DE102010008050A1

DE102010008050A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Motorsteurungsschaltung in einem Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102010008050A1
Application number: DE102010008050A
Authority: DE
Inventors: Harry J. Troy Bauer; Wei d. Troy Wang; Bon Ho Torrance Bae; William R. Milford Cawthorne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: US20100213948A1; US8054083B2; CN101902198A; DE102010008050B4; CN101902198B

Abstract

Ein hybrides Elektrofahrzeug (HEV) weist einen Algorithmus zum Ausführen eines Verfahrens zum Diagnostizieren einer Hochspannungsstörungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord des HEV auf. Das HEV umfasst eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie), ein Hilfsleistungsmodul (APM), ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) und eine dreiphasige Motor/Generatoreinheit (MGU). Ein Controller führt das Verfahren aus, um dadurch einen DC-Ausgangsstrom aus der HV-Batterie, einen DC-Eingangsstrom in das APM und ein Paar von AC-Phasenströmen in der MGU zu messen. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein DC-Eingangsstrom in das PIM unter Verwendung der AC-Phasenströme berechnet wird, die HV-Störungsbedingung unter Verwendung der DC-Ausgangsströme und der DC-Eingangsströme diagnostiziert wird und eine Steuerungsmaßnahme in Ansprechen auf die diagnostizierte Bedingung ausgeführt wird. Das Verfahren kann umfassen, dass das APM ausgeschaltet wird, um zu ermitteln, ob das APM die Ursache der HV-Störungsbedingung ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Motorsteuerungsschaltung an Bord eines hybriden Elektrofahrzeugs, und insbesondere das Diagnostizieren einer möglichen elektrischen Hochspannungsstörungsbedingung in einer Komponente derselben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem dreiphasigen Motor vom Permanentmagnet- und Induktionstyp induziert ein Anlegen einer dreiphasigen Wechselspannung (AC-Spannung) an die Statorwicklungen ein sich um den Rotor herum veränderndes Magnetfeld, wobei die Kraft eines entgegenwirkenden Magnetfelds, sei es nun induziert oder von einem Satz von Permanentmagneten erzeugt, bewirkt, dass sich eine Rotorwelle dreht. Drehmoment, das von der Rotorwelle bereitgestellt wird, kann dann nach Bedarf genutzt und eingesetzt werden, um in einem System nützliche mechanische Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann die Rotorwelle ein System mit einem riemengetriebenen Generatorstarter (BAS-System) eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs antreiben, um einen schnellen Neustart des HEV nach einem automatischen Stoppereignis zu ermöglichen. Auf die gleiche Weise kann die Rotorwelle bei einem Vollhybridkonzept selektiv mit einer Getriebewelle verbunden werden, um das Fahrzeug elektrisch anzutreiben.
Um die korrekte Funktion der verschiedenen Komponenten einer Motorsteuerungsschaltung an Bord des HEV sicherzustellen, wie etwa der Elektromotor- oder Motor/Generator-Einheit (MGU), eines Hilfsleistungsmoduls (APM) und eines Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls (PIM), wird gewöhnlich ein Phasenstromsensor innerhalb der MGU positioniert, um jeden der drei Phasenströme, die von dem PIM an die MGU übertragen werden, direkt zu messen. Eine elektronische Steuerungseinheit oder ein Controller in Verbindung mit jedem der Sensoren der drei Phasenströme kann einen Phasenstromfehler ermitteln, indem sie bzw. er die verschiedenen Phasenströme aufaddiert und eine Diagnoseausfallbedingung setzt, wenn die Summe einen Nullwert oder einen nahe bei null kalibrierten Schwellenwert überschreitet. Bei einigen Zwecken, welche die Verwendung von drei verschiedenen Phasenstromsensoren in der Motorsteuerungsschaltung umfassen, können derartige Verfahren suboptimal sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine elektrische Hochspannungs-Störungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord eines HEV zu ermitteln, das eine Motorsteuerungsschaltung aufweist, die eine HV-Batterie, eine MGU, ein APM und ein PIM umfasst. Eine derartige MGU kann beispielsweise als Teil eines riemengetriebenen Generatorstartersystems (BAS-Systems) verwendet werden, um das HEV nach einem automatischen Stoppereignis selektiv neu zu starten. Im Umfang der Erfindung verwendet die Motorsteuerungsschaltung nur ein Phasenstromsensorpaar in Verbindung mit einem DC-Stromsensorpaar, wobei ein DC-Stromsensor zum Messen des DC-Ausgangsstroms aus der HV-Batterie und ein weiterer DC-Stromsensor zum Messen des DC-Eingangsstroms in das APM positioniert ist. Der DC-Eingangsstrom in das PIM wird nicht direkt gemessen, sondern stattdessen von einer elektronischen Steue rungseinheit oder einem Controller berechnet, die bzw. der einen Algorithmus, welcher zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wie hier nachstehend im Detail offengelegt wird, enthält oder Zugriff auf diesen hat.
