DE102008003661A1

DE102008003661A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008003661A1
Application number: DE102008003661A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gottwick; Arthur Schaefert; Juergen Binder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-16
Also published as: WO2009087012A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug anhand mindestens eines einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und mindestens eines Eingangssignals, wobegt: Erfassen mindestens eines dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und des mindestens einen Eingangssignals, Generieren eines Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs, basierend auf dem Sensorsignal und dem Eingangssignal, und Übertragung des Steuersignals an den elektrischen Antrieb.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug.
In den letzten Jahren hat die Popularität von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, seien es Hybridfahrzeuge die mit Verbrennungs- und E-Maschine angetrieben werden oder reine Elektrofahrzeuge, insbesondere in Hinblick auf gesetzliche Vorgaben zur Schadstoffreduktion stark zugenommen. Alle Fahrzeuge haben gemein, dass sie eine vorgeschriebene Feststellbremse aufweisen, die das Fahrzeug gegen ungewolltes Losrollen sichern kann. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe wird ein entsprechendes Losrollen in der Regel dadurch verhindert, dass im Stillstand im Getriebe die Zahnräder mechanisch, z. B. durch einen Bolzen blockiert werden, wenn der Fahrstufenwählhebel in die Stellung „P" gebracht wird.
Aus dem Stand der Technik sind noch weitere Verfahren bekannt, um ein Fahrzeug am Losrollen zu hindern, wie z. B. eine Hillholder-Funktion. Bei der sogenannten Hillholder-Funktion wird das Fahrzeug am Berg dadurch an einem etwaigen Losrollen gehindert, dass der Bremsdruck an den hydraulischen Radbremsen nachgeregelt wird, oder dass eine elektrische Feststellbremse nachgeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 weist vorteilhaft die Möglichkeit des aktiven Bremsen- bzw. Feststellbremseneingriffes auf, um so das Fahrzeug am Losrollen zu hindern, ohne dass der Fahrer die Feststellbremse betätigt hat.
Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass ein Feststellen des Fahrzeuges noch bei einer leichten Rollbewegung möglich ist, ohne dass ein Schaden am Getriebe verursacht wird.
Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug anhand mindestens eines einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und mindestens eines Eingangssignals, durch Erfassen mindestens eines dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und des mindestens einem Eingangssignals, Generieren eines Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs basierend auf dem Sensorsignal und dem Eingangssignal, und/oder Übertragen des Steuersignals an den elektrischen Antrieb.
Erfindungsgemäß ist der Antrieb des Fahrzeugs ein EC-Antrieb. Der EC-Antrieb weist eine E-Maschine und einen Umrichter auf, wobei die E-Maschine mit einer festen Übersetzung ständig mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelt ist.
Das mindestens eine Sensorsignal und das mindestens eine Eingangssignal können gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge aufgenommenen werden. Die Signale können kontinuierlich oder zeitdiskret, d. h. in bestimmten zeitlichen Abständen, aufgenommen werden.
Erfindungsgemäß kann das dem Zustand des Antriebs zuordenbare Sensorsignal eine Ist-Drehzahl des Antriebs, eine Soll-Drehzahl des Antriebs, ein Kommutierungswinkel des Antriebs und/oder ein auf den Antrieb einwirkenden Moment sein. Die Richtung der erfassten Drehzahl, sowie die Richtung des erfassten Moments ist dabei ohne Bedeutung, d. h. es spielt keine Rolle, ob das Fahrzeug in Fahrtrichtung nach vorne oder nach hinten rollt bzw. zu rollen beginnt.
Das erfasste Eingangssignal kann auf einer Sitzbelegung (belegt/nicht belegt), einer Türöffnung (offen/geschlossen), einer Feststellbremsschalterstellung (betätigt/nicht betätigt), einer Fahrstufenwählhebelstellung (P, R, N, 1, 2, 3, 4 etc.) und/oder der aktuellen Fahrstufe basieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bewirkt das Steuersignal eine Blockade des Antriebs. Durch ein Blockieren des Antriebs kann somit ein Verdrehen der E-Maschine und folglich der Antriebsräder verhindert werden, wodurch das gesamte Fahrzeug blockiert und am Losrollen gehindert wird.
Die oben erwähnte Blockade des Antriebs kann beispielsweise bei jedem Stillstand des Fahrzeugs erfolgen. Das heißt, wenn ein Fahrzeug als sicher stehend erkannt wird (Geschwindigkeit und Beschleunigung = 0) wird der Antrieb blockiert, ähnlich einer Hillholder-Funkton.
Die Blockade des Antriebs kann aber auch selektiv erfolgen. Das heißt, bei einem Stillstand des Fahrzeugs wird die Blockade nur dann aktiviert, wenn beispielsweise über weitere Sensoren (beispielsweise Sitzbelegung, Türkontakt) erkannt wird, dass der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat und weder die Feststellbremse betätigt wurde (Handbremsschalter), noch der Fahrstufenwählhebel in Position „P" gebracht wurde.
