DE102010017863A1

DE102010017863A1 - Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102010017863A1
Application number: DE102010017863A
Authority: DE
Inventors: Christof Bunz; Dipl.-Ing. Dold Roland; Dr.-Ing. Gehring Ottmar; Wilhelmus Kok; Dr.-Ing. Sieglin Erik; Dr. Zimmer Markus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang eines mittels zumindest eines Elektromotors (6) und eines weiteren Motors angetriebenen Fahrzeugs, wobei ein Momentenpfad des Hybridantriebsstrangs mittels einer Mehrzahl von Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) gesteuert und/oder geregelt wird. Erfindungsgemäß werden mittels einer Überwachungsvorrichtung (1) alle im Hybridantriebsstrang angeordneten Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) überwacht, wobei anhand einer vorgegebenen Anzahl von vorgegebenen Eingangssignalen mindestens einer der Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) mittels der Überwachungsvorrichtung (1) ein fehlerhaftes Antriebsmoment am Elektromotor (6) identifiziert und bei Identifizierung eines fehlerhaften Antriebsmoments am Elektromotor (6) eine Energiezufuhr zum Elektromotor (6) abgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen existiert in der Regel zwischen einem elektrischen Motor und angetriebenen Rädern des Fahrzeugs nur ein Getriebe mit einer Festübersetzung ohne Kupplung.
Die Norm ECE R100 fordert, dass eine Störung in einem solchen Hybridantriebsstrang eines Fahrzeugs nicht dazu führt, dass sich das stehende, ungebremste Fahrzeug um mehr als 0,1 m fortbewegt. Zusätzlich müssen eine unbeabsichtigte Beschleunigung, eine Verzögerung des Fahrzeugs und eine Umsteuerung des Antriebsstrangs ausgeschlossen sein.
In einem Hybridantriebsstrang sind im Gegensatz zu einem herkömmlichen Antriebsstrang für einen Verbrennungsmotor, welcher mittels einer Steuereinheit steuer- und/oder regelbar ist, mehrere Steuergeräte angeordnet, welche einen Momentenpfad steuern und/oder regeln.
Die DE 10 2006 037 125 A1 betrifft ein Ansteuersystem für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer der Antriebseinheit zugeordneten Antriebs-Steuereinheit, die eine Funktionsebene und eine Funktionsüberwachungsebene aufweist, eine in der Funktionsebene angeordnete erste Datenübertragungseinrichtung aufweist und mit einer separaten externen Steuereinheit über einen ersten Kommunikationsweg verbunden ist, über den eine Sollmomentvorgabe von der externen Steuereinheit an die erste Datenübertragungseinrichtung weitergebbar ist.
Die DE 10 2006 037 124 A1 betrifft ein Ansteuersystem für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer der Antriebseinheit zugeordneten Steuereinheit einer Leistungsendstufe zur Ansteuerung der Antriebseinheit oder der Antriebseinheit zugeordneter Aktoren oder Sensoren.
Die DE 10 2006 018 053 A1 betrifft ein Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine und ein Verfahren hierzu. Wenn ein Funktionsrechner und/oder ein Überwachungsrechner des Ansteuersystems einen Fehler erkennen, wird die elektrische Maschine mittels eines Dreiphasenkurzschlusses in der Endstufe abgeschaltet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang anzugeben, welches geringe Reaktionszeiten auf auftretende Fehler ermöglicht und mehrere Steuergeräte gleichzeitig überwachen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang eines mittels zumindest eines Elektromotors und eines weiteren Motors angetriebenen Fahrzeugs wird ein Momentenpfad des Hybridantriebsstrangs mittels einer Mehrzahl von Steuereinheiten gesteuert und/oder geregelt, wobei mittels einer Überwachungsvorrichtung mindestens eine, mehrere oder alle im Hybridantriebsstrang angeordneten Steuereinheiten überwacht werden und wobei anhand einer vorgegebenen Anzahl von vorgegebenen Eingangssignalen mindestens einer der Steuereinheiten mittels der Überwachungsvorrichtung ein fehlerhaftes Antriebsmoment am Elektromotor identifiziert wird und bei Identifizierung eines fehlerhaften Antriebsmoments am Elektromotor eine Energiezufuhr zum Elektromotor abgeschaltet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine einfache und robuste Lösung zur Abschaltung des ein fehlerhaftes Antriebsmoment erzeugenden Elektromotors ermöglicht.