Insbesondere verwendet das Verfahren oder der Algorithmus Phasenstrommesswerte, die von dem Phasenstromsensorpaar bereitgestellt werden, um eine Reihe von Berechnungen und Schwellenwertvergleichsschritten auszuführen. Zum Beispiel wird der DC-Eingangsstrom in das APM und das PIM von dem DC-Ausgangsstrom aus der HV-Batterie subtrahiert und das Resultat wird mit einem kalibrierten Schwellenwert verglichen, um zu ermitteln, ob an Bord des HEV eine vorbestimmte HV-Störungsbedingung existiert. Die ausgefallene Komponente kann dann isoliert werden und nach Bedarf kann in Abhängigkeit von der Komponente, die als die Ursache der HV-Störungsbedingung diagnostiziert wurde, eine geeignete Steuerungsmaßnahme oder Korrekturmaßnahme ausgeführt werden.
Das heißt, dass der Controller fortfahren kann, die Erzeugung von Antriebsdrehmoment an Bord des HEV zuzulassen, wenn ermittelt wird, dass das APM die Quelle oder Ursache der HV-Störungsbedingung ist, und auf die gleiche Weise eine Drehmomenterzeugung deaktivieren kann, wenn ermittelt wird, dass die HV-Batterie oder das PIM die Quelle ist. Unabhängig davon, welche Komponente als die wahrscheinliche Quelle diagnostiziert wird, kann der Controller eine akustische/visuelle Einrichtung innerhalb des HEV selektiv aktivieren und/oder einen oder mehrere Ausfallmerker und/oder Diagnosecodes für die ausgefallene Komponente setzen, oder er kann eine beliebige andere geeignete Steuerungsmaßnahme ergreifen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines hybriden Elektrofahrzeugs oder HEV mit einer erfindungsgemäßen Motorsteuerungsschaltung;
2 ist ein graphisches Flussdiagramm, das ein Verfahren oder einen Algorithmus zum Ausführen einer Stromsensorplausibilitätsdiagnose an Bord des HEV von 1 beschreibt;
3 ist ein graphisches Flussdiagramm, das beispielhafte Vorbedingungsprüfungen beschreibt, die zur Verwendung mit dem Algorithmus von 2 geeignet sind; und
4 ist ein graphisches Flussdiagramm, das einen beispielhaften Satz von Schritten zum Isolieren einer ausgefallenen Komponente in der in 1 gezeigten Motorsteuerungsschaltung beschreibt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, und mit 1 beginnend, umfasst ein hybrides Elektrofahrzeug oder HEV 10 eine Motorsteuerungsschaltung 20. Die Motorsteuerungsschaltung 20 umfasst eine elektronische Steuerungseinheit oder einen Controller (C) 50 mit einem Algorithmus 100 zum Diagnostizieren einer elektrischen Hochspannungsstörungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord des HEV 10 und zum Steuern des Leistungsflusses an verschiedene Komponenten des HEV 10. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das HEV 10 als ein Mildhybrid ausgestaltet und umfasst daher eine Motor/Generatoreinheit oder MGU 90, die zur Verwendung in einem riemengetriebenen Generatorstartersystem (BAS-System) geeignet ist. Wie der Fachmann versteht, kann ein BAS-System eine MGU verwenden, um einen (nicht gezeigten) Rippenkeilriemen der Maschine nach einem automatischen Stoppereignis, z. B. einem temporären Status mit ausgeschalteter Maschine, um Kraftstoff zu sparen, wenn das HEV 10 an einer Kreuzung oder einer Parkbucht hält, oder bei anderen temporären Leerlaufbedingungen zu drehen, wodurch eine Fahrt des HEV 10 schnell wieder aufgenommen wird.
