DE102013216611A1

DE102013216611A1 - Steuerstrategie für eine elektrische Maschine in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013216611A1
Application number: DE201310216611
Authority: DE
Inventors: Rimma Isayeva; David Crist Gabriel; Michael W. Degner; Yuqing Tang; Hongjie Wu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-03-06
Also published as: US20140062349A1; CN103660980B; US9130487B2; CN103660980A

Abstract

Ein Hybrid-Elektrofahrzeug und ein Verfahren zum Steuern eines Hybrid-Fahrzeugs werden bereitgestellt. Das Fahrzeug enthält eine Traktionsbatterie, mindestens eine elektrische Maschine und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um eine Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine basierend auf einer gemessenen Spannung der Batterie oder des Hochspannungsbusses zu ändern. Als Reaktion auf eine Angabe, dass die gemessene Spannung während eines Fahrzyklus fehlerhaft ist, ändert die Steuereinrichtung stattdessen basierend auf einem ersetzenden Batteriespannungssignal die Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine, sodass die elektrische Maschine für den Fahrzyklus betriebsfähig bleibt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Steuern einer elektrischen Maschine in einem elektrischen Fahrzeug.
Akkumulatorenfahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEVs) enthalten eine Traktionsbatterie, welche aus einer externen elektrischen Stromquelle wiederaufgeladen werden kann und welche die elektrische Maschine antreibt. Hybrid-Elektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles, HEVs) enthalten eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, eine oder mehrere elektrische Maschinen und eine Traktionsbatterie, welche die elektrische Maschine mindestens teilweise antreibt. Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEVs) ähneln HEVs, jedoch kann sich die Traktionsbatterie in einem PHEV aus einer externen elektrischen Stromquelle wiederaufladen. Diese Fahrzeuge sind Beispiele für Fahrzeuge, die mindestens teilweise durch eine elektrische Maschine angetrieben werden können.
In diesen Fahrzeugen sind, falls eine Störung einer für die elektrische Antriebskraft notwendigen Komponente erkannt wird, möglicherweise diverse Aktionen notwendig, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu gewährleisten. Weil ein Ausschalten des gesamten Fahrzeugs unerwünscht ist, können Modi für eine Strategie für eingeschränkten Betrieb (Limited Operation Strategy, LOS) implementiert werden, um zu ermöglichen, dass der Bediener des Fahrzeugs weiterfahren kann, während individuelle Komponenten abgeschaltet werden.
In einer Ausführungsform der Offenbarung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Traktionsbatterie, mindestens eine elektrische Maschine und eine Steuereinrichtung enthält. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um eine Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine basierend auf einer gemessenen Spannung der Batterie zu ändern. Als Reaktion auf eine Angabe, dass die gemessene Spannung während eines Fahrzyklus fehlerhaft ist, ändert die Steuereinrichtung stattdessen basierend auf einem ersetzten Batteriespannungssignal die Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine, sodass die elektrische Maschine für den Fahrzyklus betriebsfähig bleibt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung einen variablen Spannungswandler.
In einer anderen Ausführungsform ist die gemessene Spannung fehlerhaft, wenn die gemessene Spannung einen Schwellwertbereich überschreitet.
In einer anderen Ausführungsform enthält das Fahrzeug auch mindestens einen Sensor zum Bereitstellen des gemessenen Spannungssignals der Batteriespannung.
In einer anderen Ausführungsform wird das Ersatzbatteriespannungssignal als Reaktion auf das fehlerhafte gemessene Spannungsbatteriespannungssignal durch eine Batteriesteuereinheit bereitgestellt.
In einer anderen Ausführungsform wird das alternative Batteriespannungssignal von der Batteriesteuereinheit durch ein Fahrzeug-Control-Area-Network (CAN) bereitgestellt.
In einer Ausführungsform der Offenbarung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Traktionsbatterie, einen Hochspannungsbus, um für mindestens eine elektrische Maschine Hochspannung bereitzustellen, und eine Steuereinrichtung enthält. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um basierend auf einer gemessenen Spannung des Hochspannungsbusses eine Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine zu ändern. Als Reaktion auf eine Angabe, dass die gemessene Spannung während eines Fahrzyklus fehlerhaft ist, ändert die Steuereinrichtung stattdessen basierend auf einem ersetzten Batteriespannungssignal die Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine, sodass die elektrische Maschine für den Fahrzyklus betriebsfähig bleibt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung einen variablen Spannungswandler.
In einer anderen Ausführungsform wird der variable Spannungswandler als Reaktion auf das fehlerhafte gemessene Signal des Hochspannungsbusses in einen Modus eingestellt, der Bereitstellen einer erhöhten Spannung für die mindestens eine elektrische Maschine verhindert.
In einer anderen Ausführungsform ist das ersetzende Batteriespannungssignal gleich einem gemessenen Batteriespannungssignal.
In einer anderen Ausführungsform ist die gemessene Spannung fehlerhaft, wenn die gemessene Spannung einen Schwellwertbereich überschreitet.
In einer anderen Ausführungsform enthält das Fahrzeug auch mindestens einen Sensor zum Bereitstellen des gemessenen Spannungssignals des Hochspannungsbusses.
In einer Ausführungsform der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren enthält Variieren einer Spannung zwischen einer Traktionsbatterie und einer elektrischen Maschine basierend auf einem gemessenen Spannungssignal. Als Reaktion auf eine Angabe, dass das gemessene Spannungssignal während eines Fahrzyklus fehlerhaft ist, erfolgt bei dem Verfahren eine Ersetzung durch ein alternatives Spannungssignal. Bei dem Verfahren wird daraufhin die Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine basierend auf dem alternativen Spannungssignal variiert, sodass die elektrische Maschine für den Fahrzyklus betriebsfähig bleibt.
In einer anderen Ausführungsform ist, falls das gemessene Spannungssignal auf einer Batteriespannung basiert, Ersetzen des alternativen Batteriespannungssignals durch eine Batteriesteuereinheit vorgesehen.
In einer anderen Ausführungsform wird das alternative Batteriespannungssignal von der Batteriesteuereinheit durch ein Fahrzeug-Control-Area-Network (CAN) bereitgestellt.
