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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einrichten eines Notfahrbetriebs für einen Elektroantrieb, wobei eine Momentenvorgabe redundant in zwei Steuergeräten vorgenommen wird.
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Stand der Technik
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge bieten die Möglichkeit, die Abgasbelastung in Ballungsräumen deutlich zu senken. Werden die darin verwendeten Batterien mittels Strom, zumindest zum Teil, aus regenerativen Energien aufgeladen, so lässt sich mit Fahrzeugen mit Elektroantrieb (E-Fahrzeuge) ein positiver Effekt für den Umweltschutz, insbesondere bei der CO2-Belastung der Atmosphäre erzielen.
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Ein Fahrzeug 10, wie es beispielhaft in 1 gezeigt wird, wird durch einen Elektroantrieb 11 (E-Antrieb) angetrieben, welcher die dazu nötige Energie aus einer Energiequelle 12 bezieht, beispielsweise aus einer Hochvoltbatterie. Zusätzlich zu dem E-Antrieb 11 kann das Fahrzeug 10 weiterhin eine Einrichtung 15 zur Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs, einen sogenannten ”Range Extender” umfassen. Ein solcher Range Extender 15 kann dabei einen Verbrennungsmotor 13, beispielsweise einen Benzin- oder Dieselmotor, und eine Einrichtung 14 zur Rekuperation von Trägheits- und/oder Bewegungsenergie des Fahrzeugs 10, beispielsweise einen Hochvoltgenerator, umfassen. Die Einrichtung 14 kann beispielsweise bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs 10 elektrische Energie zurückgewinnen und in die Energiequelle 12 zurückspeisen.
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Zur Erzeugung eines Antriebssignals für ein Antriebssystem eines Fahrzeugs wird häufig ein Fahrzeugsteuergerät, eine sogenannte ”Vehicle Control Unit” (VCU) verwendet. In dem Fahrzeugsteuergerät werden Werte von Brems- und/oder Fahrpedal, Fahrtrichtungsvorgabeeinrichtungen und sonstige für die Antriebssteuerung relevante Werte eingelesen und daraus eine Momentenvorgabe erzeugt.
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Zur Momentenüberwachung in einem Fahrzeugsteuergerät wird kontinuierlich aus einem Fahrwunschsignal ein zulässiges Moment ermittelt und mit einem Ist-Moment eines Antriebs verglichen. Bei einem Hybridantrieb aus einem Verbrennungsmotor und einem E-Antrieb wird das Ist-Moment aus der Summe der Ist-Momente des Verbrennungsmotors und des E-Antriebs berechnet, wobei Daten zwischen Motorsteuergeräten für den Verbrennungsmotor und den E-Antrieb ausgetauscht werden.
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In der
DE 10 2005 041 663 A1 wird ein Verfahren beschrieben, in welchem ein Motorsteuergerät ein intern plausibilisiertes Soll-Moment an ein Steuergerät für einen Elektroantrieb abgibt, und das Steuergerät entsprechende Statussignale abgibt, wenn das Ist-Moment das Soll-Moment nicht erreicht, wodurch eine zuverlässige Momentenüberwachung erfolgen kann.
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Bei Hybridfahrzeugen sind die Funktionen des Fahrzeugsteuergerätes häufig im Motorsteuergerät integriert. Die Aufteilung der Soll-Momente für Verbrennungsmotor und E-Antrieb wird dort berechnet. Wenn die Momentenüberwachung ein fehlerhaftes Moment feststellt, so wird die Momentenvorgabe für die Antriebssysteme abgeschaltet oder begrenzt. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird üblicherweise in einer ersten Stufe der Verbrennungsmotor begrenzt angesteuert und in einer zweiten Stufe nötigenfalls abgeschaltet.