Die Motorsteuerungsschaltung 20 umfasst ein HV-Energiespeichersystem oder eine HV-Batterie 60, mit in etwa 60–300 Volt (V) oder mehr, die eine DC-Stromversorgung an ein Hilfs- oder Zubehörleistungsmodul (APM) 70 und einen Elektromotorinverter oder ein Gleichrichter/Wechselrichtermodul (PIM) 80 und letztlich an die MGU 90 liefert. Im Umfang der Erfindung kann das APM 70 als ein DC/DC-Leistungswandler ausgestaltet sein, der zum Umsetzen einer DC-Leistungsversorgung von einem relativ hohen Spannungsniveau der HV-Batterie 60 auf ein niedrigeres Spannungsniveau ausgelegt ist, das zum Versorgen einer oder mehrerer (nicht gezeigter) Zubehöreinrichtungen an Bord des HEV 10 mit Leistung geeignet ist, z. B. ein Radio, ein elektronisches Bremssystem, elektrische Sitze, Fenster, Türschlösser usw., und umgekehrt, wie von einer elektronischen Steuerungseinheit oder einem Controller (C) 50 bestimmt wird. Das niedrigere oder Hilfsspannungsniveau, üblicherweise etwa 12–14 Volt, ist nach Bedarf zum Laden einer (nicht gezeigten) Hilfsbatterie und/oder zum direkten Versorgen eines oder mehrerer (nicht gezeigter) Hilfssysteme an Bord des HEV 10 mit Leistung geeignet.
Der Controller 50 kann als ein verteiltes oder zentrales Steuerungsmodul ausgestaltet sein, das derartige Steuerungsmodule und Fähigkeiten aufweist, wie sie notwendig sein können, um die gesamte benötigte Leistungsfluss-Steuerungsfunktionalität an Bord des HEV 10 auf die gewünschte Weise auszuführen. Zudem kann der Controller 50 als ein universaler digitaler Computer ausgestaltet sein, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, analog/digital-(A/D) und digital/analog-(D/A) Schaltungen, und Eingabe/Ausgabeschaltungen und Einrichtungen (E/A) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen umfasst. Alle im Controller 50 vorhandenen oder für diesen zugänglichen Algorithmen, welche einen erfindungsgemäßen Motorsteuerungsalgorithmus 100 wie nachstehend beschrieben umfassen, können im ROM gespeichert sein und ausgeführt werden, um die jeweilige Funktionalität bereitzustellen.
Immer noch mit Bezug auf 1 ist der Controller 50 jeweils mit der HV-Batterie 60, dem APM 70, dem PIM 80 und der MGU 90 über eine HV-Verbindung elektrisch verbunden, welche nachstehend hier als der HV-Bus 15 bezeichnet wird. Ein Satz DC-Stromsensoren (S) 30A, 30B ist innerhalb der Motorsteuerungsschaltung 20 positioniert, um die Amplitude eines bidirektionalen elektrischen DC-Stroms, der zwischen der HV-Batterie 60 und dem APM 70 fließt, zu erfassen, zu detektieren, zu messen oder anderweitig zu ermitteln. Der von der HV-Batterie 60 gelieferte DC-Ausgangsstrom ist in 1 durch die bidirektionalen Pfeile I_BAT dargestellt und wird durch den HV-Bus 15 an einen Knoten 14 der Motorsteuerungsschaltung 20 geleitet oder übertragen. Der DC-Strom (I_BAT) teilt sich bei Knoten 14 auf, wobei ein erster Teil als ein DC-Eingangsstrom (I_APM) zum Erregen des APM 70 wirkt und ein zweiter Teil als ein DC-Eingangsstrom (I_PIM) wirkt, der das PIM 80 erregt.
Wie vorstehend kurz erörtert wurde, umfasst die Motorsteuerungsschaltung 20 das DC-Stromsensorpaar (S) 30A, 30B. Zusätzlich umfasst die Motorsteuerungsschaltung 20 ein AC-Phasenstromsensorpaar 40A, 40B, welche wie gezeigt innerhalb des PIM 80 positioniert oder eingebaut sein können, um Verdrahtungskosten zu verringern. Die Phasenstromsensoren 40A, 40B messen nur zwei der drei bidirektionalen AC-Phasenströme, die an Statorwicklungen 45 eines Statorabschnitts der MGU 90 geliefert werden, wobei die zwei Phasenströme in 1 durch die bidirektionalen Pfeile A und B dargestellt sind. Ein in dem Stator der MGU 90 induziertes Magnetfeld erregt schließlich einen Satz von Rotorwicklungen 48 eines Rotorabschnitts 46 derselben, wodurch der Rotorabschnitt 46 gedreht wird, wie durch den Pfeil C angezeigt ist.
Unter Verwendung nur der zwei gemessenen Phasenströme (Pfeile A, B) von den Phasenstromsensoren 40A, 40B kann ein DC-Eingangsstrom an das PIM 80 (I_PIM) von dem Algorithmus 100 des Controllers 50 berechnet werden. Das heißt, dass beide Stromsensoren 30A, 30B ihre jeweiligen Stromlesewerte über eine hart verdrahtete oder drahtlose Verbindung oder einen Steuerungsweg 17 an den Controller 50 zur Verwendung durch einen Algorithmus 100 liefern, der in dem Controller 50 vorhanden ist oder andernfalls für diesen leicht zugänglich ist. Der Controller 50 steht über einen weiteren Steuerungsweg 17 auch in einer hart verdrahteten oder drahtlosen Verbindung mit dem Stromsensorpaar 30A, 30B, sodass der Controller 50 jeden der erforderlichen bidirektionalen elektrischen Stromwerte, d. h. I_BAT, I_APM, I_PIM und das Paar von Phasenströmen, das durch die Pfeile A und B dargestellt ist, direkt messen oder schnell berechnen oder anderweitig ermitteln kann.