Vorteilhafterweise sind mehrere Steuereinheiten in einem Hybridantriebsstrang mittels der als so genannte Watchdog-Einheit ausgebildeten Überwachungsvorrichtung überwachbar, so dass diese Steuereinheiten keine separaten redundanten Vorrichtungen zur Überwachung und Fehlererkennung benötigen. Somit sind die Herstellungskosten reduziert.
Die Abschaltung des Elektromotors erfolgt sehr schnell innerhalb kürzester Zeit, da eine direkte elektrische Verbindung der Überwachungsvorrichtung zur Fehlererkennung zu den Hochvoltschützen und/oder einem Inverter des Elektromotors besteht.
Besonders vorteilhafterweise ist die Überwachungsvorrichtung in jedem Hybridantriebsstrang mit zumindest einem Elektromotor und einer Hochvoltbatterie einsetzbar, da nur herkömmliche im Hybridantriebsstrang erzeugte Signale verarbeitet und Steuer- und/oder Regelvorrichtungen des Hybridantriebsstrangs aktiviert werden.
Dadurch ist insbesondere die Einhaltung der Norm ECE R100 ermöglicht, da beispielsweise bei abgeschaltetem Elektromotor eine ungewollte Bewegung des Fahrzeugs in Folge einer Störung sicher vermieden ist. Eine solche Störung kann dabei beispielsweise die Form aufweisen, dass bei stehendem Fahrzeug der Elektromotor fehlerhafterweise ein hohes Moment abgibt, was zu einer ungewollten Fahrzeugbewegung und einer Überschreitung des nach der Norm ECE R100 maximalen Fortbewegungsweges von 0,1 m führen würde. Die Abschaltung des Elektromotors verhindert diesen Fehler und somit eine ungewollte Fahrzeugbewegung.
Im Stand der Technik müssen alle an einer Momentensteuerung im Hybridantriebsstrang des Fahrzeugs beteiligten Steuereinheiten mit einem so genannten 3-Ebenen-Sicherheitskonzept abgesichert werden. Das 3-Ebenen-Sicherheitskonzept schreibt vor, dass neben der eigentlichen Steuereinheit und einer darauf implementierten Überwachungsfunktion zusätzlich eine eigene weitere Steuereinheit im Fahrzeug vorhanden sein muss, auf der eine von der ersten Überwachungsfunktion unabhängige zweite Überwachungsfunktion aktiv ist, die bei unplausiblen Zuständen eingreift und beispielsweise die Energiezufuhr zum Elektromotor abschaltet. Diese zusätzliche Steuereinheit im Fahrzeug ist vorteilhafterweise durch die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zur Fehlererkennung gebildet. Mit anderen Worten: die Überwachungsvorrichtung zur Fehlererkennung im Hybridantriebsstrang bildet die dritte Ebene des 3-Ebenen-Sicherheitskonzepts.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch einen Hybridantriebsstrang mit einer Überwachungsvorrichtung zur Fehlererkennung im Hybridantriebsstrang in Blockdarstellung.
In 1 ist schematisch ein Hybridantriebsstrang eines Fahrzeugs dargestellt. Der Hybridantriebsstrang umfasst eine Überwachungsvorrichtung 1 zur Fehlererkennung in dem Hybridantriebsstrang.
Der Hybridantriebsstrang umfasst zumindest einen Verbrennungsmotorabschnitt 2 und einen Elektromotorabschnitt 3.