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In der
DE 10 2005 040 780 A1 wird ein Verfahren für die Ansteuerung von Antriebssystemen eines Hybridfahrzeugs beschrieben, mithilfe dessen bei einer Überschreitung von Schwellwerten für eine Momentenvorgabe im Rahmen eines Momentenvergleichs zwischen Ist- und Soll-Momenten zwischenzeitlich auf eine Ersatzansteuergröße umgeschaltet werden kann, die statt der Momentenvorgabe zur Ansteuerung des Antriebssystems eingesetzt werden kann. Dabei kann die Ersatzansteuergröße in einem Modus betrieben werden, in dem eine fest vorgegebene Spannung in den E-Antrieb eingeregelt werden kann, so dass kein Vortriebsmoment zugelassen wird. Für reine E-Fahrzeuge vermindert ein derartiges Verfahren die Verfügbarkeit des Antriebs, da bei Unterlassung einer Vortriebsmomentenvorgabe das Fahrzeug liegenbleibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Verfügbarkeit des Elektroantriebs eines Fahrzeugs zu maximieren und dabei weiterhin einen sicheren Betrieb zu ermöglichen. Dabei können in einem Fahrzeugsteuergerät und einem Steuergerät für den Elektroantrieb redundant Signale zur Bestimmung der Momentenvorgabe eingelesen werden und in beiden Geräten separat und unabhängig voneinander Momentenvorgabesignale zur Ansteuerung des Elektroantriebs erzeugt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Einrichten eines Notfahrbetriebs für einen Elektroantrieb die Schritte des Empfangens eines Fahrwunschsignals in einem Fahrzeugsteuergerät, des redundanten Empfangens des Fahrwunschsignals in einem Steuergerät für einen Elektroantrieb, des Empfangens eines ersten Momentenvorgabesignals von dem Fahrzeugsteuergerät in dem Steuergerät des Elektroantriebs für ein Ansteuern des Elektroantriebs, und des Erzeugens eines zweiten Momentenvorgabesignals durch das Steuergerät für ein Ansteuern des Elektroantriebs, falls beim Empfang des ersten Momentvorgabesignals eine Störung auftritt. Dadurch kann eine Limphome-Funktion für den Elektroantrieb eingerichtet werden, auch wenn die Momentenvorgabe durch das Fahrzeugsteuergerät temporär oder dauerhaft gestört ist. Zusätzlich wird die Verfügbarkeit des Elektroantriebs erhöht.
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Die Störung kann dabei eine Störung in einer Datenübermittlungsverbindung zwischen dem Fahrzeugsteuergerät und dem Steuergerät, oder eine Störung in dem Fahrzeugsteuergerät selbst sein. In jedem Fall kann das Steuergerät durch den redundanten Empfang des Fahrwunschsignals unabhängig von dem Fahrzeugsteuergerät und unabhängig von der Art der Störung eine eigene beschränkte Momentenvorgabe für das Ansteuern des Elektroantriebs erzeugen.
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Vorteilhafterweise kann das Verfahren für einen Hybridantrieb eingesetzt werden, bei dem das Fahrzeugsteuergerät neben dem Elektroantrieb auch Steuersignale für einen Verbrennungsmotor erzeugt, wobei ein Abschalten des durch das Fahrzeugsteuergerät angesteuerten Verbrennungsmotors erfolgt, falls eine Störung in dem Fahrzeugsteuergerät auftritt. Damit lässt sich auch für einen Hybridantrieb ein Notfahrbetrieb auf der Basis des Elektroantriebs einrichten, auch wenn der Verbrennungsmotor durch eine Störung des Fahrzeugsteuergerätes abgeschaltet werden muss.