Mit Bezug auf 2 und mit spezieller Bezugnahme auf die verschiedenen Komponenten des HEV 10 von 1 ist der Controller 50 ausgelegt, um das erfindungsgemäße Verfahren über den Algorithmus 100 auszuführen, um eine Plausibilitätsdiagnoseprüfung der elektrischen Stromsensoren für das HEV 10 durchzuführen oder auszuführen, d. h. um eine HV-Störungsbedingung an Bord des HEV 10 zu diagnostizieren. Eine derartige HV-Störungsbedingung kann beispielsweise einen Ausfall eines beliebigen der Sensoren 30A, 30B, 40A, 40B, einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem HV-Bus 15 des HEV und dem Fahrwerk des HEV 10, einen elektrischen Kurzschluss zwischen einer Phasenwicklung der MGU 90, ausgefranste Kabel usw. umfassen.
Der Algorithmus 100 beginnt bei Schritt 200, bei dem der Controller 50 verifiziert, ob eine oder mehrere Vorbedingungen zum Fortsetzen der Ausführung des Algorithmus 100 erfüllt sind. Ein beispielhafter Satz derartiger Vorbedingungen zum Fortsetzen der Ausführung des Algorithmus 100 umfasst eine Ermittlung, dass ein Fahrzeugschlüssel oder eine Zündung auf „laufen” gestellt ist und ein Hochspannungsbatterieschütz geschlossen ist, wie nachstehend später mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Wenn diese oder andere gewünschte Vorbedingungen nicht erfüllt sind, dann ist der Algorithmus 100 beendet. Der Controller 50 kann nach einer vorbestimmten Warteperiode von neuem mit Schritt 200 fortfahren, wodurch der Schritt 200 effektiv danach in einer Schleife wiederholt wird, bis die erforderlichen Vorbedingungen erfüllt sind. Sobald der Controller 50 ermittelt, dass die Vorbedingungen von Schritt 200 erfüllt sind, geht der Controller 50 zu Schritt 300 weiter.
Bei Schritt 300 kann der Controller 50 einen Satz von Werten für eine Anzahl von vorzeichenlosen ganzzahligen Zählern und/oder zugehörigen Bestanden-, Ausfall- und Abtastmerkern zurücksetzen. Zum Beispiel kann der Controller 50 jeweils einen „Ausfallzähler”-Merker, einen „Abtastzähler”-Merker und einen „Stromsensorplausibilitätsausfallmerker (CRF-Merker)” zurück oder auf null setzen. Sobald die erforderlichen Werte zurück oder auf null gesetzt wurden, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 400 weiter.
Bei Schritt 400 empfängt oder extrahiert der Controller 50 Daten von den DC-Stromsensoren 30A, 30B, um die Werte der gemessenen DC-Ausgangs- und Eingangs-Ströme, d. h. I_BAT bzw. I_APM zu ermitteln. Diese Werte können im Speicher temporär gespeichert oder aufgezeichnet werden. Der Controller 50 geht dann zu Schritt 410 weiter.
Bei Schritt 410 berechnet der Algorithmus 100 den Wert des DC-Eingangsstroms für das PIM 80 (I_PIM) unter Verwendung der gemessenen AC-Phasenströme von den zwei Phasenstromsensoren 40A, 40B (Pfeile A, B) und zeichnet diesen Wert im Speicher auf. Zum Beispiel kann der DC-Strom für einen gegebenen Impulsbreitenmodulationszyklus (PWM-Zyklus) unter Verwendung der drei Phasenströme berechnet werden, wobei die zwei gemessenen Phasenströme verwendet werden, um den dritten zu berechnen. Das heißt, dass die Phasen A und B mit den Stromsensoren 30A, 30B gemessen werden, wie in 1 gezeigt ist, während Phase C, die keinen zugehörigen Sensor aufweist, aus den Phasen A und B berechnet wird.
