DE10041788A1 - Steuerungs/Regelungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Steuerungs/Regelungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs

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Abstract

Eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs wird vorgeschlagen, die in der Lage ist, an den Elektromotor 2 angeschlossene Komponenten vor der von dem als Generator betriebenen Elektromotor beim Fahrbetrieb erzeugten Spannung zu schützen. Wenn die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 eine Fehlfunktion des Motorsystems, wie der Stromsensoren 13, 15, 17, der Spannungssensoren 14 und 16 und des Elektromotors 2 (Unterbrechung der Windung/Spulen), erkennt, stoppt die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 die Motor-Steuerung/Regelung, indem die Haupt-Schaltvorrichtung 11 AUS-geschaltet/unterbrochen wird, und die Verbindung zwischen der Inverter-Motor-Antriebseinheit 7 und der Batterie 3 elektrisch getrennt wird. Gleichzeitig gibt die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 ein Signal an die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 weiter, welches die Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt. Wenn die Fehlfunktion von der (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 erkannt wurde, und wenn die Haupt-Schaltvorrichtung 11 unterbrochen ist, steuert/regelt die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 die Maschine 1 dergestalt, daß die Drehzahl der Maschine 1 unterhalb 5000 U/min gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung für Hybridfahrzeuge, insbesonders auf eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung für Hybridfahrzeuge, welche die Drehzahl der Maschine (insbesonders in Form einer Brennkraftmaschine) beschränkt, wenn eine Fehlfunktion einer, die Steuerung/Regelung des Motors (insbesonders in Form eines Elektromotors) betreffende Komponente, auftritt.
Zur Zeit werden elektrisch angetriebene Fahrzeuge entwickelt um den Ausstoß von Schadstoffen in die Athmosphäre zu verringern. Allerdings ist die Reichweite dieser Elektroautos, die nur von einem Elektromotor angetrieben werden, durch die Kapazität der Batterie, welche die elektrische Energie speichert, beschränkt. Wird eine ausreichende Reichweite verlangt, so werden sehr große Batterien benötigt, was die Fahreigenschaften wesentlich beeinträchtigt.
Daher wurden Hybridfahrzeuge der Gegenstand intensiver Entwicklungsbemühungen, da Hybridfahrzeuge sowohl eine große Reichweite, als auch eine gute Fahr-Funktionsfähigkeit aufweisen, indem sie sowohl einen Motor benutzen, der durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen betrieben wird (insbesondere in Form einer Brennkraftmaschine), als auch einen Elektromotor, der mittels einer verhältnismäßig kleinen Batterie angetrieben wird. Parallel-Hybridfahrzeuge, eine Art von Hybridfahrzeugen, verwirklichen eine gute Fahr- Funktionsfähigkeit, verringerten Abgasausstoß und verringerten Treibstoffverbrauch, indem sie die Fahrbetriebs-Moden unter Berücksichtigung der Fahrbedingungen von einem Verbrennungsmotor-Betriebsmodus zu einem Elektromotor-Betriebsmodus umschalten. Parallel-Hybridfahrzeuge benutzen den Verbrennungsmotor also nur, wenn die Fortbewegung mittels des Verbrennungsmotors effizient ist, und der Elektromotor unterstützt den Verbrennungsmotor oder treibt das Fahrzeug nur dann an, wenn die Fahrbedingungen eine effiziente Nutzung des Verbrennungsmotors nicht zulassen, wie beim Beschleunigen oder bei langsamer Fahrt.
Darüber hinaus wird der Elektromotor beim Abbremsen als Generator betrieben, um die kinetische Energie des Fahrzeugs zurück zu gewinnen, und Energieverlust kann vermieden werden, und der Treibstoffverbrauch reduziert werden.