Der Verbrennungsmotorabschnitt 2 umfasst den Verbrennungsmotor 4 und eine als Motorsteuereinheit ausgebildete erste Steuereinheit 5, wobei die erste Steuereinheit 5 elektrisch mit dem Verbrennungsmotor 4 gekoppelt ist.
Der Elektromotorabschnitt 3 umfasst den Elektromotor 6, eine Hochvoltbatterie 7 und zumindest drei Steuereinheiten 8 bis 10, wobei eine zweite Steuereinheit 8 eine Batteriesteuereinheit, eine dritte Steuereinheit 9 eine Motorsteuereinheit und eine vierte Steuereinheit 10 eine Hybridsteuereinheit bildet.
Zur besseren Übersichtlichkeit werden nachfolgend die erste Steuereinheit 5 als Steuereinheit 5, die zweite Steuereinheit 8 als Batteriesteuereinheit 8, die dritte Steuereinheit 9 als Motorsteuereinheit 9 und die vierte Steuereinheit 10 als Hybridsteuereinheit 10 bezeichnet.
Der Elektromotor 6 ist elektrisch mit der Motorsteuereinheit 9 gekoppelt. In der Motorsteuereinheit 9 ist ein herkömmlicher Inverter angeordnet, welcher die Stromversorgung des Elektromotors 6 ermöglicht.
In der Hochvoltbatterie 7 ist zumindest ein herkömmliches Hochvoltschütz 11 angeordnet. Die Hochvoltbatterie 7 ist elektrisch mit der Motorsteuereinheit 9 und der Batteriesteuereinheit 8 gekoppelt.
Die Hybridsteuereinheit 10, auch als Hybrid Control Module bezeichnet, ist mit der Motorsteuereinheit 9 und der Batteriesteuereinheit 8 elektrisch gekoppelt.
Die Hybridsteuereinheit 10 ist mittels einer Vermittlungseinheit 12, auch als Gateway bezeichnet, mit einer fünften Steuereinheit 13, welche das Hauptsteuergerät des Hybridantriebsstrangs bildet, elektrisch verbunden. Im Nachfolgenden wird die fünfte Steuereinheit 13 als Hauptsteuergerät 13 bezeichnet.
Das Hauptsteuergerät 13, auch als Common Powertrain Controller bezeichnet, ist mit der Steuereinheit 5 des Verbrennungsmotors 4 und einem Fahrpedal 14 verbunden und wertet eine Fahrpedalstellung aus.
Die Fahrpedalstellung korrespondiert mit einer Momentenanforderung des Fahrers des Fahrzeugs an den Hybridantriebsstrang.
Im Betrieb des Hybridantriebsstrangs wird die aus der Fahrpedalstellung resultierende Momentenanforderung vom Hauptsteuergerät 13 über die Vermittlungseinheit 12 an die Hybridsteuereinheit 10 übertragen. Die Hybridsteuereinheit 10 ermittelt ein Elektromotormoment und ein Verbrennungsmotormoment, um die Momentenanforderung des Hauptsteuergeräts 13 zu erfüllen, und führt somit eine Momentenaufteilung zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 4 durch. Die Hybridsteuereinheit 10 überträgt das Elektromotormoment an die Motorsteuereinheit 9 des Elektromotors 6 und sendet das verbleibende Verbrennungsmotormoment über die Vermittlungseinheit 12 zurück an das Hauptsteuergerät 13. Das Hauptsteuergerät 13 überträgt das Verbrennungsmotormoment an die Steuereinheit 5 des Verbrennungsmotors 4.
Die Überwachungsvorrichtung 1 ist elektrisch mit der Motorsteuereinheit 9 des Elektromotors 6, der Batteriesteuereinheit 8, dem Fahrpedal 14 und dem Hochvoltschütz 11 gekoppelt.
Der Überwachungsvorrichtung 1 werden dabei vorgegebene Daten der Motorsteuereinheit 9, der Batteriesteuereinheit 8 und des Fahrpedals 14 als Eingangssignale zugeführt.