Wie der Fachmann versteht, kann man sich die zwei augenblicklichen Phasenstrommesswerte unter der Voraussetzung einer Abtastrate, die hoch oder schnell genug ist, als den nicht veränderlichen oder konstanten Phasenstrom über die Abtastperiode vorstellen. Zusammen mit einem bekannten Satz von PWM-Tastverhältnissen, der angelegt wird, um dreiphasige Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode oder IGBTs zu steuern, kann man den mittleren PIM-Eingangs-DC-Strom (I_dc) über diesen PWM-Zyklus unter Verwendung der Formel: I_dc = (Da – Dc)·Ia + (Db – Dc)·Ib berechnen, wobei die Variablen Da, Db und Dc das gesteuerte Tastverhältnis für den dreiphasigen IGBT sind und wobei die Variablen Ia und Ib die bei der Abtastung gemessenen Ströme der Phasen A und B sind. Man kann auch einen Mittelwert über eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen aufnehmen, um einen DC-Strommittelwert für eine besser gefilterte Version der DC-Stromberechnung zu erhalten. Wie auch immer der Wert des DC-Eingangsstroms (I_PIM) ermittelt wird, sobald er bekannt ist, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 420 weiter.
Bei Schritt 420 berechnet der Controller 50 einen augenblicklichen Wert (X) unter Verwendung der folgenden Absolutwertgleichung: X = |I_BAT – I_APM – I_INV|. Wenn dieser augenblickliche Wert (X) über eine kalibrierte Periode hinweg größer als ein Ausfallschwellenwert ist, dann kann der „Ausfallzähler” inkrementiert werden. Der Controller 50 zeichnet auch auf oder vermerkt anderweitig durch ein beliebiges geeignetes Mittel, wie etwa durch Inkrementieren einer zugeordneten „Abtastzähler”-Variable, dass er Abtastwerte aufgenommen hat oder eine Abtastoperation durchgeführt hat.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der augenblickliche Wert (X) unter Verwendung einer Steuerungsschleife von etwa 10 Millisekunden (ms) über ein Intervall von etwa 200 ms hinweg berechnet werden, obwohl auch andere Intervalle und/oder Steuerungsschleifen-Zykluszeiten verwendet werden können, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Nach Abschluss von Schritt 420 geht der Algorithmus 100 zu Schritt 430 weiter.
Bei Schritt 430 kann der Wert eines Stromsensor-Plausibilitätsmerkers (CRF-Merkers) unter Verwendung der folgenden Logik ermittelt werden: Wenn der Wert des Ausfallzählers größer als eine vorkalibrierte Schwellenwertzahl ist, dann kann der CRF-Merker auf „1”, „wahr”, „bestanden” oder einen beliebigen anderen geeigneten Wert gesetzt werden. Andernfalls kann der CRF-Merker auf „0”, „falsch”, „ausgefallen” oder einem beliebigen anderen geeigneten Wert gesetzt werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller 50 programmiert sein, um etwa 25 Abtastwerte aufzunehmen oder zu sammeln, wobei etwa 20 dieser Abtastwerte benötigt werden, um über den Ausfallschwellenwert zu gelangen. Alternativ kann ein „schnell bestanden”-Kriterium im Umfang der Erfindung bereitgestellt werden. Wenn als Beispiel bei Abtastwert 7 von 25 vom Algorithmus 100 noch kein Ausfallabtastwert ermittelt wurde, ist es logisch unmöglich, innerhalb der beispielhaften zugeordneten Abtastgröße von 25, d. h. 25 – 7 = 18, 20 Ausfälle zu erreichen. Stattdessen kann der Controller 50 das Abtastfenster zurücksetzen und von neuem mit dem Abtasten beginnen. Nach dem Ermitteln des Werts des CRF-Merkers bei Schritt 430 geht der Algorithmus 100 zu Schritt 440 weiter.
Bei Schritt 440 kann der Wert des CRF-Merkers verwendet werden, um die nächste Maßnahme zu bestimmen. Das heißt, dass der Controller 50 dann, wenn der CRF-Merker auf „falsch” gesetzt ist, Schritt 400 wiederholen kann, da die aktuellen Werte plausibel oder nicht ungewöhnlich zu sein scheinen. Wenn der CRF-Merker auf „wahr” gesetzt ist, dann geht der Controller 50 zu Schritt 500 weiter.
Bei Schritt 500, von dem eine Ausführungsform in 4 genauer beschrieben ist, wie nachstehend erläutert wird, isoliert der Controller 50 die wahrscheinlich ausgefallene Komponente oder Komponenten der Motorsteuerungsschaltung 20, was zu der diagnostizierten Sensorirrationalität des Systems führt. Nach dem Isolieren der ausgefallenen Komponente geht der Algorithmus 100 zu Schritt 600 weiter.