Um den oben beschriebenen Elektromotor zu steuern/regeln, werden eine Vielfalt an Komponenten benötigt, wie eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung, um den Motor zu steuern/regeln, eine Signalleitung, um Signale von der Steuerungs/Regelungsvorrichtung weiter zu leiten, Sensoren, die die Spannungen oder elektrischen Ströme zwischen dem Elektromotor und der Batterie messen und diese Werte an die Steuerungs/Regelungsvorrichtung weitergeben. Die oben beschriebene Steuerungs/Regelungsvorrichtung umfaßt darüber hinaus eine CPU (Central Processing Unit) und einen Speicher, und die Steuerungs/Regelungsfunktionen werden ausgeführt, indem ein Programm für die Funktionen der Steuerungs/Regelungsvorrichtung durchgeführt wird. Diese Komponenten, Vorrichtungen und Software, die mit dem Elektromotor in Beziehung stehen, werden Motorsystem genannt und sind für das Betreiben des Motors unerläßlich. Wenn während des Fahrbetriebs eines Hybridfahrzeug eine Fehlfunktion im Motorsystem auftritt, und wenn der Motor nicht mehr normal gesteuert/geregelt werden kann, ist es notwendig, den Elektromotor sofort anzuhalten, und zu einem Fahrbetriebsmodus überzugehen, in dem nur der Verbrennungsmotor benutzt wird.
In diesem Fall ist es notwendig, die mit dem Elektromotor in Verbindung stehenden Peripherie-Komponenten vor der durch den als Generator betriebenen Elektromotor erzeugten Spannung zu schützen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, welche, im Falle einer Fehlfunktion des Motorsystems des Hybridfahrzeugs, es dem Hybridfahrzeug ermöglicht, den Fahrbetrieb aufrecht zu erhalten, und gleichzeitig die an den Elektromotor angeschlossenen Peripherie-Komponenten des Elektromotors vor der, durch den Generatorbetrieb des Elektromotors erzeugten Spannung, zu schützen.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug vor, welche umfaßt: eine Maschine 1 (insbesondere in Form einer Brennkraftmaschine); einen Motor 2 (insbesonders in Form eines Elektromotors), welcher die Antriebskraft der Maschine 1 unterstützt; eine Batterievorrichtung (die Batterie 3 in der vorliegenden Ausführungsform), welche geladen wird mit der von dem als Generator betriebenen Elektromotor erzeugten elektrischen Energie; eine Schaltvorrichtung (insbesondere in Form eines Schaltschütz) (die Vorlauf- Schaltvorrichtung 10 (precharge contactor) und die Haupt-Schaltvorrichtung 11 (main contactor) in der vorliegenden Ausführungsform), welche zwischen dem Elektromotor und der Batterievorrichtung vorgesehen ist und einem Inverter (die Motor-Antriebseinheit 7 (power drive unit) in der vorliegenden Ausführungsform), welcher zwischen dem Motor und der Schaltvorrichtung vorgesehen ist;.
Wenn eine Komponente (wie der Motor 2, Stromsensoren 13, 15, 17 und Spannungssensoren 14 und 16 in der vorliegenden Ausführungsform), die in Verbindung mit der Motorsteuerung/Regelung steht, eine Fehlfunktion aufweist, unterbricht die Steuerungs/Regelungsvorrichtung des Hybridfahrzeugs (die Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 und die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 in der vorliegenden Ausführungsform) die Schaltvorrichtung, und begrenzt die Drehzahl des Motors auf Werte unterhalb einer bestimmten Drehzahl des Motors (weniger als 5000 U/min in der vorliegenden Ausführungsform), wodurch die Spannung, die der als Generator betriebene Elektromotor durch Energierückgewinnung erzeugt, auf Werte unterhalb der maximal zulässigen Spannung (withstand voltage) des Inverters beschränkt wird.
Wenn eine Fehlfunktion im Motorsystem auftritt, wird der Betrieb des Elektromotors als Antrieb eingestellt, indem die Schaltvorrichtung ausgeschaltet/unterbrochen wird, und das Fahrzeug fährt, indem nur der Verbrennungsmotor benutzt wird. Darüber hinaus kann, durch Begrenzung der Drehzahl des Motors (auf weniger als 5000 U/min), die durch den als Generator betriebenen Elektromotor erzeugte Spannung beschränkt werden auf Werte unterhalb der Maximal zulässigen Spannung (withstand voltage), der mit dem Motor verbundenen Komponenten.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau eines Parallel-Hybridfahrzeugs, welches eine Art eines Hybridfahrzeugs ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, darstellt.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, welches einen Betriebsablauf der (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, welches die Wirkungsweise der Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Veränderung der Drehzahl der Maschine darstellt.
