2 einem bestimmten Betriebszustand des Motors 1 entsprechen, dass bei diesem Betriebszustand jedoch normalerweise kein Artefakt 7 im Frequenzspektrum vorhanden sein sollte. Aus dem Vorhandensein des Artefakts 7 kann die Auswerteeinheit 2 somit zuerst einmal ganz allgemein auf das Vorliegen eines Fehlers schließen. Bei typischen Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 2 typischerweise zudem dem Artefakt 7 einen ganz bestimmten Fehler zuordnen. Die Auswerteeinheit 2 kann dann entsprechende Schritte einleiten, beispielsweise eine Warnung an einen Fahrzeugführer oder eine Neukonfiguration eines Logikbausteins des Motorsystems und/oder des Drehzahlreglers 5. 2 shows a graph with frequency data 8th as well as an artifact 7th . The frequency data 8th are made available by the sensor system. An example is in the frequency data 8th in 2 part of the frequency data 8th as an artifact 7th shown. In the 1 Evaluation unit shown 2 can based on the presence of this artifact 7th for a fault in the engine 1 close because it knows the frequency data 8th in 2 a certain operating condition of the engine 1 that in this operating state, however, normally no artifact 7th should be present in the frequency spectrum. From the presence of the artifact 7th can the evaluation unit 2 thus first of all generally conclude that an error has occurred. In typical embodiments, the evaluation unit 2 typically also the artifact 7th assign a very specific error. The evaluation unit 2 can then initiate appropriate steps, for example a warning to a vehicle driver or a reconfiguration of a logic module of the engine system and / or the speed controller 5 .

3 zeigt nun eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors in einer Ausführungsform der Erfindung als Flussdiagramm. In einem Artefakt-Detektionsschritt S1 wird zunächst ein Artefakt in Frequenzdaten eines Motors detektiert. Anschließend wird in einem Fehler-Detektionsschritt S2 basierend auf dem detektierten Artefakt ein Fehler detektiert. Anschließend wird in einem Fehler-Korrekturschritt S3 eine dem Fehler entsprechende Maßnahme getroffen. Diese Maßnahme kann eine Warnung sein oder auch ein Start eines Vorgangs zur Behebung des Fehlers, beispielsweise eine Rekonfiguration des Drehzahlreglers 5. 3rd now shows a schematic representation of a method for detecting an error in the operation of an engine in an embodiment of the invention as a flow chart. In an artifact detection step S1 an artifact is first detected in the frequency data of a motor. This is followed by an error detection step S2 an error is detected based on the detected artifact. This is followed by an error correction step S3 a measure corresponding to the error has been taken. This measure can be a warning or also the start of a process for eliminating the error, for example a reconfiguration of the speed controller 5 .

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schutzumfang wird durch die Patentansprüche definiert.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described. The scope of protection is defined by the claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Motorengine
22: AuswerteeinheitEvaluation unit
33: MEMS-MikrofonMEMS microphone
44th: MEMS-OszillatorMEMS oscillator
55: DrehzahlreglerSpeed controller
66th: KommunikationsnetzCommunication network
77th: Artefaktartifact
88th: Frequenzdaten Frequency data
S1S1: Artefakt-DetektionsschrittArtifact detection step
S2S2: Fehler-DetektionsschrittError detection step
S3S3: Fehler-KorrekturschrittError correction step

Claims

Fehlerdetektionssystem zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerdetektionssystem geeignet ist, den Fehler mittels Spektralanalyse zu detektieren.Fault detection system for detecting a fault in the operation of an engine (1), characterized in that the fault detection system is suitable for detecting the fault by means of spectral analysis.

Fehlerdetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerdetektionssystem ein Sensorsystem und eine Auswerteeinheit (2) umfasst.Fault detection system according to Claim 1 , characterized in that the fault detection system comprises a sensor system and an evaluation unit (2).

Fehlerdetektionssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem zumindest ein Mikrofon, bevorzugt zumindest ein MEMS-Mikrofon (3), und/oder zumindest einen Oszillator, bevorzugt zumindest einen MEMS-Oszillator (4), als Sensor(en) umfasst.Fault detection system according to Claim 2 , characterized in that the sensor system comprises at least one microphone, preferably at least one MEMS microphone (3), and / or at least one oscillator, preferably at least one MEMS oscillator (4), as sensor (s).

Fehlerdetektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) geeignet ist, bei der Spektralanalyse zumindest ein Artefakt (7) in Frequenzdaten (8), welche typischerweise vom Sensorsystem bereitgestellt werden, zu detektieren.Error detection system according to one of the Claims 2 to 3rd , characterized in that the evaluation unit (2) is suitable for detecting at least one artifact (7) in frequency data (8), which are typically provided by the sensor system, during the spectral analysis.

Fehlerdetektionssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) geeignet ist, basierend auf dem/den Artefakt(en) (7) auf einen oder mehrere Fehler zu schliessen.Fault detection system according to Claim 4 , characterized in that the evaluation unit (2) is suitable for inferring one or more errors based on the artifact (s) (7).

Fehlerdetektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem, insbesondere das/die MEMS-Mikrofon(e) (3) und/oder der/die MEMS-Oszillator(en) (4), an zumindest einer Statorspule angeordnet ist/sind.Error detection system according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the sensor system, in particular the MEMS microphone (s) (3) and / or the MEMS oscillator (s) (4), is / are arranged on at least one stator coil.

Fehlerdetektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem zumindest zwei Sensoren (3, 4) umfasst.Error detection system according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that the sensor system comprises at least two sensors (3, 4).

Fehlerdetektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerdetektionssystem geeignet ist, basierend auf der Detektion des Fehlers eine Konfiguration eines Logikbausteins und/oder eines Drehzahlreglers (5) vorzunehmen, bevorzugt mittels Selbsttest des Logikbausteins und/oder des Drehzahlreglers (5).Fault detection system according to one of the preceding claims, characterized in that the fault detection system is suitable for configuring a logic module and / or a speed controller (5) based on the detection of the error, preferably by means of a self-test of the logic module and / or the speed controller (5).

Motorsystem, umfassend einen Motor (1), wobei der Motor (1) bevorzugt ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsystem ein Fehlerdetektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.Motor system comprising a motor (1), wherein the motor (1) is preferably an electric motor, characterized in that the motor system comprises a fault detection system according to one of the preceding claims.

Fahrzeug, umfassend ein Motorsystem nach Anspruch 9.Vehicle comprising an engine system according to Claim 9 .

Verfahren zur Detektion eines Fehlers beim Betrieb eines Motors (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Fehler mittels Spektralanalyse detektiert wird.Method for detecting an error in the operation of an engine (1), characterized in that the error is detected by means of spectral analysis.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Verfahrens ein Artefakt (7) in Frequenzdaten (8) eines Sensors (3, 4) detektiert wird und basierend auf dem Artefakt (7) auf das Vorliegen eines bestimmten Fehlers geschlossen wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that, as part of the method, an artifact (7) is detected in frequency data (8) of a sensor (3, 4) and, based on the artifact (7), the existence of a specific error is concluded.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Detektion des Fehlers eine Konfiguration, bevorzugt eine Konfiguration eines Logikbausteins und/oder eines Drehzahlreglers (5) eines Motorsystems, vorgenommen wird, wobei das Motorsystem den Motor (1) umfasst.Method according to one of the Claims 11 to 12th , characterized in that a configuration, preferably a configuration of a logic module and / or a speed controller (5) of a motor system, is carried out based on the detection of the error, the motor system comprising the motor (1).

Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 auszuführen.Computer program, comprising instructions that cause the computer program to be executed by a computer, a method according to one of the Claims 11 to 13th to execute.

Computerlesbares Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium Computerprogrammcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 13 umfasst.Computer-readable medium, characterized in that the computer-readable medium includes computer program code for carrying out a method according to one of the Claims 11 to 13th includes.