In einer anderen Ausführungsform ersetzt, falls das gemessene Spannungssignal auf einer Hochspannungsbusspannung basiert, ein alternatives Hochspannungssignal das fehlerhafte gemessene Spannungssignal und wird gleich einem Batteriespannungssignal eingestellt. Ein variabler Spannungswandler wird in einen Modus eingestellt, der Bereitstellen einer erhöhten Spannung für mindestens eine der elektrischen Maschinen verhindert.
1 ist ein Schemadiagramm eines Hybrid-Elektrofahrzeugs nach einer Ausführungsform der Offenbarung;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Steuersystem des Fahrzeugs von 1 veranschaulicht;
3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils des Fahrzeugs von 1;
4 ist eine schematische Veranschaulichung eines variablen Spannungswandlers (Variable Voltage Converter, VVC) von 3;
5 ist ein Ablaufschaubild eines Algorithmus, der in einem Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist;
6 ist ein Ablaufschaubild eines anderen Algorithmus, der im Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist; und
7 ist ein Ablaufschaubild eines anderen Algorithmus, der im Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist;
8 ist ein Ablaufschaubild eines anderen Algorithmus, der im Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist;
9 ist ein Ablaufschaubild eines anderen Algorithmus, der im Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist; und
10 ist ein Ablaufschaubild eines anderen Algorithmus, der im Steuersystem des Fahrzeugs von 1 nach einer Ausführungsform der Offenbarung implementiert ist.
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und andere Ausführungsformen anders und alternativ ausgestaltet sein können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder verkleinert sein, um Einzelheiten konkreter Komponenten zu zeigen. Deshalb dürfen spezielle Struktur- und Funktionseinzelheiten, die hierin offenbart werden, nicht als begrenzend ausgelegt werden, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann zu lehren, wie von der vorliegenden Erfindung unterschiedlich Gebrauch gemacht werden kann. Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, können verschiedene mit Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulichten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für konkrete Anwendungen oder Implementierungen wünschenswert sein.
Mit Bezug auf 1 wird ein Hybrid-Elektrofahrzeug 10 mit einem leistungsverzweigten Antriebsstrang veranschaulicht. Ein Fahrzeugsteuersystem 12 ist bereitgestellt und kann allgemein als Steuereinrichtung bezeichnet werden. Das Fahrzeugsteuersystem 12 steuert die Leistungsverteilung im Antriebsstrang oder in der Antriebsanlage des Fahrzeugs 10.
Das Fahrzeug 10 enthält eine Traktionsbatterie 14. Die Batterie 14 weist eine elektrische Wechselschaltung auf, sodass die Batterie 14 elektrische Energie zum Beispiel durch regeneratives Bremsen empfängt und speichert. Die Batterie 14 führt die Energie auch einer elektrischen Maschine zu, etwa einem Elektrotraktionsmotor 16.
Obwohl das Steuersystem 12 des Fahrzeugs 10 in 1 als einzelne Steuereinrichtung veranschaulicht wird, kann ein solches Steuersystem, falls gewünscht, mehr als eine Steuereinrichtung enthalten. Zum Beispiel kann ein getrenntes Batteriesteuermodul die Batterie 14 direkt steuern. Ferner kann ein getrenntes Motorsteuermodul mit dem Motor 16 und mit den anderen Steuereinrichtungen im Fahrzeug 10 direkt verbunden sein. Es sollte sich verstehen, dass alle vorgesehenen Steuereinrichtungen im Fahrzeug 10 als „Steuereinrichtung“ bezeichnet werden können und das Fahrzeugsteuersystem 12 nicht zwangsläufig auf nur eine Steuereinrichtung begrenzt ist. Getrennte zusätzliche Steuereinrichtungen und ihre Hierarchie werden in 2 ausführlicher beschrieben.
Ein Wechselrichter 15 ist bereitgestellt, um Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom umzuwandeln, um die elektrische Maschine anzutreiben. Vom Wechselrichter 15 wird möglicherweise auch der elektrische Fluss von der Batterie 14 zum Motor 16 selektiv freigegeben/gesperrt. Alternativ wandelt der Wechselrichter 15 während des regenerativen Bremsens Wechselstrom von der elektrischen Maschine in Gleichstrom um, so dass in der Batterie 14 elektrische Leistung gespeichert wird.
Eine Kraftmaschine 18 mit innerer Verbrennung ist ebenfalls eine Stromquelle für das Fahrzeug 10. Das Fahrzeugsteuersystem 12 steuert den Betrieb der Kraftmaschine 18. Sowohl der Motor 16 als auch die Kraftmaschine 18 sind fähig zum Antreiben eines Getriebes 20, das schließlich das Drehmoment an die Räder des Fahrzeugs 10 liefert.
Die Kraftmaschine 18 liefert Leistung an eine Drehmomenteingangswelle 22, die über eine Einwegkupplung/Freilaufkupplung (O.W.C.) mit einem Planetengetriebe 24 verbunden ist. Die Eingangswelle 22 treibt das Planetengetriebe 24 an. Das Planetengetriebe 24 enthält ein Tellerrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgerbaugruppe 30. Die Eingangswelle 22 kann mit der Trägerbaugruppe 30 antreibbar verbunden sein, die, wenn sie mit Energie versorgt wird, das Tellerrad 26 und/oder das Sonnenrad 28 drehen kann. Das Sonnenrad 28 kann antreibbar mit einem Generator 32 verbunden sein. Der Generator 32 steht möglicherweise mit dem Sonnenrad 28 in Eingriff, sodass sich der Generator 32 möglicherweise mit dem Sonnenrad 28 dreht, oder kann außer Eingriff sein, sodass sich der Generator 32 nicht mit dem Sonnenrad 28 dreht. Wie der Motor 16 kann der Generator 32 als elektrische Maschine bezeichnet werden, die bei der Verwendung in anderen Fahrzeugantriebsstrangkonfigurationen fähig ist, sowohl elektrische Leistung zu generieren als auch Bewegungskraft bereitzustellen.
Wenn die Kraftmaschine 18 antreibbar an das Planetengetriebe 24 gekoppelt ist, generiert der Generator 32 Energie als Element einer Reaktion auf den Betrieb des Planetengetriebes 24. Vom Generator 32 generierte elektrische Energie wird durch elektrische Verbindungen 36 an die Batterie 14 übertragen. Die Batterie 14 empfängt und speichert elektrische Energie auf bekannte Weise auch durch regeneratives Bremsen. Die Batterie 14 führt dem Motor 16 zum Betrieb die gespeicherte elektrische Energie zu. Der Teil der von der Kraftmaschine 18 an den Generator 32 gelieferten Leistung kann auch direkt an den Motor 16 übertragen werden. Die Batterie 14, der Motor 16 und der Generator 32 sind auf einem bidirektionalen Pfad für elektrischen Fluss durch elektrische Verbindungen 36 jeweils miteinander verbunden. Das Fahrzeugsteuersystem 12 steuert die Komponenten im Antriebsstrang, um für die Räder eine angemessene Drehmomentverteilung bereitzustellen.