Es wird eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau eines Parallel-Hybridfahrzeugs, welches eine Art eines Hybridfahrzeugs ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motor, der durch Verbrennung von Treibstoff betrieben wird (Verbrennungsmotor, Brennkraftmaschine), das Bezugszeichen 2 einen Motor, der mit elektrischer Energie betrieben wird (Elektromotor, elektrischer Motor/Generator), für den Einsatz zusammen mit Maschine 1. Die Antriebskraft sowohl der Maschine 1 als auch des Elektromotors 2 wird durch ein Getriebe (nicht in der Zeichnung dargestellt) gebildet durch ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe, auf die Antriebsräder (nicht in der Zeichnung dargestellt) übertragen.
Während einer Geschwindigkeitsabnahme des Hybridfahrzeugs wird die Antriebskraft von den Antriebsrädern zum Elektromotor 2 übertragen, und der Elektromotor 2 wird als Generator betrieben. Der Elektromotor 2 gewinnt die kinetische Energie des Fahrzeugs als elektrische Energie zurück und speist die Batterie 3, welche später beschrieben wird. Es wird darauf hingewiesen, daß zusätzlich zum Elektromotor 2 ein weiterer Generator zum Aufladen der Batterie 3 eingesetzt werden kann.
Die Batterie 3 wird hier als Hochspannungsbatterie aufgebaut, indem eine Mehrzahl von Modulen in Serie geschaltet werden, wobei jedes Modul eine Batterieeinheit darstellt, welche aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Zellen besteht. Die Nummer 19 bezeichnet einen Starter/Anlasser, welcher nur für das Starten der Maschine benützt wird.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung, welche die Drehgeschwindigkeit/Drehzahl des Motors, die Fahrzeuggeschwindigkeit, etc., steuert/regelt, und jeweils den Fahrzeug-Fortbewegungs-Modus, wie: einen Motor- Rückgewinnungs-Modus, einen Kraftverstärkungs-Modus und einen Geschwindigkeits- Abnahme-Modus, festlegt. Die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 bestimmt den Umfang der Kraftverstärkung/Rückgewinnung für jede der oben genannten Moden und gibt Informationen, die Informationen über den Fahrzeug-Fortbewegungs-Modus und den Umfang der Kraftverstärkung/Rückgewinnung beinhalten, an die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 weiter. Wenn die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 Informationen von der Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 empfängt, dann steuert/regelt die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 den Elektromotor 2 als Antrieb/Generator wie von der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 angewiesen.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Batterie-Steuerungs/Regelungsvorrichtung, welche den Ladezustand (auch State of Charge, SOC, genannt) der Batterie 3 berechnet. Die Batterie- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 steuert/regelt auch den in der Nähe der Batterie 3 angebrachten Ventilator 20, um die Temperatur der Batterie 3 unter einer festgesetzten Temperatur zu halten.
Die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4, die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 und die Batterie-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 werden von einer Ablaufsteuerung (Sequencer) oder einer CPU und einer Speichervorrichtung gebildet. Die Funktionen dieser Steuerungs/Regelungsvorrichtung werden durch das Durchführen von Programmen für die Ausführung dieser Funktionen verwirklicht.
Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Motor-Antriebseinheit, welche aufgebaut ist aus drei parallel geschalteten Einheiten, wobei eine Einheit aus zwei in Serie geschalteten Schaltelementen besteht. Diese Schaltelemente in der Motor-Antriebseinheit 7 werden von der Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 an- und ausgeschaltet; dadurch wird die Gleichstromkomponente, mit welcher die Motor-Antriebseinheit 7 von der Hochspannungs- Batterie 3 versorgt wird, durch drei Phasenleitungen auf den Elektromotor 2 übertragen. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine 12 V Batterie, die eine Vielzahl von sonstigen Hilfsvorrichtungen betreibt. Diese 12 V Batterie ist mit der Batterie 3 durch einen Stromrichter/Konverter 8 verbunden. Dieser Stromrichter 8 verkleinert die von der Batterie 3 abgegebene Spannung und speist diese Spannung in die 12 V Batterie 9.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Vorlauf-Schaltvorrichtung (precharge contactor), das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Haupt-Schaltvorrichtung (main contactor) (insbesondere in Form eines Schaltschütz), und die Batterie 3 ist mit der Motor-Antriebseinheit 7 durch diese Schaltvorrichtungen 10 und 11 verbunden, die Vorlauf-Schaltvorrichtung 10 und die Haupt- Schaltvorrichtung 11 werden von der Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 an- und ausgeschaltet.
Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Sensor, der die Stellung und die Anzahl der Umdrehungen des Motors ermittelt, das Bezugszeichen 13 bezeichnet Stromsensoren, die die Ströme Iu, Iv und Iw ermitteln, welche in den drei Phasenleitungen fließen. Die ermittelten Werte, die von diesen Sensoren erlangt werden, werden an die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 weitergegeben.
Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Spannungssensor, welcher die Spannung Vpdu, die am Eingang der Motor-Antriebseinheit 7 anliegt, ermittelt, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Stromsensor, der den Strom Ipdu ermittelt, welcher am Eingang der Motor- Antriebseinheit 7 anliegt. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Spannungssensor, der die Spannung Vbatt am Ausgang der Batterie 3 ermittelt. Die Spannungswerte und Stromstärken, die von diesen Spannungs- und Stromsensoren (14 bis 16) ermittelt wurden, werden an die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 weitergegeben.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Stromsensor, der den Strom Ibatt ermittelt, welcher in einer Ausgangsleitung von Batterie 3 fließt, und der ermittelte Wert wird an die Batterie- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 weitergegeben.
Wie oben beschrieben, ermitteln die Sensoren 16 und 17 die Spannung Vbatt und die Stromstärke Ibatt, die von der Batterie 3 abgegeben werden, und die Sensoren 14 und 15 ermitteln die Spannung Vpdu und die Stromstärke Ipdu, die durch die Schaltvorrichtungen 10 und 11 in die Motor-Antriebseinheit 7 eingespeist werden. Der Strom Ipdu, der vom Stromsensor 15 ermittelt wird, wird durch Substraktion des Stroms vom Stromrichter 8 vom Strom der Batterie 3 gebildet.
Nachfolgend wird ein Betriebsablauf der Steuerungs/Regelungsvorrichtung des, wie oben beschrieben aufgebauten Hybridfahrzeugs, kurz dargestellt
Der Ladezustand der Batterie wird von der Batterie-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 unter Verwendung der Werte der Stromstärke Ibatt und der Spannung Vbatt berechnet, und die Batterie-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 gibt den berechneten Wert an die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 weiter.
Die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 bestimmt die Betriebs-Steuerungs-Moden (wie Kraftverstärkung, Rückgewinnung, Start, Geschwindigkeitsabnahme) und die vom Motor 2 benötigte elektrische Energie basierend auf dem Ladezustand, der Drehgeschwindigkeit/Drehzahl des Motors 1, dem Grad der Öffnung der Drosselklappe, dem Drehmoment der Maschine 1 und dem tatsächlichen Drehmoment des Motors 2. Der so bestimmte Betriebsmodus und die für den Motor 2 benötigte elektrische Energie (beziehungsweise der entsprechende Wert) werden an die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 abgegeben.
Wenn die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 den Betriebsmodus und die benötigte elektrische Energie für den Elektromotor 2 von der Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 erhält, führt die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 eine Rückkopplung/ein Feedback der benötigten elektrischen Energie aus und berechnet das Drehmoment. Die Rückkoplung/das Feedback wird in solch einer Weise ausgeführt, daß die elektrische Energie auf der Eingangsseite der Motor-Antriebseinheit 7 (auf der Seite des Spannungssensors 14 und des Stromsensors 15) mit der von der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 übermittelten, benötigten elektrischen Energie übereinstimmt. Darüber hinaus führt die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 ein Feedback der benötigten elektrischen Energie in solcher Weise aus, daß die elektrische Energie der Batterie 3 (auf der Seite des Spannungssensors 16 und des Stromsensors 17) mit der benötigten elektrischen Energie zur Zeit des Fahrbetriebs/der Fortbewegung übereinstimmt, und berechnet das Drehmoment. Wenn das Drehmoment so erhalten wurde, steuert/regelt die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 die Motor-Antriebseinheit 7 in Übereinstimmung mit dem so berechneten Drehmoment.
Wenn die Maschine 1 gestartet wird, steuert/regelt die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 mittels der Motor-Antriebseinheit 7 den Start der Maschine 1 durch den Elektromotor 2
Wenn die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 den tatsächlichen Wert des Drehmoments von der Motor-Antriebseinheit 7 erhält, gibt die Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 diesen tatsächlichen Wert des Drehmoments an die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 weiter.