Bei Schritt 600 führt der Controller 50 eine oder mehrere geeignete Steuerungsmaßnahmen in Ansprechen auf die ausgefallene Komponente aus. Die Steuerungsmaßnahme kann in Abhängigkeit von der speziellen Komponente variieren, die als die Ursache der Sensorirrationalität ermittelt wurde. Zum Beispiel kann ein vollständiges Abschalten des HEV 10 ausgeführt werden, wenn ermittelt wird, dass die HV-Batterie 60 oder das PIM 80 die Ursache des Ausfalls sind, wodurch die Erzeugung von Antriebsdrehmoment an Bord des HEV 10 verhindert wird. Wenn ermittelt wird, dass das APM 70 die Ursache ist, kann das Antriebsdrehmoment aktiviert bleiben.
In jedem Fall kann der Controller 50 einen Komponentenausfallmerker oder einen Diagnosecode setzen, um die Wartung oder Instandhaltung zu erleichtern. Ein derartiger Code kann an einen entfernten Ort über ein (nicht gezeigtes) Telematiksystem übertragen werden, wenn das HEV 10 entsprechend ausgestattet ist. Gleichermaßen kann ein Maschinenprüflicht und/oder ein anderer akustischer/visueller Akustikalarm in der Fahrgastzelle des HEV 10 selektiv aktiviert werden, um einen Fahrer vor der potentiellen elektrischen HV-Störung zu warnen. Sobald eine geeignete Steuerungsmaßnahme ausgeführt wurde, wird der Algorithmus 100 beendet.
Mit Bezug auf 3 beginnt ein beispielhafter Satz von Vorbedingungen für den Schritt 200 (siehe 2) des Algorithmus 100 mit Schritt 204, bei dem der Controller 50 Werte empfängt, liest, erfasst oder anderweitig ermittelt, die einem Satz von Fahrzeugschwellenwertbedingungen entsprechen. Bei der Ausführungsform von 3 umfassen die Daten, die zum Ermitteln des Vorhandenseins oder des Fehlens von Vorbedingungen benötigt werden, die Position oder den Status eines Zündschlüssels, Schalters, Knopfs oder einer anderen Ein/Aus-Starteinrichtung des HEV 10 und/oder einen Status eines HV-Relais oder Schützes 11 in der Motorsteuerungsschaltung 20, das sich automatisch schließt, wenn das HEV 10 gestartet wird. Sobald derartige Daten ermittelt sind, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 206 weiter.
Bei Schritt 206 ermittelt der Algorithmus 100, ob die bei Schritt 204 ermittelten Daten einem vorbestimmten Fahrzeugstatus entsprechen, wie vorstehend erläutert, d. h., ob die Zündung oder der Fahrzeugschlüssel auf „laufen” gestellt ist. Wenn die Vorbedingung von Schritt 206 nicht erfüllt ist, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 212 weiter, während der Algorithmus 100 andernfalls zu Schritt 208 weitergeht.
Wenn die Schlüsselposition auf laufen gestellt ist, dann kann der Controller 50 bei Schritt 208 verifizieren, dass das HEV 10 läuft, indem ein offener/geschlossener Status des Schützes 11 ermittelt wird. Wenn das Schütz 11 geschlossen ist, dann geht der Controller 50 zu Schritt 210 weiter, wobei der Algorithmus 100 andernfalls zu Schritt 212 weitergeht.
Bei Schritt 212 ermittelt der Algorithmus 100, dass die erforderlichen Vorbedingungen von Schritt 206 und 208 erfüllt sind. In Ansprechen auf diese Ermittlung kann der Controller einen Merker setzen oder eine beliebige andere geeignete Maßnahme ergreifen, welche eine fortgesetzte Ausführung des Algorithmus 100 ermöglicht. Der Algorithmus 100 geht dann zu Schritt 300 weiter, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erläutert ist.
Mit Bezug auf 4 isoliert eine beispielhafte Ausführungsform des Schrittes 500 des Algorithmus 100, der vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben ist, die ausgefallene Komponente der Motorsteuerungsschaltung 20 von 1 auf effektive Weise. Mit Schritt 510 beginnend schaltet der Controller 50 das APM 70 aus oder fährt es herunter, wodurch der DC-Strom (I_APM) von der Motorsteuerungsschaltung 20 effektiv entfernt wird. Nachdem das APM 70 heruntergefahren wurde, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 530 weiter.
Bei Schritt 530 liest der Controller 50 den DC-Stromwert vom DC-Stromsensor 30A, ignoriert aber den DC-Stromwert vom Sensor 30B des APM 70. Der Controller 50 liest oder empfängt auch die Phasenstromwerte von dem Phasenstromsensorpaar 40A, 40B. Der Algorithmus 100 geht dann zu Schritt 540 weiter.