Es sollte sich verstehen, dass der Motor 16 und der Generator 32 jeweils als elektrische Maschine bezeichnet werden können. Jede elektrische Maschine kann als Generator betrieben werden, indem sie von der Kraftmaschine 18 ein Drehmoment empfängt und dem Wechselrichter 15 Wechselspannung zuführt, wodurch der Wechselrichter 15 die Spannung in Gleichspannung umwandelt, um die Batterie 14 aufzuladen. Jede elektrische Maschine kann als Generator betrieben werden, indem die Bremsenergie des Fahrzeugs unter Nutzung von regenerativem Bremsen in elektrische Energie umgewandelt wird, welche in der Batterie 14 gespeichert wird. Alternativ kann jede elektrische Maschine als Motor betrieben werden, wodurch die elektrische Maschine vom Wechselrichter 15 und von der Batterie 14 Leistung empfängt und durch das Getriebe 20 und schließlich für die Räder 58 ein Drehmoment bereitstellt.
Der Wechselrichter 15 treibt den Motor 16 und den Generator 32 selektiv an. Der Wechselrichter 15 kann einen Motorwechselrichter zum selektiven Abschalten des Motors 16 und einen Generatorwechselrichter zum selektiven Abschalten des Generators 32 enthalten.
Das Fahrzeug 10 kann auch einen variablen Spannungswandler (Variable Voltage Converter, VVC) 60, oder auch als Aufwärtswandler bezeichnet, zum Variieren der Spannung zwischen der Batterie 14 und dem Motor 16 und dem Generator 32 enthalten. Der VVC 60 wird genutzt, um die Spannung der Batterie 14 auf eine höhere Spannung hochzusetzen. Die höhere Spannung in einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrang-System kann für vielfältige Zwecke genutzt werden, etwa eine Drehmomentfähigkeitsoptimierung für elektrische Maschinen, Netzverlustoptimierung und durchaus noch andere Hybrid-Elektro-System-Optimierungen. Der VVC 60 ermöglicht, dass das Fahrzeug 10 einen kleineren Batteriesatz mit geringerer Spannung nutzt, während die mit der höheren Spannung assoziierte Funktion aufrechterhalten wird. Ein kleinerer Batteriesatz hat möglicherweise Vorteile wie zum Beispiel geringere Kosten, eine kleinere Größe und weniger Einbaubeschränkungen. Der VVC 60 wird in 3 und 4 ausführlicher beschrieben.
Das Fahrzeug 10 wird möglicherweise allein durch die Kraftmaschine 18, allein durch die Kraftmaschine 18 und den Generator 32, allein durch die Batterie 14 und den Motor 16 oder durch eine Kombination der Kraftmaschine 18, der Batterie 14, des Motors 16 und des Generators 32 angetrieben. In einem mechanischen Antriebsmodus oder einem ersten Betriebsmodus wird die Kraftmaschine 18 aktiviert, um durch das Planetengetriebe 24 ein Drehmoment zu liefern. Das Tellerrad 26 verteilt das Drehmoment an Stufengetriebeübersetzungselemente 38, die ineinandergreifende Getriebeelemente 40, 42, 44 und 46 umfassen. Die Getriebeelemente 42, 44 und 46 sind an einer Vorgelegewelle montiert, und das Getriebeelement 46 verteilt das Drehmoment an das Getriebeelement 48. Das Getriebeelement 48 verteilt das Drehmoment dann an eine Drehmomentausgangswelle 50. Im mechanischen Antriebsmodus wird der Motor 16 möglicherweise auch aktiviert, um die Kraftmaschine 18 beim Antreiben des Getriebes 20 zu unterstützen. Wenn der Motor 16 beim Unterstützen aktiv ist, verteilt das Getriebeelement 52 das Drehmoment an das Getriebeelement 44 und an die Vorgelegewelle.
In einem elektrischen Antriebsmodus (EV-Modus) oder einem zweiten Betriebsmodus wird die Kraftmaschine 18 abgeschaltet oder ansonsten an der Verteilung des Drehmoments an die Drehmomentausgangswelle 50 gehindert. Im EV-Modus treibt die Batterie 14 den Motor 16 an, um ein Drehmoment durch die Stufengetriebeübersetzungselemente 38 und an die Drehmomentausgangswelle 50 zu verteilen. Die Drehmomentausgangswelle 50 ist mit einem Differentialachsenmechanismus 56 verbunden, der ein Drehmoment an Antriebsräder 58 verteilt. Das Fahrzeugsteuersystem 12 steuert jeweils die Batterie 14, den Motor 16, die Kraftmaschine 18 und den Generator 32, um in entweder dem mechanischen Antriebsmodus oder dem EV-Modus gemäß den Fahrerdrehmomentansprüchen ein Drehmoment an die Räder 58 zu verteilen.
Wie zuvor beschrieben, sind zwei Stromquellen für die Antriebsanlage vorhanden. Die erste Stromquelle ist die Kraftmaschine 18, die ein Drehmoment an das Planetengetriebe 24 liefert. Die andere Stromquelle involviert nur das elektrische Antriebssystem, das den Motor 16, den Generator 32 und die Batterie 14 enthält, wobei die Batterie 14 als Energiespeichermedium für den Generator 32 und den Motor 16 dient. Der Generator 32 wird möglicherweise vom Planetengetriebe 24 angetrieben und dient alternativ möglicherweise als Motor und liefert möglicherweise Strom an das Planetengetriebe 24.