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Vorzugsweise umfasst das Erzeugen des zweiten Momentenvorgabesignal das Erzeugen eines in Höhe und Gradient begrenzten Vortriebsmomentenvorgabesignals in einem begrenzten vorbestimmten Drehzahlbereich, insbesondere unter Nicht-Berücksichtigung des Fahrwunschsignals. Damit kann auf für einen Notfallbetrieb unnötige und nur dem Fahrkomfort dienende Zusatzfunktionen verzichtet und ein eingeschränkter sicherer Fahrbetrieb ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Einrichten eines Notfahrbetriebs für einen Elektroantrieb ein Fahrzeugsteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, ein Fahrwunschsignal zu empfangen, ein Steuergerät des Elektroantriebs, welches dazu ausgelegt ist, das Fahrwunschsignal redundant zu dem Fahrzeugsteuergerät zu empfangen, und ein Datenübertragungssystem, welches das Fahrzeugsteuergerät und das Steuergerät verbindet, wobei das Fahrzeugsteuergerät dazu ausgelegt ist, ein aus dem Fahrwunschsignal abgeleitetes erstes Momentenvorgabesignal über das Datenübertragungssystem an das Steuergerät für ein Ansteuern eines Elektroantriebs zu übermitteln, und das Steuergerät des Elektroantriebs dazu ausgelegt ist, ein zweites Momentenvorgabesignal zu erzeugen, falls beim Empfang des ersten Momentenvorgabesignals von dem Fahrzeugsteuergerät eine Störung auftritt.
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Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein schematisches Schaubild eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug;
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2 ein schematisches Schaubild einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektroantriebs in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.
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In 2 wird beispielhaft die Steuergerätestruktur 200 eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb beschrieben. Ein Fahrzeugsteuergerät 22 ist über eine Datenleitung 25 mit einem Steuergerät 24 für einen Elektroantrieb 26 verbunden. Weiterhin sind eine Einrichtung 21 zur Einstellung einer Fahrtrichtungsvorgabe sowie eine Einrichtung 23 zur Erzeugung von Fahrwunschsignalen jeweils mit dem Fahrzeugsteuergerät 22 und mit dem Steuergerät 24 verbunden.
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Das Fahrzeugsteuergerät 22 kann von der Einrichtung 21 zur Fahrtrichtungsvorgabe, beispielsweise einem Wählhebelmodul 21, Signale über die gewünschte Fahrtrichtung, beispielsweise rückwärts, vorwärts oder Parken, erhalten. Das Fahrzeugsteuergerät 22 kann ferner von der Einrichtung 23 zur Erzeugung von Fahrwunschsignalen, die beispielsweise ein Brems- und Fahrpedal umfassen kann, gewünschte Antriebs- und Verzögerungsmomente erhalten. Nach einer Sollmomentbestimmung in dem Fahrzeugsteuergerät in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen der Einrichtung 21 zur Fahrtrichtungsvorgabe und der Einrichtung 23 zur Erzeugung von Fahrwunschsignalen eine Sollmomentbestimmung vorgenommen werden. Die Sollmomentbestimmung kann dabei von weiteren Randbedingungen abhängen, beispielsweise der Kompensation von Nebenaggregaten, der Geschwindigkeitsregelanlage, der Lastschlagfilter, Bremsen- und gegebenenfalls Getriebeeingriffen, sowie weiterer Fahrbarkeitsfunktionen. Nach einer Plausibilisierung des bestimmten Sollmomentes wird eine Momentenvorgabe in dem Fahrzeugsteuergerät 22 erzeugt, das an das Steuergerät 24 für den Elektroantrieb 26 weitergeleitet werden kann.
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Das Steuergerät 24 kann beispielsweise einen Inverter für den Elektroantrieb umfassen. Das Steuergerät 24 kann weiterhin mit dem Fahrzeugsteuergerät 22 in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. auf einer gemeinsamen Leiterplatte realisiert werden. Vorzugsweise werden beide Geräte 22 und 24 mit getrennten Prozessoren oder Recheneinheiten versehen, die unabhängig voneinander arbeiten können. Die Datenverbindung 25 kann dann ein Bus-System sein, beispielsweise ein asynchrones serielles Bus-System wie zum Beispiel ein Controlled Area Netzwerk (CAN). Es ist jedoch selbstverständlich, dass jedes andere geeignete Datenverbindungssystem ebenso in gleicher Weise genutzt werden kann.
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Das Steuergerät 24 nimmt abhängig von der Momentenvorgabe durch das Fahrzeugsteuergerät 22 einen Momentenvergleich eines Soll-Moments (gewünschtes Moment für den Elektroantrieb 26) mit einem Ist-Moment (tatsächliches an dem Elektroantrieb 26 anliegendes Moment) vor und steuert den Elektroantrieb 26 demgemäß an.