Bei Schritt 540 führt der Controller 50 eine Abtastung aus, indem er den DC-Strom des PIM 80, d. h. I_PIM, wie vorstehend erläutert berechnet. Nach dem Berechnen des Werts des DC-Stroms (I_PIM) geht der Algorithmus 100 zu Schritt 550 weiter.
Bei Schritt 550 berechnet oder ermittelt der Algorithmus 100 den absoluten Wert von I_BAT – I_INV und der Controller 50 geht zu Schritt 560 weiter, wenn dieser absolute Wert eine vorgegebene Zeitperiode lang größer als null oder als ein niedriger von null verschiedener Ausfallschwellenwert ist. Andernfalls ist, wenn dieser absolute Wert null ist, der Schritt 500 des Algorithmus 100, der in 4 gezeigt ist, beendet, wobei der Algorithmus 100 mit Schritt 600 von 2 fortfährt.
Bei Schritt 560 leitet der Algorithmus 100 ab, dass die Ursache des Ausfalls nicht das APM 70 ist, sondern stattdessen die HV-Batterie 60 und/oder das PIM 80. Ein Merker, der das Ergebnis darstellt, kann gesetzt werden, um anzuzeigen, dass das APM 70 nicht die wahrscheinliche Ursache des Ausfalls ist. Das bedeutet, dass bei Schritt 560, bei dem das APM 70 von 1 getrennt oder heruntergefahren ist, das Ergebnis der Schritte 530–550 eine Ermittlung ist, dass das APM 70 die wahrscheinliche Quelle oder Ursache des Ausfalls ist oder nicht, und in Ansprechen auf diese Ermittlung kann ein entsprechender Merker, etwa ein APM-CRF-Merker oder ein Diagnosecode oder eine andere geeignete Anzeige gesetzt werden, wie in 4 gezeigt ist. Nach dem Setzen des Merkers oder des Diagnosecodes ist der Schritt 500 des Algorithmus 100 beendet, wobei der Gesamtalgorithmus 100 bei Schritt 600 von 2 fortfährt, wie vorstehend beschrieben ist.
Folglich kann durch Verwenden des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine ausgefallene elektrische Hochspannungskomponente an Bord des HEV 10 von 1 automatisch diagnostiziert werden und eine geeignete Steuerungsmaßnahme kann ausgeführt werden, die auf die spezielle Diagnose zugeschnitten ist. Zudem können Systemkosten zumindest teilweise verringert werden, indem einer der von der AC-Seite der Motorsteuerungsschaltung 20 benötigten Phasenstromsensoren, d. h. der Ausgangsseite des PIM 80, beseitigt wird.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren einer Hochspannungsstörungsbedingung (HV-Störungsbedingung) in einem hybriden Elektrofahrzeug (HEV), das eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie), ein Zubehörleistungsmodul (APM), ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) und eine dreiphasige Motor/Generatoreinheit (MGU) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie gemessen wird; ein DC-Eingangsstrom des APM gemessen wird; ein Paar von AC-Phasenströmen der MGU gemessen wird; ein DC-Eingangsstrom des PIM unter Verwendung des Paars von AC-Phasenströmen berechnet wird; die HV-Störungsbedingung unter Verwendung des DC-Ausgangsstroms der HV-Batterie und der DC-Eingangsströme von jeweils dem APM und dem PIM diagnostiziert wird; und mindestens eine Steuerungsmaßnahme in Ansprechen auf die HV-Störungsbedingung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ein HV-Schütz umfasst, das mit der HV-Batterie in Reihe geschaltet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: verifiziert wird, dass eine Schlüsselposition des HEV auf laufen gestellt ist und/oder verifiziert wird, dass das HV-Schütz geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Diagnostizieren der HV-Störungsbedingung umfasst, dass: jeweils die DC-Eingangsströme des APM und des PIM von dem DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie subtrahiert werden und der Absolutwert des Ergebnisses bestimmt wird, um damit einen Wert einer augenblicklichen Variable zu ermitteln, der Wert der augenblicklichen Variable mit einem kalibrierten Schwellenwert verglichen wird, die mindestens eine Steuerungsmaßnahme auf eine Weise ausgeführt wird, wenn der Wert der augenblicklichen Variable größer als der kalibrierte Schwellenwert ist, und die mindestens eine Steuerungsmaßnahme auf eine andere Weise ausgeführt wird, wenn der Wert der augenblicklichen Variable kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das HEV einen HV-Bus, ein Fahrwerk, und eine Vielzahl von Stromsensoren umfasst, und wobei die HV-Störungsbedingung aus einer Gruppe gewählt ist, die im Wesentlichen besteht aus: einem elektrischen Kurzschluss zwischen dem HV-Bus des HEV und dem Fahrwerk, einem elektrischen Kurzschluss in einer Phasenwicklung der dreiphasigen Motor/Generatoreinheit (MGU) und einem Ausfall eines der Vielzahl von Stromsensoren.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine ausgefallene Komponente an Bord des HEV isoliert wird, eine erste Steuerungsmaßnahme als die mindestens eine Steuerungsmaßnahme ausgeführt wird, wenn das APM die ausgefallene Komponente ist, und eine zweite Steuerungsmaßnahme als die mindestens eine Steuerungsmaßnahme ausgeführt wird, wenn das APM nicht die ausgefallene Komponente ist.