Es sollte sich verstehen, dass, wenngleich ein leistungsverzweigter Antriebsstrang im Fahrzeug 10 veranschaulicht wird, das Fahrzeug 10 viele andere Konfigurationen enthalten kann. Demzufolge ist vorgesehen, dass sich individuelle Komponenten des Antriebsstrangs unterscheiden können, um für verschiedene konkrete Anwendungen geeignet zu sein. Zum Beispiel kann in einer anderen Konfiguration, die kein Planetengetriebe 24 enthält, eine elektrische Maschine (Motor/Generator) für den Betrieb als Generator bereitgestellt sein, indem von der Kraftmaschine oder infolge regenerativen Bremsens ein Drehmoment empfangen wird, während dieselbe elektrische Maschine auch als Motor betrieben werden kann, indem von der Traktionsbatterie Leistung empfangen und durch das Getriebe ein Drehmoment bereitgestellt wird. Es sind noch andere Fahrzeugkonfigurationen von Fahrzeugantriebssträngen und Implementierungen elektrischer Maschinen vorgesehen und werden daher als im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung liegend angesehen.
Mit Bezug auf 2 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das ein Fahrzeugsteuersystem 12 innerhalb des Fahrzeugs 10 veranschaulicht. Ein Fahrer gibt eine Anforderung 62 ein, zum Beispiel Treten auf das Gaspedal, um eine Beschleunigungsanforderung einzugeben, oder Treten auf das Bremspedal, um eine Bremsanforderung einzugeben. Die Fahrereingaben 62 werden durch eine Fahrzeugsystemsteuereinrichtung (Vehicle System Controller, VSC) 64 empfangen. Die VSC 64 verarbeitet diese Fahrereingaben 62 und kommuniziert Befehle überall im Fahrzeug 10.
Das Fahrzeugsteuersystem 12 kann mit verschiedenen Untersystemen im Fahrzeug 10 elektrisch verbunden sein und dient als Gesamtsteuereinrichtung des Fahrzeugs 10. Die VSC kann durch ein Fahrzeugnetzwerk 65 mit verschiedenen Untersystemen elektrisch verbunden sein und mit ihnen kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk 65 sendet fortlaufend Daten und Informationen in einer Rundsendung an die fahrzeugbasierten Systeme. Das Fahrzeugnetzwerk 65 ist möglicherweise ein Controlled-Area-Network(CAN)-Bus, der genutzt wird, um Daten zur und von der VSC 64 sowie zu und von anderen verschiedenen Steuereinrichtungen oder Untersystemen oder Komponenten davon zu übertragen. Zum Beispiel, wie in 2 gezeigt, kann die VSC 64 durch das Fahrzeugnetzwerk 65 mit einer Hybridsteuereinheit (Hybrid Control Unit, HCU) 66, einem Batteriesteuermodul (Battery Control Module, BCM) 72 und einer Kraftmaschinensteuereinheit (Engine Control Unit, ECU) 68 verbunden sein.
Die HCU 66 steuert die hybridspezifischen Komponenten im Fahrzeug 10, etwa den Motor 16, den Generator 32, die Batterie 14 und/oder den Wechselrichter 15. Die HCU 66 ist mit der ECU 68 kommunikativ verbunden, sodass die HCU 66 der ECU 68 den Befehl geben kann, die Kraftmaschine 18 auf verschiedene Arten zu steuern. Ein Batteriesteuermodul (Battery Control Module, BCM) 72 kommuniziert möglicherweise auch mit der HCU 66. Das BCM 72 empfängt möglicherweise Befehle von der HCU 66 und steuert die Leistungsverteilung der Batterie 14.
Die HCU 66 ist auch mit einer Motor-/Generatorsteuereinheit (Motor/Generator Control Unit, MGCU) 70 kommunikativ verbunden. Die MGCU 70 kommuniziert mit der HCU 66 durch eine serielle periphere Schnittstelle (SPI) 71. Die SPI 71 ist ein serieller Vierdrahtbus. Die SPI 71 ist eine höchst einfache Hardwareschnittstelle und ist auf keine maximale Taktfrequenz begrenzt, sodass ein potenziell hoher Durchsatz ermöglicht wird. Die MGCU 70 empfängt Befehle von der HCU 66 und steuert den Motor 16, den Generator 32 und den VVC 60. Wie in 2 weiter veranschaulicht, ist die MGCU 70 mit Wechselrichter-Steuerelementen 74 kommunikativ verbunden. Die Motor-/Generator-Wechselrichter-Steuerelemente 74 empfangen Befehle von der MGCU 70 und öffnen und schließen Schalter innerhalb des Wechselrichters 15, um einen Stromfluss zu und von den elektrischen Maschinen freizugeben und zu sperren.
Frühere Hybrid-Elektrofahrzeuge nutzten ein einziges Steuermodul zum Steuern des Motors, des Generators und des VVC. Innerhalb des Steuermoduls wurden ein einziger Mikrocontroller zum Steuern des Motors und ein weiterer Mikrocontroller zum Steuern des Generators genutzt, während eine dritte Steuereinrichtung den VVC steuerte. Jedoch wurde festgestellt, dass es schwierig war, den VVC zu steuern, wenn er vom Motor/Generator getrennt war, und es wurde festgestellt, dass er beim Übermitteln von Informationen vom Motor oder vom Generator an die VVC-Steuerelemente in der HCU zu langsam war. Daher ist es vorteilhaft, den VVC, den Motor, den Generator und die jeweiligen Wechselrichter von einer Steuereinrichtung aus zu steuern, etwa der in 2 gezeigten MGCU.
Eine Hierarchie von Steuereinrichtungen wird somit in der in 2 gezeigten Abbildung bereitgestellt. Es sind noch andere Hierarchien von Steuereinrichtungen vorgesehen, ohne dass vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abgewichen wird. Zum Beispiel kommuniziert die VSC 64 möglicherweise direkt mit der MGCU 70, ohne dass eine HCU 66 vorhanden ist. Es sind noch andere Konfigurationen vorgesehen, die für unterschiedliche konkrete Fahrzeugarchitekturen vorteilhaft wären.
Das Fahrzeugsteuersystem 12 steuert jede der Steuereinrichtungen gemäß angeforderten Drehmoment- und Leistungsansprüchen. Auch hier sollte es sich verstehen, dass mehr oder weniger Steuereinrichtungen als die hierin beschriebenen vorgesehen sind und eine oder mehrere dieser Steuereinrichtungen kommunikativ zusammenwirken können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Beliebige und alle dieser Steuereinrichtungen oder eine Kombination davon können einfach als „Steuereinrichtung“ bezeichnet werden.