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3 zeigt eine Vorrichtung 300 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in höherem Detail. Die Vorrichtung 300 umfasst dabei ein Fahrzeugsteuergerät 30 ähnlich dem Fahrzeugsteuergerät 22 in 2 und ein Steuergerät 31 für einen Elektroantrieb, ähnlich dem Steuergerät 24 in 2. Das Steuergerät 31 kann insbesondere einen Inverter umfassen.
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Das Fahrzeugsteuergerät 30 empfängt Fahrwunschsignale von Fahrwunscherzeugungseinrichtungen 38 und 39, die dabei insbesondere ein Bremspedal 38 und ein Fahrpedal 39 umfassen können. Über das Bremspedal 38 können Verzögerungswünsche und über das Fahrpedal 39 Vortriebswünsche an das Fahrzeugsteuergerät 30 übermittelt werden. Das Fahrzeugsteuergerät 30 empfängt diese Fahrwunschsignale und berechnet daraus, gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Fahrbarkeitsfunktionen ein Soll-Moment in einer Berechnungseinheit 32. Das berechnete Soll-Moment wird an eine Plausibilisierungseinheit 33 übergeben, die feststellt, ob das berechnete Soll-Moment vordefinierte Randbedingungen einhält, die beispielsweise für den sicheren Antriebsbetrieb vorbestimmt sind. Im Falle einer erfolgreichen Plausibilisierung wird dann von einer Momentenvorgabeeinheit 34 ein Momentenvorgabesignal erzeugt, welches an das Steuergerät 31 übermittelt wird.
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Das Steuergerät 31 umfasst eine Einheit 36 zum Momentenvergleich, die ein Ist-Moment des Elektroantriebs mit dem Momentenvorgabesignal der Momentenvorgabeeinheit 34 abgleicht. In Abhängigkeit des Momentenvergleichs wird eine Ansteuereinheit 37 angesteuert, die ihrerseits den Elektroantrieb steuert.
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Das Steuergerät 31 umfasst weiterhin eine Berechnungseinheit 35, die ebenso wie die Berechnungseinheit 32 des Fahrzeugsteuergerätes 30 Fahrwunschsignale von den Fahrwunscherzeugungseinrichtungen 38 und 39 empfängt. Die Fahrwunschsignale können dabei redundant empfangen werden. In der Berechnungseinheit 35 können dabei Soll-Momente unabhängig von der Berechnung der Soll-Momente in der Berechnungseinheit 32 berechnet werden. Hierbei wird gemäß einer Ausführungsform auf Fahrbarkeitsfunktionen verzichtet, die hauptsächlich dem Fahrkomfort dienen. Insbesondere kann in der Berechnungseinheit 35 ein Soll-Moment berechnet werden, welches das zulässige Vortriebsmoment in Höhe und Gradient begrenzt und/oder welches nur einen eingeschränkten Drehzahlbereich zulässt. Dadurch kann ein weiteres Momentenvorgabesignal erzeugt werden, welches einen eingeschränkten, aber sicheren Fahrbetrieb des Fahrzeugs zulässt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das weitere Momentenvorgabesignal, welches durch die Berechnungseinheit 35 erzeugt wird, die Fahrerwunschsignale unberücksichtigt lassen. In diesem Fall wird lediglich die Drehrichtung und eine möglicherweise begrenzte Solldrehzahl des Elektroantriebs vorgegeben. Weiterhin kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Moments begrenzt werden. Somit ist ein einfaches Fahren möglich, welches als ”Limphome” (Notlauf) bezeichnet werden kann. Zumindest ein Ansteuern einer Werkstatt ist in diesem Betriebsmodus noch möglich, ohne dass das Fahrzeug abgeschleppt werden muss.