Die Maschine 1, der Elektromotor 2 und die Batterie 3 werden für den Betrieb/Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs von der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4, der Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 und der Batterie-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 6 gesteuert/geregelt, welche die oben beschriebenen Vorgänge zu festgelegten Zeitpunkten durchführen.
Als nächstes wird die Erkennung einer Fehlfunktion im Motorsystem beschrieben. Das Motorsystem umfaßt hier den Motor und Komponenten zur Steuerungs/Regelung des Motors. Das Motorsystem wird zweckmäßigerweise Komponenten wie die Motor-Antriebseinheit 7, Spannungssensoren 14 und 16, Stromsensoren 13, 15 und 17, drei Phasenleitungen, die den Motor 2 und die Motor-Antriebseinheit 7 verbinden, und den Motor 2 umfassen.
Die Fehlfunktion des Motorsystems wird folgendermaßen erkannt.
Die Unterbrechung der oben beschriebenen drei Phasenleitungen kann folgendermaßen erkannt werden. Normalerweise hat jeder der drei Ströme Iu, Iv, Iw, die in den drei Phasenleitungen fließen, den gleichen Scheitelwert. Wenn eine Leitung fehlerhaft ist, sind die Spitzenwerte des Stroms dagegen unterschiedlich. Wenn beim Ermitteln der in den jeweiligen Leitungen fließende Ströme sich einer der Scheitelwerte der Ströme Iu, Iv, Iw ändert, entscheidet die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5, daß eine Fehlfunktion der drei Phasenleitungen vorliegt, und gibt ein Signal an die Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 aus, welches eine Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt.
Normalerweise ist die Summe der in den drei Phasenlinien fließenden Ströme gleich Null. Wenn aber ein Stromsensor 13 fehlerhaft ist, wird der von den Stromsensoren ermittelte totale Scheitelwert Iu + Iv + Iw der drei Phasenlinien nicht als Null ausgegeben. Wenn daher die von den Stromsensoren 13 ermittelte Summe der Stromstärken der drei Phasenlinien nicht als Null ausgegeben wird, entscheidet die Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5, daß eine Fehlfunktion der Stromsensoren 13 vorliegt, und gibt ein Signal an die Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 aus, welches eine Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt.
Eine Fehlfunktion des Spannungssensors 14 oder 16 kann von der (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 erkannt werden, wenn die vom Spannungssensor 14 ermittelte Spannung Vpdu, auf der Eingangsseite der Motor-Antriebseinheit 7, von der vom Spannungssensor 16 ermittelten Spannung Vbatt abweicht.
Genauso kann eine Fehlfunktion des Stromsensors 15 oder 17 von der (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 erkannt werden, wenn der vom Stromsensor 15 ermittelte Eingangsstrom Ipdu der Motor-Antriebseinheit 7 von dem vom Stromsensor 17 ermittelten Strom Ibatt abweicht, unter Berücksichtigung des Stroms, der in den Stromrichter 8 fließt. Eine Unterbrechung der Übertragungsleitung, die die elektrische Energie zwischen der Motor- Antriebseinheit 7 und der Batterie 3 überträgt, kann durch Überwachung, der von den Sensoren 14 bis 17 ermittelten Stromstärken und Spannungen, erkannt werden.
Wie oben beschrieben, überwacht die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 fortwährend die von den Spannungssensoren 14 und 16 und den Stromsensoren 15 und 17 ausgegebenen Strom- und Spannungswerte. Wenn diese Sensoren von den Normalwerten abweichende Werte ermitteln, entscheidet die (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5, daß eine Fehlfunktion des Motorsystems vorliegt, und gibt ein Signal an die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 aus, welches eine Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt.
Wenn das Motorsystem eine Fehlfunktion aufweist, und wenn es nicht möglich ist, den Motor normal zu steuern/regeln, werden eine Vielzahl von Vorgängen von der Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 und der (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 ausgeführt. Diese Prozesse werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben.