Mit jetzigem Bezug auf 3 und 4 wird ein Schemadiagramm eines Teils eines Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 und eines Fahrzeugsteuersystems 12 ausführlicher beschrieben. Wie zuvor erörtert, ist der VVC 60 mit der MGCU kommunikativ verbunden und wird von der MGCU gesteuert. Weiter ist der VVC 60 mit den Motor-/Generator-Wechselrichter-Steuerelementen 74 verbunden. Insbesondere wird der VVC 60 genutzt, um die Spannung der Batterie 14 in einem HEV-Antriebsstrang-System für vielfältige Zwecke wie unter anderem Drehmomentfähigkeitsoptimierungen für elektrische Maschinen und Netzverlustoptimierung auf eine höhere Spannung hochzusetzen.
Die Batterie 14 ist mit dem VVC 60 entlang einer Eingangsseite 76 verbunden. Die Batterie 14 führt dem VVC 60 eine Niederspannung zu. Der VVC 17 setzt die Niederspannung von der Batterie 14 dann auf eine höhere Spannung hoch und gibt die höhere Spannung an eine Ausgangsseite 78 aus. Die Ausgangsseite 78 des VVC 60 führt dem Hochspannungsbus 36 die Hochspannung zur Nutzung durch den Wechselrichter 15 und anschließend den Motor 16 und den Generator 32 zu. Wie in 3 gezeigt, können der Motor 16 und der Generator 32 jeweils einen getrennten Wechselrichter 15 aufweisen. Während der VVC 60 als eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweisend beschrieben wird, sei angemerkt, dass der Pfad in einem Motorbetriebsmodus von der Batterie durch den VVC zum Hochspannungsbus verläuft. Umgekehrt verläuft der Pfad in einem Regenerationsmodus entgegengesetzt.
Zwischen der Batterie 14 und dem VVC befindet sich ein Sensor 80, um das Spannungssignal entlang der Eingangsseite 76 des VVC 60 zu messen. Insbesondere stellt der Sensor 80 ein Spannungssignal bereit, das die Spannung von der Batterie 14 angibt. Entlang der Ausgangsseite 78 zwischen dem VVC 60 und den Wechselrichtern 15 befindet sich ein zweiter Sensor 82. Der Sensor 82 stellt ein Signal bereit, das die Spannung vom Hochspannungsbus 36 angibt. Die Sensoren 80, 82 stellen ein Signal bereit, das die gemessene Spannung entlang der Eingangsseite 76 bzw. der Ausgangsseite 78 angibt. Während normaler Betriebsbedingungen ist das gemessene Spannungssignal von den Sensoren 80, 82 innerhalb eines angebrachten vorgegebenen Bereichs. Falls jedoch das gemessene Spannungssignal von den Sensoren vom angebrachten vorgegebenen Bereich abweicht, wird so möglicherweise angegeben, dass ein Fehler aufgetreten ist und dass eine Störung eines der Sensoren 80, 82 vorliegt.
Mit Bezug auf 4 wird ein Schemadiagramm der Schaltung des VVC 60 veranschaulicht. Der VVC 60 besteht allgemein aus einem Induktor 84, zwei Netzschaltern 86 und 88 und zugehörigen Gatesteuerschaltungen 90, wie in 4 gezeigt. Die zwei Netzschalter 86, 88 sind aus einem Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode 92, 94 und einer antiparallelen Diode 96, 98 zusammengesetzt. Wie in 4 gezeigt, sind die Schalter als ein oberer Schalter 86 und ein unterer Schalter 88 angeordnet.
Die Schaltungsanordnung des VVC ermöglicht abhängig von den Fahrzeuganforderungen wie zum Beispiel dem Motorbetrieb oder der Regeneration einen bidirektionalen Stromfluss. Wenn zum Beispiel der obere Schalter 86 geschlossen und der untere Schalter 88 geöffnet ist, fließt Strom in einer Richtung durch die antiparallele Diode 96. Ähnlich fließt, falls der obere Schalter 86 geöffnet und der untere Schalter 88 geschlossen ist, Strom in einer Richtung durch die antiparallele Diode 98. Wenn jedoch sowohl der obere Schalter 86 als auch der untere Schalter 88 geschlossen sind, ist der Stromfluss bidirektional und generiert eine Spannungserhöhung. Die erhöhte Spannung, die generiert wurde, wird an den Wechselrichter 15 ausgegeben, der den Motor 16 und den Generator 32 steuert. Wie zuvor erörtert, kann das Fahrzeug dadurch, dass eine Spannungserhöhung durch den VVC 60 ermöglicht wird, einen kleineren Batteriesatz aufweisen, wodurch zum Beispiel Kosten eingespart werden und weniger Batterieeinbauraum nötig ist.
Bestimmte Fehlerzustände können von einer oder mehreren der Steuereinrichtungen erkannt werden, die möglicherweise einen Fehler in einer der Antriebsstrangkomponenten wie dem Motor 16, dem Generator 32, dem VVC 60 oder dem Wechselrichter 15 angeben. Wenn in einer der Komponenten ein Fehler erkannt wird, kann eine Strategie für eingeschränkten Betrieb (Limited Operation Strategy, LOS) implementiert werden, um zu ermöglichen, dass der Bediener des Fahrzeugs weiterfahren kann, während bestimmte individuelle Komponenten abgeschaltet sind. Dadurch wird eine vollständige Ausschaltung des Fahrzeugs 10 verhindert, die für Fahrer nicht wünschenswert sein kann. Die Fehlerzustände, die möglicherweise verursachen, dass das Fahrzeug 10 und/oder das Fahrzeugsteuersystem 12 in einen LOS-Modus eintreten, können enthalten, dass die Temperatur, der Strom und/oder die Spannung einer Antriebsstrangkomponente jenseits einer annehmbaren Schwelle liegen. Ein Fehlerzustand wird möglicherweise durch ein kurzzeitiges Ereignis verursacht und ist eventuell nur temporär; jedoch kann Ablesen eines Werts jenseits einer Schwelle verursachen, dass das Fahrzeugsteuersystem 12 einen Befehl zu einer individuellen Ausschaltung dieser Komponente gibt, während ein Befehl zu einem LOS-Modus ermöglicht, dass der Bediener des Fahrzeugs 10 weiterfährt.