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Für den Fall, dass eine Störung beim Empfang des ersten Momentenvorgabesignals der Momentenvorgabeeinheit 34 auftritt, kann das Steuergerät 31 auf das zweite Momentenvorgabesignal der Berechnungseinheit 35 zur Ansteuerung des Elektroantriebs zurückgreifen. Falls das Steuergerät 31 keine Momentenvorgabe durch das Fahrzeugsteuergerät erhält, wird ein einfacher Momentenvergleich durchgeführt, um das Momentenvorgabesignal der Berechnungseinheit 35 auf Plausibilität zu überprüfen. Sollte hier ein Abweichung festgestellt werden, kann der Elektroantrieb abgeschaltet werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einrichten eines Notfahrbetriebs für einen Elektroantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Schritt 401 werden ein oder mehrere Fahrwunschsignale in einem Fahrzeugsteuergerät empfangen. Die Fahrwunschsignale können dabei beispielsweise mit Hilfe eines Brems- und/oder eines Fahrpedals erzeugt werden.
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In einem zweiten Schritt 402 werden die ein oder mehreren Fahrwunschsignale in einem Steuergerät für einen Elektroantrieb empfangen. Der Empfang erfolgt dabei redundant zu dem Empfang in dem Fahrzeugsteuergerät. Das Steuergerät für den Elektroantrieb und das Fahrzeugsteuergerät können in einem gemeinsamen Gehäuse oder einer gemeinsamen Leiterplatte untergebracht sein. Vorteilhafterweise erfolgt der Empfang an separaten Prozessoren, die jeweils einem der beiden Geräte zugeordnet sind.
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In einem dritten Schritt 403 erfolgt ein Empfangen eines ersten Momentenvorgabesignals in dem Steuergerät des Elektroantriebs für ein Ansteuern des Elektroantriebs. Das erste Momentenvorgabesignal kann dabei von dem Fahrzeugsteuergerät nach einer Sollmomentberechnung und einer Plausibilitätsprüfung auf der Basis der Fahrwunschsignale und möglicherweise weiterer die Fahrbarkeitsfunktionen betreffender Signale erzeugt werden.
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Es kann nun vorkommen, dass der Empfang des ersten Momentenvorgabesignals gestört ist. Dabei kann eine Störung der Datenverbindung zwischen dem Fahrzeugsteuergerät und dem Steuergerät für das Ansteuern des Elektroantriebs oder eine dem Fahrzeugsteuergerät inhärente Störung vorliegen. In jedem Fall erhält das Steuergerät des Elektroantriebs kein oder nur ein unzureichendes Momentenvorgabesignal. In einem vierten Schritt 404 erzeugt das Steuergerät des Elektroantriebs in diesen Fällen dann ein zweites für ein Ansteuern des Elektroantriebs vorgesehenes Momentenvorgabesignal. Das zweite Momentenvorgabesignal kann dabei abhängig oder unabhängig von den redundant empfangenen Fahrwunschsignalen sein. Weiterhin kann das zweite Momentenvorgabesignal in dem Steuergerät des Elektroantriebs plausibilisiert werden, insbesondere über einen einfachen Momentenvergleich zwischen Ist-Moment des Elektroantriebs und dem in dem Steuergerät erzeugten Soll-Moment des Momentenvorgabesignals. Das zweite Momentenvorgabesignal kann gegenüber dem ersten Momentenvorgabesignal ein bezüglich Drehzahl, Höhe und Gradient des Vortriebsmomentes und/oder Anstiegsgeschwindigkeit des Moments eingeschränktes Momentenvorgabesignal umfassen. Insbesondere kann dabei ein Vortriebsmomentenvorgabesignal erzeugt werden, welches zur eingeschränkten Ansteuerung des Elektroantriebs dient und welches einen Notlaufbetrieb des Elektroantriebs ermöglicht.
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Wenn das vorstehend beschriebene Verfahren für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb eingesetzt wird, kann weiterhin vorgesehen sein, dass im Falle einer Störung in dem Fahrzeugsteuergerät ein von dem Fahrzeugsteuergerät angesteuerter Verbrennungsmotor abgeschaltet wird. In diesem Fall wird das Fahrzeug in dem Notfahrbetrieb dann ausschließlich über den dann notfallweise von dem Steuergerät des Elektroantriebs angesteuerten Elektroantrieb angetrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005041663 A1 [0006]
- DE 102005040780 A1 [0008]