Zunächst werden die Vorgänge, die von der (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 bei einer Fehlfunktion des Motorsystems ausgeführt werden, unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Wie oben beschrieben, überwacht die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 fortwährend die Spannungen und Stromstärken die von den jeweiligen Spannungs- und Stromsensoren übermittelt werden. Wenn in Schritt SA1 in diesen Werten ein vom Normalwert abweichender Wert ermittelt wird, werden in Schritt SA2 die Batterie 3 und die Motor-Antriebseinheit 7 durch Abschalten der Haupt-Schaltvorrichtung 11 voneinander getrennt, und die Motor-Steuerung beendet. Wenn die Fehlfunktion des Motorsystems in Schritt SA1 erkannt wird, führt die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 die oben dargestellten Vorgänge aus und gibt ein Signal an die Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 aus, welches eine Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt.
Wenn dagegen in Schritt SA1 keine Fehlfunktion des Motorsystems ermittelt wird, wird die normale Motorsteuerung/Regelung fortgesetzt, das heißt, die (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 empfängt von der Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 das benötigte Drehmoment und steuert/regelt die Motor- Antriebseinheit 7 entsprechend des benötigten Drehmoments.
Wie oben beschrieben, schaltet die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 bei Ermittlung einer Fehlfunktion des Motorsystems, die Haupt-Schaltvorrichtung 11 aus, und beendet damit die Steuerung/Regelung des Motors, daher die Steuerung/Regelung der Motor- Antriebseinheit 7.
Nach dem Abschalten der Haupt-Schaltvorrichtung 11 und dem Beenden der Steuerung der Motor-Antriebseinheit 7, dreht der Elektromotor 2 allerdings immer noch mit der gleichen Drehzahl, und erzeugt damit durch den Betrieb als Generator mittels Energierückgewinnung eine, der Drehzahl entsprechende, Spannung.
Wenn die Energierückgewinnung durch den Elektromotor 2 andauert, während die Haupt- Schaltvorrichtung 11 ausgeschaltet ist, und daher die Batterie 3 und die Motor-Antriebseinheit 7 nicht verbunden sind, liegt eine Spannung, die die maximal zulässige Spannung der Motor- Antriebseinheit 7 überschreitet, an der Motor-Antriebseinheit 7 an. Dadurch ist die Motor- Antriebseinheit 7 anfällig für Ausfälle oder für eine Verringerung der Lebensdauer. Daher ist es notwendig, Ausfälle oder die Verringerung der Lebensdauer der Motor-Antriebseinheit 7 zu verhindern, indem die Spannung, die durch Energierückgewinnung erzeugt wird, unterhalb der Maximal zulässigen Spannung der Motor-Antriebseinheit 7 gehalten wird.
Als nächstes wird ein von der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 ausgeführter Steuerungs/Regelungsvorgang zur Beschränkung der Drehzahl der Maschine 1, unter Bezugnahme auf Fig. 3, beschrieben.
In Schritt SB1 wird ermittelt, ob eine Fehlfunktion erkannt wurde, das heißt, es wird ermittelt, ob sich die Haupt-Schaltvorrichtung 11 in einem AUS-Zustand befindet/unterbrochen ist. Wenn eine Fehlfunktion erkannt wurde (die Haupt-Schaltvorrichtung in einem AUS-Zustand ist), wird als nächstes Schritt SB2 ausgeführt, und die obere Grenze der Drehzahl der Maschine 1 auf 5000 U/min festgesetzt.
Wenn dagegen in Schritt SB1 keine Fehlfunktion des Motorsystems erkannt wurde, wird als nächstes Schritt SB3 ausgeführt, in welchem die obere Grenze der Drehzahl der Maschine 1 auf 7000 U/min festgesetzt wird.
Wenn die obere Grenze der Drehzahl der Maschine 1 in den Schritten SB2 oder SB3 festgesetzt wurde, wird als nächstes in Schritt SB4 ermittelt, ob die momentane Drehzahl die oben beschriebene obere Grenze der Drehzahl überschreitet. Wenn die momentane Drehzahl die oben beschriebene obere Grenze der Drehzahl überschreitet, wird in Schritt SB5 eine Beschränkung der Treibstoffzufuhr, daher eine Unterbrechung der Treibstoffzufuhr zur Maschine 1, ausgeführt, und dadurch die Drehzahl der Maschine 1 verringert. Dadurch wird auch die Drehzahl des Elektromotors 2 verringert, was eine Verringerung der durch den Motor 2 durch Energierückgewinnung im Generatorbetrieb erzeugten Spannung bewirkt. Wie oben beschrieben, überwacht die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 die Drehzahl der Maschine 1 in festgesetzten Zeitintervallen, und wenn eine Fehlfunktion des Motorsystems festgestellt wurde, wird die obere Grenze für die Drehzahl der Maschine 1 auf 5000 U/min festgesetzt.