Mit jetzigem Bezug auf 5 wird eine Ausführungsform des LOS-Modus bei 100 veranschaulicht. An dem Motor 16, dem Generator 32, dem VVC 60 und dem Wechselrichter 15, die mit jeder der elektrischen Maschinen assoziiert sind, wird jeweils eine Diagnose durchgeführt. Bei der Diagnose wird bestimmt, ob der LOS-Modus notwendig ist, sodass zu einer temporären Abschaltung dieser Komponente angewiesen werden sollte. Die MGCU 70 beginnt mit der Durchführung der Diagnose, wie durch den Block 102 dargestellt. Als Nächstes, wie durch den Block 104 dargestellt, wird bestimmt, ob ein Fehlerzustand im Motor und/oder im Motorwechselrichter vorliegt oder nicht. Falls ein solcher Fehlerzustand vorliegt, wird ein LOS-Zähler erhöht, wie durch den Block 106 dargestellt. Der LOS-Zähler kann ein Eindekadenzähler- oder -identifizierungsmittel sein. Sobald der LOS-Zähler um eins erhöht wurde, wie durch den Block 108 dargestellt, wird ein Motortemporärabschaltungsflag auf WAHR gesetzt. Es wird angefordert, dass der Motor abgeschaltet wird, wie durch den Block 110 dargestellt. Der Motor wird möglicherweise abgeschaltet, indem im Motorwechselrichter Schalter geöffnet werden oder ein anderer mit dem Motor assoziierter Schalter geöffnet wird.
Falls im Motor und/oder im Motorwechselrichter kein Fehlerzustand vorliegt, wird bestimmt, ob der LOS-Zähler größer als null ist, wie durch den Block 112 dargestellt. Falls der LOS-Zähler nicht größer als null ist, wird das Motortemporärabschaltungsflag auf FALSCH gesetzt, und es wird angefordert, dass der Motor eingeschaltet wird oder eingeschaltet bleibt, wie durch den Block 116 dargestellt.
Falls jedoch der LOS-Fehlerzähler größer als null ist, wird der LOS-Zähler dekrementiert oder reduziert, wie durch den Block 118 dargestellt. Nachdem der LOS-Zähler reduziert worden ist, wird bestimmt, ob der Fehlerzähler null erreicht hat, wie durch den Block 120 dargestellt. Falls der LOS-Zähler null ist, wird das Verfahren fortgesetzt, indem das Flag für die Motorabschaltung auf FALSCH gesetzt wird, wie durch den Block 114 dargestellt, und es wird angefordert, dass der Motor eingeschaltet wird oder eingeschaltet bleibt, wie durch den Block 116 dargestellt. Falls der Fehlerzähler größer als null bleibt, wird das Verfahren erneut fortgesetzt, um den Motor abzuschalten, wie durch die Blöcke 108, 110 dargestellt. Schließlich werden die WAHR- und FALSCH-Flags an das Fahrzeugsteuersystem gesendet, wie durch den Block 122 dargestellt. Das Fahrzeug kann basierend auf den an das Fahrzeugsteuersystem gesendeten Informationen gemäß der mit Bezug auf 6 bereitgestellten Beschreibung agieren.
Durch Anfordern, dass der Fehlerzähler gleich null ist, wie durch den Block 120 dargestellt, stellt das Steuersystem sicher, dass der Motor sogar, wenn bestimmt wird, dass im Motor und/oder im Motorwechselrichter kein Fehlerzustand vorliegt, über einen Zeitraum weiter temporär abgeschaltet ist, falls der LOS-Fehlerzähler immer noch bei über null liegt. Dadurch kann die Diagnose weiter mehrmals ausgeführt werden, während der LOS-Fehlerzähler jedes Mal, wenn die Diagnose ausgeführt wird, reduziert wird, bis der Zähler null erreicht. So werden mehrfach Prüfungen des Motors und/oder des Motorwechselrichters durchgeführt, während der Motor abgeschaltet ist, bevor der Motor erneut eingeschaltet wird, falls kein Fehlerzustand erkannt wird.
Die von der MGCU durchgeführte Diagnose bewirkt eine temporäre Abschaltung des Motors für den Fall, dass ein Fehlerzustand erkannt wird. Während der Motor temporär abgeschaltet ist, wird das Fahrzeug in einem temporär reduzierten Energiemodus betrieben. Falls jedoch der Fehlerzustand nur eine kurze Zeit lang (z. B. weniger als 1 Sekunde lang) vorliegt, wird der LOS-Modus unterbrochen und der Motor wird schnell neu aktiviert, wodurch die vom Bediener des Fahrzeugs wahrgenommenen Störungen reduziert werden. Es sollte sich verstehen, dass die gesamte Diagnose in weniger als einer Sekunde, etwa in zwanzig Mikrosekunden, ausgeführt werden kann, und somit die Zeit, in welcher der Motor temporär abgeschaltet ist, vom Bediener des Fahrzeugs möglicherweise nicht erkannt wird.
Wie in 5 gezeigt, werden der LOS-Modus 100 und die Durchführung des Diagnosevorgangs, wie durch den Block 102 dargestellt, für den Generator und den VVC sowie den Motor durchgeführt. Die Diagnosen werden für den Motor, den Generator, den assoziierten Wechselrichter und den VVC allgemein gleichzeitig durchgeführt, sodass eine kontinuierliche Prüfung auf Fehlerzustände in jeder Komponente erfolgt. Die MGCU kann somit den Motor und/oder den Generator und/oder den VVC temporär abschalten. Es ist vorgesehen, dass die Diagnosen auch für andere Komponenten wie die Kraftmaschine durchgeführt werden können.
6 veranschaulicht ein Ablaufschaubild 200 einer anderen Ausführungsform des LOS-Modus, der von einer Steuereinrichtung oder dem Fahrzeugsteuersystem implementiert wird. Wie zuvor beschrieben, setzt die MGCU ein Flag für entweder WAHR oder FALSCH, um den Motor temporär ab- oder einzuschalten, wie durch die Blöcke 108 bzw. 114 dargestellt. Die WAHR- und/oder FALSCH-Flags werden von der MGCU durch das Fahrzeugsteuersystem empfangen, wie durch den Block 202 dargestellt. Falls das Flag FALSCH ist, weist das Fahrzeugsteuersystem die MGCU an, die Diagnoseprüfung 102 zurückzusenden, wie durch den Block 204 dargestellt.