Im Betrieb wird der Überwachungsvorrichtung 1 zumindest ein als Eingangssignal mit der Fahrpedalstellung korrespondierendes Fahrpedalsignal, welches beispielsweise direkt als Rohsignal, z. B. als so genanntes PWM-Signal, oder in Form eines Datenpakets auf einem Bussystem im Fahrzeug vorliegt, zugeführt. Des Weiteren wird der Überwachungsvorrichtung 1 ein mittels der Batteriesteuereinheit 8 messbarer Batterieentladestrom als Eingangssignal zugeführt. Ferner wird der Überwachungsvorrichtung 1 von der Motorsteuereinheit 9 der momentan fließende Elektromotorstrom und/oder das abgegebene Elektromotormoment des Elektromotors 6 als Eingangssignale zugeführt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Erfassung des Batterieentladestroms schaltungs- und erfassungstechnisch vollständig unabhängig von der Erfassung des Elektromotormoments und deren Zuführung zu der Überwachungsvorrichtung 1.
Die Überwachungsvorrichtung 1 wertet alle zugeführten Eingangssignale, wie Fahrpedalsignal, Batterieentladestrom, Elektromotorstrom und/oder Elektromotormoment, aus.
Erkennt die Überwachungsvorrichtung 1 einen Batterieentladestrom und/oder ein Elektromotormoment, ohne dass das Fahrpedal 14 vom Fahrer betätigt wird, wird dies als fehlerhaftes Antriebsmoment des Elektromotors 6 gewertet und die Überwachungsvorrichtung 1 generiert ein Abschaltsignal und unterbricht die Energiezufuhr zum Elektromotor 6.
Die Abschaltung des Elektromotors 6 erfolgt sehr schnell innerhalb kürzester Zeit, da eine direkte elektrische Verbindung der Überwachungsvorrichtung 1 zur Fehlererkennung zum Hochvoltschütz 11 und der Motorsteuereinheit 9 des Elektromotors 6 besteht.
Die Abschaltung der Energiezufuhr zum Elektromotor 6 erfolgt ohne Einfluss einer zusätzlichen Elektronik, d. h. der Abschaltpfad wirkt direkt auf den Hochvoltschütz 11. Wird der Hochvoltschütz 11 abgeschaltet, entfällt die Energiezufuhr zum Elektromotor 6 und damit das unerwünschte aus dem Elektromotormoment resultierende Antriebsmoment des Fahrzeugs. Dadurch ist eine einfache und robuste Lösung zur Abschaltung des das fehlerhafte Antriebsmoment erzeugenden Elektromotors 6 erreicht.
Um eine Beschädigung des Hochvoltschützes 11 zu vermeiden, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform die Abschaltung des Elektromotors 6 bei fehlerhaften Antriebsmomenten zunächst durch einen in der Motorsteuereinheit 9 hinterlegten Abschaltalgorithmus erfolgen. Mittels dieses Abschaltalgorithmus wird das Elektromotormoment vor dem Abschalten des Hochvoltschützes 11 reduziert oder vollständig abgebaut. Bei einem eventuellen Versagen des Abschaltalgorithmus wird der Hochvoltschütz 11 direkt von der Überwachungsvorrichtung 1 abgeschaltet.
In dieser Ausführungsform wirkt das Abschaltsignal der Überwachungsvorrichtung 1 beispielsweise von einem Verzögerungsglied um 100 ms verzögert direkt auf den Hochvoltschütz 11. Parallel dazu wird das Abschaltsignal unverzögert an die Motorsteuereinheit 9 geleitet und von dieser ausgewertet. Die Motorsteuereinheit 9 aktiviert daraufhin den Abschaltalgorithmus, welcher den Motorstrom des Elektromotors 6 abregelt und ebenfalls ein Abschaltsignal zum Öffnen des Hochvoltschützes 11 sendet.
Der gesamte Elektromotorabschnitt 3 bleibt nach Öffnen des Hochvoltschützes 11 bis zum nächsten Neustart des Fahrzeugs, beispielsweise durch Aus- und Einschalten der Zündung, abgeschaltet.