Wenn dagegen in Schritt SB1 keine Fehlfunktion des Motorsystems ermittelt wurde, wird als nächstes in Schritt SB3 die obere Grenze der Drehzahl der Maschine 1 auf 7000 U/min festgesetzt.
Sobald die obere Grenze für die Drehzahl der Maschine 1 in Schritt SB2 oder SB3 festgesetzt wurde, wird in Schritt SB4 ermittelt, ob die momentane Drehzahl der Maschine 1 größer oder gleich der oben beschriebenen Grenze der Drehzahl der Maschine 1 ist. Wenn die momentane Drehzahl des Motors größer als die obere Grenze ist, wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen, was einem Vorgang entspricht, bei dem die Treibstoffzufuhr zum Motor ausgesetzt wird, und die Drehzahl der Maschine 1 verringert. Dadurch wird auch die Drehzahl des Elektromotors 2 verringert, was eine Verringerung der, durch den Motor 2 durch Energierückgewinnung, erzeugten Spannung bewirkt.
Wie oben beschrieben, überwacht die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 fortwährend die Drehzahl der Maschine 1, und wenn eine Fehlfunktion des Motorsystems ermittelt wurde, wird die obere Grenze für die Drehzahl der Maschine 1 auf 5000 U/min festgesetzt und die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 beschränkt die Drehzahl auf Werte unterhalb dieser oberen Grenze für die Drehzahl des Motors.
In Übereinstimmung mit der hier vorliegenden Ausführungsform der Erfindung hat der Elektromotor 2 die Leistungsfähigkeit 60 V pro 1000 U/min Drehzahl zu erzeugen. Die Spannung, die bei einer Drehzahl von 5000 U/min erzeugt wird ist (5000/1000) . 60 V = 330 V, was bedeutet, daß die vorliegende Ausführungsform die Spannungserzeugung so einschränkt, daß an der Motor-Antriebseinheit 7 keine Spannung von über 330 V anliegt. Hier wird definiert, daß eine Spannung von 330 V die maximal zulässige Spannung (withhold voltage) der Motor-Antriebseinheit 7 nicht überschreitet.
Damit übereinstimmend können Ausfälle oder die Verringerung der Lebensdauer der Motor- Antriebseinheit 7 vermieden werden, indem die Drehzahl der Maschine 1 beschränkt wird. Der Wert von 7000 U/min, der in dem Schritt SB3 "Obere Grenze der Drehzahl = 7000 U/min" erscheint, wird als oberer Grenzwert für die Drehzahl festgesetzt, um die Maschine 1 im normalen Fahrbetrieb zu schützen.
Der Verlauf der Drehzahl bei einer Fehlfunktion des Motorsystems während des Fahrbetriebs ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 stellt die senkrechte Achse die Drehzahl der Maschine 1 dar, die Abszisse die Zeit t. Der Merker, welcher unterhalb des Graphen für die Drehzahl aufgetragen ist, stellt ein Kennzeichen für die Notwendigkeit dar, die Drehzahl zu reduzieren. Wenn sich die Schaltvorrichtungen 10 und 11 im AUS-Zustand befinden/unterbrochen sind, wird dieser Merker auf "1" gesetzt, was der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 anzeigt, daß sie (nach dem Zeitpunkt T1) einen Steuerungs/Regelungsvorgang durchführen muß, um die Drehzahl zu reduzieren.
Es wird angenommen, daß eine Fehlfunktion des Motors zum Zeitpunkt T1 (in Fig. 4 dargestellt) von der (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 erkannt wird. Wenn die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 eine Fehlfunktion des Motorsystems erkennt, schaltet sie, entsprechend des Flußdiagramms aus Fig. 2, die Haupt- Schaltvorrichtung 11 auf AUS.
Die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 beginnt die Drehzahl des Motors 2 zu beschränken, nachdem die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 die Haupt- Schaltvorrichtung 11 ausgeschaltet hat. Da die obere Grenze der Drehzahl des Motors 2 auf 5000 U/min festgesetzt ist, verändert sich die Drehzahl des Motors nach dem Zeitpunkt T1 wie in Fig. 4 dargestellt.