Falls das Flag jedoch WAHR ist, wird bestimmt, ob der Motor mindestens in einem Schwellenzeitraum temporär abgeschaltet war, wie durch den Block 206 dargestellt. Falls der Motor mindestens im Schwellenzeitraum abgeschaltet war, kann der Motor für den aktuellen Zündungszyklus dauerhaft abgeschaltet werden, wie durch den Block 208 dargestellt. In einer Ausführungsform ist der Schwellenzeitraum ungefähr eine Sekunde lang, sodass der Motor während des aktuellen Zündungszyklus dauerhaft abgeschaltet wird, falls er für mindestens eine Sekunde temporär abgeschaltet wurde. Jedoch kommt jeder geeignete Schwellenzeitraum in Betracht und der Schwellenzeitraum kann abhängig von anderen Faktoren variieren. Ein Zündungszyklus wird eventuell auch als Fahrzyklus oder Arbeitszyklus bezeichnet und dauert ab dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug eingeschaltet, d. h. die Zündung eingeschaltet wird, bis das Fahrzeug bei einer Ausschaltung der Zündung ausgeschaltet wird. Während eines neuen Zündungszyklus kann der Motor oder eine beliebige fehlerhafte Einrichtung wie der VVC oder der Wechselrichter erneut eingeschaltet werden, wie mit Bezug auf 7 beschrieben wird.
Die mit Bezug auf 5 und 6 beschriebenen Algorithmen sehen eine Diagnoseprüfung des Motors, des Generators, des VVC oder einer beliebigen anderen Antriebsstrangkomponente vor. Kurz, falls erkannt wird, dass die konkrete Antriebsstrangkomponente in einem Fehlerzustand betrieben wird, wird diese Komponente temporär abgeschaltet. An dieser Komponente werden, während sie temporär abgeschaltet ist, kontinuierlich Diagnosen ausgeführt. Falls der Fehlerzustand der Komponente korrigiert werden kann oder es sich dabei um einen kurzzeitigen Fehler handelt, sodass die Komponente innerhalb des Schwellenzeitraums unter normalen Bedingungen betrieben werden kann, kann die Komponente erneut eingeschaltet werden. Falls hingegen der Fehlerzustand der Komponente innerhalb des Schwellenzeitraums nicht korrigiert werden kann, wird die Komponente während des aktuellen Zündungszyklus dauerhaft abgeschaltet und kann nur bei einem neuen Zündungszyklus (z. B. Aus- und Einschalten des Fahrzeugs) erneut eingeschaltet werden.
7 veranschaulicht ein Ablaufschaubild 300 einer anderen Ausführungsform des LOS-Modus, der von einer Steuereinrichtung oder dem Fahrzeugsteuersystem implementiert wird. Wie durch den Block 302 dargestellt, wird angefordert, dass das Fahrzeug startet, und es wird zu einem neuen Zündungszyklus angewiesen. Am Anfang werden die elektrischen Maschinen, einschließlich des Motors, des Generators sowie des VVC, abgeschaltet. Eine Reihe von Vorstartsicherheitsprüfungen wird vor dem Anlassen des Fahrzeugs durchgeführt.
Zum Beispiel prüft das Fahrzeugsteuersystem, ob der Stromsensornullabgleich abgeschlossen ist, wie durch den Block 304 dargestellt. Der Stromsensornullabgleich muss in allen elektrischen Maschinen abgeschlossen sein. Die Stromsensoren müssen einen Ablesewert von null aufweisen, während Nullstrom vorliegt, damit genaue Ablesewerte vorliegen, wenn während der Inbetriebsetzung Stromspitzen auftreten. Als Nächstes wird ein VVC-Eigentest durchgeführt, wie durch den Block 306 dargestellt. Der VVC-Eigentest stellt sicher, dass eventuelle Fehler innerhalb des VVC erkannt und behoben werden. Auch wird bestimmt, ob eventuelle Drehmomentstörungen vorliegen, wie durch den Block 308 dargestellt. Mit anderen Worten, die verfügbare Leistung und/oder das verfügbare Drehmoment der elektrischen Maschinen müssen bewertet werden, um zu bestimmen, ob von den elektrischen Maschinen eine eventuelle Drehmomentanforderung erfüllt werden kann.
Die für die elektrische Maschine bereitgestellten Betriebszyklusbefehle werden von der Steuereinrichtung deaktiviert oder zurückgesetzt, wie durch den Block 310 dargestellt. Durch Zurücksetzen des Betriebszyklus werden die elektrischen Maschinen in einen abgesicherten Modus eingestellt, wodurch die Hardware geschützt wird. Erst nachdem die Fehlerzustände beseitigt worden sind, können die Betriebszyklusbefehle wieder aktiviert werden, was eine sichere Steuerung der elektrischen Maschine ermöglicht. Dies wird als „weicher Neustart“ angesehen, bei dem kein neuer Zündungszyklus notwendig ist, im Gegensatz zu einem „harten Neustart“, bei dem das Fahrzeug abgeschaltet werden muss. Schließlich, wie durch den Block 312 dargestellt, werden eventuell in der Hardware vorliegende Fehler bestimmt, bevor das Fahrzeug zum Starten eingeschaltet wird.
Sobald die Vorstartsicherheitsprüfungen erfolgreich abgeschlossen wurden, startet das Fahrzeug und die elektrischen Maschinen können anlaufen, wie durch den Block 314 dargestellt. Die elektrischen Maschinen werden ebenfalls vollständig eingeschaltet, und das Fahrzeug kann gefahren werden.
Während des Betriebs des Fahrzeugs werden die mit Bezug zu 5 und 6 beschriebenen Diagnosealgorithmen ausgeführt und sind als Block 316 dargestellt. Die elektrischen Maschinen werden gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren kontinuierlich auf Fehler geprüft, sodass jede von ihnen temporär abgeschaltet werden kann.
Falls am Block 316 eine Anforderung zum Abschalten elektrischer Maschinen bestimmt wird, wird die elektrische Maschine abgeschaltet, wie durch den Block 318 dargestellt. Um die elektrische Maschine erneut einzuschalten, müssen die Steuereinrichtungen im Fahrzeug eine Reihe von Sicherheitsprüfungen und Sicherheitsprozessen durchlaufen, bevor die elektrische Maschine bei Block 314 erneut eingeschaltet wird. Die Sicherheitsprüfungen und -prozesse ermöglichen, dass das Fahrzeug weiterfährt und die elektrischen Maschinen weiter Antriebskraft bereitstellen, ohne dass es einen Zündungszyklus aufweist.