In einer weiteren Variante ist es möglich, dass die Blockade des Antriebs nur dann erfolgt, wenn erkannt wird, dass der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat, weder die Feststellbremse betätigt wurde, noch der Fahrstufenwählhebel in Position „P" gebracht wurde und das Fahrzeug beginnt loszurollen.
Ein Losrollen kann beispielsweise über Sensoren zur Erfassung der Raddrehzahl, und/oder der Beschleunigung erfasst werden. Es ist aber auch möglich, ein Losrollen aufgrund der festen Kopplung zwischen Antriebsrädern und E-Maschine durch eine Stellungsänderung der E-Maschine zu erkennen.
In einem bevorzugen Ausführungsbeispiel kann der Antrieb durch Ausgabe eines festen Kommuntierungswinkels an die Steuerung der E-Maschine blockiert werden.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Antrieb durch die Vorgabe einer festen Winkelposition in einem Positionsregler im Umrichter blockiert werden.
Ferner kann in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Aktvierung aller LowSide-Leistungshalbleiter im Umrichter, wodurch die Stränge der E-Maschine kurzgeschlossen werden, der Antrieb blockiert werden.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel kann der Antrieb durch einen getakteter Kurzschluss blockiert werden.
Ferner ist es möglich eine Blockade des Antriebs dadurch zu erreichen, dass in der E-Maschine ein Rückstellmoment erzeugt wird, welches in seiner Größe dem auf den Antrieb einwirkenden Moment entspricht, diesem jedoch entgegenwirkt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug, anhand mindestens eines einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und mindestens einem Eingangssignals, mit einer Erfassungseinrichtung, um mindestens eines dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignal zu erfassen, einer Erfassungseinrichtung, um mindestens ein Eingangssignal zu erfassen, einer Einrichtung, um ein Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs basierend auf dem erfassten Sensorsignal und dem erfassten Eingangssignal zu generieren, und/oder einer Übertragungseinrichtung, um das Steuersignal an den elektrischen Antrieb zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Struktur eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer E-Maschine,
2a–c beispielhafte Flussdiagramme des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 ein schematisches Blockdiagramm einer softwarebasierten Ausführung entsprechend einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Struktur eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 mit einer E-Maschine 11. Das Fahrzeug hat vier Räder 21, 22, wovon mindestens zwei Räder Antriebsräder 21 sind, die von der E-Maschine 11 angetrieben werden. Die Antriebsräder 21 sind über eine feste Übersetzung im Differenzial 12 mit der E-Maschine 11 gekoppelt. Die E-Maschine 11 wird über einen Umrichter 13 mit Wechselspannung versorgt. Umgekehrt kann der Umrichter 13 auch eine Wechselspannung, die in der E-Maschine 11 erzeugt wird in eine Gleichspannung umwandeln. Der Umrichter 13 ist mit einem Gleichspannungswandler 14 verbunden. Der Gleichspannungswandler 14 wandelt eine vom Umrichter 13 gelieferte Gleichspannung einer Höhe in eine Gleichspannung anderer Höhe um, wobei die Spannungshöhe der Ladespannung einer Batterie 15 entspricht. Die Batterie 15 ist mit dem Gleichspannungswandler 14 verbunden. Die Batterie 15 kann eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, Lithium-Polymer-Batterie, eine Lithium-Polymer-Batterie oder eine Nano-Batterie sein. Ferner sind der Umrichter 13 und der Gleichspannungswandler 14 mit einer Brennstoffzelle 16 verbunden. Die Brennstoffzelle kann dabei eine AFC (Alkaline Fuel Cell), eine PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), eine DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), eine PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), eine MCFC (holten Carbonate Fuel Cell), oder eine SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) sein. Die Brennstoffzelle 16 wird dabei aus einem Tank 17 mit einem Anodengas versorgt, entsprechend dem Brennstoffzellentyps (Wasserstoff, Methanol, Methan oder Kohlegas). Mittels der Batterie 15 ist es möglich, eine zweite elektrische Versorgung, alternativ zu dem Hochleistungsspeicher Brennstoffzelle 16, bereitzustellen. Der Antrieb kann auch mittels der zweiten elektrischen Versorgung erfolgen.
Es ist auch mögliche, wenn sich die Kapazität der Brennstoffzelle 16 und/oder der Batterie 15 erschöpft, dass im Stillstand des Fahrzeugs automatisch ein Bolzen im Getriebe eingerastet wird, um so ein unkontrolliertes Losrollen des Fahrzeugs zu verhindern.
Des Weiteren ist es möglich, dass der Fahrer durch haptische, optische und/oder akustische Signale darauf hingewiesen wird, dass sich das Fahrzeug in einem ungesicherten Zustand befindet, d. h. das Fahrzeug losrollen kann. Dies gibt dem Fahrer die Möglichkeit, das Fahrzeug durch geeignete Mittel zu sichern.
In 2a ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Nachdem das Verfahren im Schritt 41 gestartet wurde, wird im Schritt 42 überprüft, ob das Fahrzeug still steht. Diese Überprüfung wird solange ausgeführt, bis ein Stillstehen des Fahrzeugs erkannt wird. Um ein Stillstehen zu erkennen reicht es aus, dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb eines vorbestimmten Schellenwertes befindet. Ist dies der Fall, wird im Schritt 43 eine Blockade des Antriebs veranlasst. Nachdem der Antrieb im Schritt 43 blockiert wurde, wird das Verfahren im Schritt 44 beendet.