Verfahren zum Diagnostizieren einer Hochspannungsstörungsbedingung (HV-Störungsbedingung) in einem hybriden Elektrofahrzeug (HEV), das eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie), ein Zubehörleistungsmodul (APM), ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) und eine dreiphasige Motor/Generatoreinheit (MGU) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie gemessen wird; ein DC-Eingangsstrom des APM gemessen wird; nur ein Paar von AC-Phasenströmen der MGU gemessen wird; ein DC-Eingangsstrom des PIM unter Verwendung des Paars von AC-Phasenströmen berechnet wird; der DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie mit der Summe der DC-Eingangsströme des APM und des PIM verglichen wird; eine Steuerungsmaßnahme in Ansprechen auf die Abweichung zwischen dem DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie und der Summe der DC-Eingangsströme des APM und des PIM ausgeführt wird; wobei das Ausführen einer Steuerungsmaßnahme umfasst, dass: ein Diagnosecode an Bord des HEV gesetzt wird oder eine akustische/visuelle Einrichtung in dem HEV aktiviert wird oder ein Antrieb des HEV temporär deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass: das APM ausgeschaltet wird; der DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie und der DC-Eingangsstrom des PIM gemessen werden, während das APM ausgeschaltet ist; und der DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie mit dem DC-Eingangsstrom des PIM verglichen wird, während das APM ausge schaltet ist, um dadurch zu ermitteln, ob das APM eine Ursache der HV-Störungsbedingung ist, wobei das HEV insbesondere ferner eine Maschine umfasst und das Verfahren ferner umfasst, dass: ermittelt wird, ob die Maschine läuft, und ein Ausführen des Verfahrens verhindert wird, wenn die Maschine nicht läuft, wobei vorzugsweise das Ermitteln, ob die Maschine des HEV läuft, umfasst, dass: ein Zündungsstatus des HEV ermittelt wird und/oder ein Status eines HV-Schützes, das am HV-Bus positioniert ist, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ausführen einer Steuerungsmaßnahme ein Deaktivieren des Antriebs des HEV nur umfasst, wenn ermittelt wird, dass das APM keine Ursache der HV-Störungsbedingung ist.
Hybrides Elektrofahrzeug (HEV), das umfasst: eine Hochspannungsbatterie (HV-Batterie); ein Zubehörleistungsmodul (APM); einen ersten DC-Stromsensor, der zum Messen eines DC-Ausgangsstroms der HV-Batterie ausgestaltet ist; einen zweiten DC-Stromsensor, der zum Messen eines DC-Eingangsstroms des APM ausgestaltet ist; ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM); eine dreiphasige AC-Motor/Generatoreinheit (MGU) mit einem AC-Phasenstromsensorpaar, das zum Messen von nur zwei der drei AC-Phasenströme der MGU ausgelegt ist; und einen Controller, der zum Diagnostizieren einer Hochspannungsstörungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord des HEV ausgelegt ist; wobei der Controller zum Berechnen eines DC-Eingangsstroms des PIM unter Verwendung der zwei AC-Phasenströme, zum Diagnostizieren der HV-Störungsbedingung unter Verwendung des DC-Ausgangsstroms der HV-Batterie und der DC-Eingangsströme von sowohl dem APM als auch dem PIM, und zum Ausführen mindestens einer Steuerungsmaßnahme in Ansprechen auf die HV-Störungsbedingung dient.
HEV nach Anspruch 9, wobei der Controller ferner zum Ermitteln, ob das APM eine Ursache der HV-Störungsbedingung ist, und zum Deaktivieren eines Antriebs des HEV als die mindestens eine Steuerungsmaßnahme dient, wenn das APM keine Ursache der HV-Störungsbedingung ist, und/oder wobei der Controller zum Diagnostizieren der HV-Störungsbedingung dient, indem jeweils die DC-Eingangsströme des APM und des PIM von dem DC-Ausgangsstrom der HV-Batterie subtrahiert werden und der Absolutwert des Ergebnisses bestimmt wird, um damit einen Wert einer augenblicklichen Variable zu berechnen, und indem danach der Wert der augenblicklichen Variable mit einem kalibrierten Schwellenwert verglichen wird.