Da die Haupt-Schaltvorrichtung 11 zum Zeitpunkt T1 ausgeschaltet wird, wird der Merker auf "1" gesetzt, was der Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 anzeigt, daß sie einen Steuerungs/Regelungsvorgang durchführen muß, um die Drehzahl zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, ist die Steuerungs/Regelungsvorrichtung des Hybridfahrzeugs, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform, in der Lage, zu verhindern, daß Komponenten des Motorsystems durch die, vom als Generator betriebenen Elektromotor 2 durch Energierückgewinnung erzeugte Spannung, beschädigt werden, wenn eine Fehlfunktion des Motorsystems erkannt worden ist. Dies geschieht, indem die Schaltvorrichtung ausgeschaltet wird, und die Drehzahl der Maschine 1 soweit beschränkt wird, daß keine Generator-Spannung größer als die Maximal zulässige Spannung der Komponenten erzeugt wird.
Wenn eine Fehlfunktion des Motorsystems erkannt wurde, wird der Betrieb des Motors 2 durch Unterbrechen der Schaltvorrichtungen eingestellt, und der Fahrbetriebsmodus des Fahrzeugs wird auf Betrieb durch die Maschine 1 alleine gesetzt. Gleichzeitig wird die Drehzahl des Motors 2 beschränkt, so daß die vom als Generator betriebenen Elektromotor 2 durch Energierückgewinnung erzeugte Spannung unterhalb der Maximal zulässigen Spannung der Komponenten des Motorsystems gehalten werden kann, um diese Komponenten vor Ausfällen und einer Verringerung der Lebensdauer zu schützen.
Eine Steuerungs/Regelungsvorrichtung eines Hybridfahrzeugs wird vorgeschlagen, die in der Lage ist, an den Elektromotor 2 angeschlossene Komponenten vor der von dem als Generator betriebenen Elektromotor beim Fahrbetrieb erzeugten Spannung zu schützen. Wenn die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 eine Fehlfunktion des Motorsystems, wie der Stromsensoren 13, 15, 17, der Spannungssensoren 14 und 16, und des Elektromotors 2 (Unterbrechung der Windung/Spulen), erkennt, stoppt die (Elektro-)Motor- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 die Motor-Steuerung/Regelung, indem die Haupt- Schaltvorrichtung 11 AUS-geschaltet/unterbrochen wird, und die Verbindung zwischen der Inverter-Motor-Antriebseinheit 7 und der Batterie 3 elektrisch getrennt wird. Gleichzeitig gibt die (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 ein Signal an die Maschinen- Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 weiter, welches die Fehlfunktion des Motorsystems anzeigt. Wenn die Fehlfunktion von der (Elektro-)Motor-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 5 erkannt wurde, und wenn die Haupt-Schaltvorrichtung 11 unterbrochen ist, steuert/regelt die Maschinen-Steuerungs/Regelungsvorrichtung 4 die Maschine 1 dergestalt, daß die Drehzahl der Maschine 1 unterhalb 5000 U/min gehalten wird.

Claims (1)

1. Steuerungs/Regelungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug umfassend:
einen ersten Motor (1) (insbesondere in Form einer Brennkraftmaschine);
einen zweiten Motor (2) (insbesondere in Form eines Elektromotors) um die Antriebskraft des ersten Motors zu unterstützen;
eine Batterievorrichtung (3), welche durch die vom zweiten Motor (2) durch Energierückgewinnung erzeugte elektrische Energie geladen wird;
eine Schaltvorrichtung (10 und 11), welche den zweiten Motor (2) und die Batterievorrichtung (3) verbindet; und
einen Inverter/Wechselrichter (7) zwischen dem zweiten Motor (2) und der Schaltvorrichtung (10 und 11);
wobei, wenn eine Komponente, die mit der Steuerung/Regelung des zweiten Motors zusammenhängt, eine Fehlfunktion aufweist, die Steuerungs/Regelungsvorrichtung des Hybridfahrzeugs die Schaltvorrichtung (10 und 11) unterbricht und die Drehzahl des ersten Motors (1) auf Werte unterhalb einer Drehzahl beschränkt, bei der die vom als Generator betriebenen zweiten Motor (2) durch Energierückgewinnung erzeugte Spannung auf Werte unterhalb einer maximal zulässigen Spannung des Inverters (7) beschränkt ist.
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