2b stellt eine weitere Ausführungsform dar. In dieser Ausführung wird, nachdem das Verfahren im Schritt 41 gestartet wurde, wird im Schritt 45 überprüft, ob der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat. Dies kann anhand mindestens einem der folgenden Signale geschehen: Sitzbelegung (belegt/nicht belegt), Türöffnung (offen/geschlossen), Feststellbremsschalterstellung (betätigt/nicht betätigt), Fahrstufenwählhebelstellung (P, R, N, 1, 2, 3, 4 etc.) und/oder aktuelle Fahrstufe. Diese Überprüfung wird solange ausgeführt, bis erkannt wird, dass der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat. Ist dies der Fall, wird im Schritt 43 eine Blockade des Antriebs veranlasst. Nachdem der Antrieb im Schritt 43 blockiert wurde, wird das Verfahren im Schritt 44 beendet.
In 2c ist noch eine weitere Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in 2b beschriebenen Ausführung dadurch, dass nachdem im Schritt 45 überprüft wurde, ob der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat, im Schritt 46 überprüft wird, ob das Fahrzeug losrollt. Um ein Losrollen zu erkennen reicht es aus, dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugs oberhalb eines vorbestimmten Schellenwertes befinden. Ist dies der Fall, wird im Schritt 43 eine Blockade des Antriebs veranlasst. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren wieder bei Schritt 45 fortgesetzt. Nachdem der Antrieb im Schritt 43 blockiert wurde, wird das Verfahren im Schritt 44 beendet.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen, softwarebasierten Ausführung der vorgeschlagenen Vorrichtung 30 zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug. Die vorgeschlagene Vorrichtung enthält eine Verarbeitungseinheit PU 31, die irgendein Prozessor oder Computer mit einer Steuereinheit sein kann, wobei die Steuereinheit Steuerungen basierend auf Softwareroutinen eines in einem Speicher MEM 32 gespeicherten Programms ausführt. Programmbefehle werden aus dem Speicher 32 geholt und in die Steuereinheit der Verarbeitungseinheit 31 geladen, um die Verarbeitungsschritte der oben, mit Bezug auf die 2a–c, beschriebenen Funktionalitäten auszuführen. Diese Verarbeitungsschritte können auf der Ba sis von Eingangsdaten DI ausgeführt werden und Ausgangsdaten DO erzeugen, wobei die Eingangsdaten mindestens einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und/oder des mindestens einem Eingangssignals entsprechen können, und die Ausgangsdaten DO einem Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Antriebs entsprechen können.
Es wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug beschrieben, wobei mindestens ein dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignal und mindestens ein Eingangssignal erfasst werden, ein Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs basierend auf dem Sensorsignal und dem Eingangssignal generiert wird, und das Steuersignal an den elektrischen Antrieb übertragen wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagenen Lösungen entsprechend den oben genannten Ausführungsformen als Softwaremodule in den entsprechenden Funktionsblöcken implementiert werden können. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch bei anderen Antrieben angewendet werden kann.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass, während bevorzugte und beispielhafte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, verschiedene Änderungen vorgenommen werden können ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die detaillierte Beschreibung der bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen auf diese beschränkt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug (10), anhand mindestens eines einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und mindestens eines Eingangssignals, wobei die Steuerung durch die folgenden Schritte erfolgt: – Erfassen mindestens eines dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und des mindestens einem Eingangssignals, – Generieren eines Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs basierend auf dem Sensorsignal und dem Eingangssignal, und – Übertragung des Steuersignals an den elektrischen Antrieb.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Zustand des Antriebs zuordenbare Sensorsignal einer Drehzahl des Antriebs, einem Kommutierungswinkel des Antriebs oder einem auf den Antrieb einwirkenden Moment entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal auf einer Sitzbelegung, einem Türkontakt, einer Feststellbremsschalterstellung und/oder einer Fahrstufenwählhebelstellung basiert.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal eine Blockade des Antriebs bewirkt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuersignal ein getakteter Kurzschluss im Antrieb erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Fahrantrieb mit einer E-Maschine (11) und einem Umrichter (13) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal einen Kommutierungswinkel in der E-Maschine (11) einstellt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuersignal ein Rückstellmoment in der E-Maschine (11) erzeugt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal eine Winkelposition in einem Positionsregler im Umrichter (13) einstellt.
Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug (10), anhand mindestens eines einem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignals und mindestens einem Eingangssignals, mit: – einer Erfassungseinrichtung, um mindestens eines dem Zustand des Antriebs zuordenbaren Sensorsignal zu erfassen, – einer Erfassungseinrichtung, um mindestens ein Eingangssignal zu erfassen, – einer Einrichtung, um ein Steuersignals zur Steuerung des elektrischen Antriebs basierend auf dem erfassten Sensorsignal und dem erfassten Eingangssignal zu generieren, und – einer Übertragungseinrichtung, um das Steuersignal an den elektrischen Antrieb zu übertragen.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.