Wird die Abschaltung des Hochvoltschützes 11 unter Verwendung eines Relais durchgeführt, ist dieses Relais beim Ein- und Ausschalten von der Überwachungsvorrichtung 1 auf ein eventuelles Verkleben der Kontakte zu überwachen.
Alternativ können auch andere Plausibilitätschecks in der Überwachungsvorrichtung 1 integriert werden, beispielweise die Kontrolle der Momentenaufteilung zwischen Elektromotor 6 und Verbrennungsmotor 4.
Vorteilhafterweise sind mehrere oder alle oder einzelne Steuereinheiten 8, 9, 10 und 13 im Hybridantriebsstrang mittels der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 1 überwachbar, wobei diese Steuereinheiten 8, 9, 10 und 13 keine separaten redundanten Vorrichtungen zur Überwachung und Fehlererkennung benötigen. Somit sind die Herstellungskosten reduziert.
Besonders vorteilhafterweise ist die Überwachungsvorrichtung 1 in jedem Hybridantriebsstrang mit zumindest einem Elektromotor 6 und einer Hochvoltbatterie 7 einsetzbar, da nur herkömmliche im Hybridantriebsstrang erzeugte Signale verarbeitet und Steuer- und/oder Regelvorrichtungen des Hybridantriebsstrangs aktiviert werden.
Dadurch ist insbesondere die Einhaltung der Norm ECE R100 ermöglicht, da beispielsweise bei abgeschaltetem Elektromotor 6 eine ungewollte Bewegung des Fahrzeugs in Folge einer Störung sicher vermieden ist.
Bezugszeichenliste

1: Überwachungsvorrichtung
2: Verbrennungsmotorabschnitt
3: Elektromotorabschnitt
4: Verbrennungsmotor
5: erste Steuereinheit
6: Elektromotor
7: Batterie
8: zweite Steuereinheit (Batteriesteuereinheit)
9: dritte Steuereinheit (Motorsteuereinheit)
10: vierte Steuereinheit (Hybridsteuereinheit)
11: Hochvoltschütz
12: Vermittlungseinheit
13: fünfte Steuereinheit (Hauptsteuergerät)
14: Fahrpedal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006037125 A1 [0005]
DE 102006037124 A1 [0006]
DE 102006018053 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ECE R100 [0003]
Norm ECE R100 [0016]
Norm ECE R100 [0016]
Norm ECE R100 [0048]

Claims

Verfahren zur Fehlererkennung in einem Hybridantriebsstrang eines mittels zumindest eines Elektromotors (6) und eines weiteren Motors angetriebenen Fahrzeugs, wobei ein Momentenpfad des Hybridantriebsstrangs mittels einer Mehrzahl von Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) gesteuert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungsvorrichtung (1) alle im Hybridantriebsstrang angeordneten Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) überwacht werden, wobei anhand einer vorgegebenen Anzahl von vorgegebenen Eingangssignalen mindestens einer der Steuereinheiten (5, 8, 9, 10, 13) mittels der Überwachungsvorrichtung (1) ein fehlerhaftes Antriebsmoment am Elektromotor (6) identifiziert und bei Identifizierung eines fehlerhaften Antriebsmoments am Elektromotor (6) eine Energiezufuhr zum Elektromotor (6) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangssignale eine Fahrpedalstellung, ein Batterieentladestrom, ein Elektromotormoment und/oder ein Elektromotorstrom der Überwachungsvorrichtung (1) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr zum Elektromotor (6) durch eine Ansteuerung zumindest eines Hochvoltschützes (11) abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr zum Elektromotor (6) durch eine Abschaltung zumindest eines in einer Motorsteuereinheit (9) des Elektromotors (6) angeordneten Inverters abgeschaltet wird.
Hybridantriebsstrang zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung (1) in einer separaten Steuereinheit integriert ist.