Bei einer der Sicherheitsprüfungen, wie durch den Block 320 dargestellt, bestimmt die Steuereinrichtung, ob nach wie vor eine temporäre Abschaltung der elektrischen Maschine erforderlich ist, wie zuvor in Bezug auf Block 110 von 5 beschrieben. Falls von den elektrischen Maschinen keine Abschaltung angefordert wird, kann die Steuereinrichtung bestimmen, ob von beliebigen der elektrischen Maschinen angefordert wird, dass sie in einen Ausschalt- oder Dauerabschaltmodus eingestellt werden, wie durch den Block 322 dargestellt. Falls die elektrischen Maschinen nicht abgeschaltet sind, wird eine Drehmomenterfüllungsprüfung durchgeführt, wie durch den Block 324 dargestellt. Die Drehmomenterfüllungsprüfung ähnelt der mit Bezug auf Block 308 durchgeführten Prüfung.
Als Nächstes wird eine Leistungsbegrenzungs- und -ausgleichsprüfung durchgeführt, wie durch den Block 326 dargestellt. Bei dieser Prüfung bestimmt die Steuereinrichtung möglicherweise, ob gerade ein Prozess ausgeführt wird, bei dem elektrische Leistung auf eine der elektrischen Maschinen begrenzt wird, oder dass der Leistungs- oder der Drehmomentgrenzwert einer der elektrischen Maschinen nicht viel größer als bei der anderen elektrischen Maschine ist. Der Leistungsbegrenzungsmodus wird in 8 ausführlicher beschrieben. Abschließend wird eine Überstromprüfung durchgeführt, wie durch den Block 328 dargestellt. Bei der Überstromprüfung wird bestimmt, ob irgendeiner elektrischen Maschine ein Stromwert über einem vorgegebenen Schwellwert zugewiesen ist oder irgendeine elektrische Maschine einen Stromwert über einem vorgegebenen Schwellwert ausgibt. Falls alle Sicherheitsprüfungen zufriedenstellend sind, sind die Vorstart-/Neueinschaltungsprüfungen abgeschlossen und es wird erneut bei Block 302 begonnen, bis die abgeschaltete elektrische Maschine bei Block 314 erneut eingeschaltet wird.
8 veranschaulicht ein Ablaufschaubild 400 einer anderen Ausführungsform des LOS-Modus, der von einer Steuereinrichtung oder dem Fahrzeugsteuersystem implementiert wird. 8 beschreibt einen LOS-Modus, wobei ein Leistungsbegrenzungsmodus implementiert wird, wenn an einer der elektrischen Maschinen ein Fehlerzustand erkannt wird. In früheren Hybrid-Elektrofahrzeugen ließen sich Störungen oder Fehlerzustände in einem Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstrang schwer reduzieren, ohne dabei die Fahrzeugleistung zu beeinträchtigen, während das Fahrzeug gefahren oder vollständig angehalten wurde, und erforderten dann einen Zündungszyklus, um den Betrieb teilweise wiederaufzunehmen. Ein Zündungszyklus war notwendig, um das Leistungsgleichgewicht hinsichtlich der fehlerbehafteten Einrichtung angemessen aufrechtzuerhalten. In einem Hybrid-Elektro-Getriebe würde, wenn an einer der Einrichtungen wie einer elektrischen Maschine eine Störung erkannt würde, aus dem Ausführen einer Aktion an nur der fehlerbehafteten Einrichtung ein Leistungsungleichgewicht resultieren, was zu einer unsteten Leistung und zusätzlichen steuerungsbezogenen Fehlern führen würde.
Um ein Leistungsungleichgewicht und unstete Leistung zu vermeiden, beschreibt das Ablaufschaubild 400 in 8 den Prozess, bei dem das Fahrzeug bei einer Störung einer der elektrischen Maschinen beim Fahren in den LOS-Modus eintritt, und den weiteren Betrieb des Hybrid-Elektro-Antriebsstrangs mit der zweiten elektrischen Maschine, ohne dass ein Zündungszyklus erforderlich ist. Der im Ablaufschaubild 400 beschriebene Prozess ermöglicht, dass das Steuersystem die Leistung schnell ausgleicht, wenn an einer der elektrischen Maschinen eine Störung auftritt, und ermöglicht, dass die andere elektrische Maschine weiter Antriebskraft für das Fahrzeug bereitstellt.
Am Anfang, wie durch den Block 402 dargestellt, erkennt das Steuersystem eine Störung in einer ersten Hybrid-Elektro-Antriebsstrang-Einrichtung und schaltet die Einrichtung als Reaktion auf den Fehlerzustand ab. Die Störung tritt möglicherweise in einer der elektrischen Maschinen oder den assoziierten Wechselrichtern auf. Als Reaktion auf den Fehlerzustand und die abgeschaltete Einrichtung löst das Steuersystem einen Leistungsbegrenzungsmodus aus, wie durch den Block 404 dargestellt. Am Anfang wird der Leistungsbegrenzungsmodus bei hoher Ausführungsgeschwindigkeit durchgeführt. Die hohe Geschwindigkeit kann zum Beispiel eine Ausführungsgeschwindigkeit von 100 Mikrosekunden sein.
Während das Steuersystem noch bei hoher Ausführungsgeschwindigkeit betrieben wird, schaltet es die zweite Einrichtung temporär ab, wie durch den Block 406 dargestellt. Der VVC wird ebenfalls temporär in einen Umleitungsmodus eingestellt, wie durch den Block 408 dargestellt. Der Umleitungsmodus des VVC ermöglicht, dass die Hochspannung von den elektrischen Maschinen schnell an die Niederspannungseingangsseite des VVC abgebaut wird. Ein Fehler wird dem Fahrer möglicherweise auch als Reaktion auf die Störung angezeigt, wie durch den Block 410 dargestellt.
Sobald der VVC im Umleitungsmodus und die zweite Einrichtung temporär abgeschaltet ist, kann das Steuersystem einen Leistungsbegrenzungsmodus auslösen, wie durch den Block 412 dargestellt. Der Leistungsbegrenzungsmodus ermöglicht, dass das Steuersystem bei langsamerer Ausführungsgeschwindigkeit arbeitet. Die langsamere Ausführungsgeschwindigkeit kann ermöglichen, dass das Steuersystem eine umfassendere Diagnosebewertung des Systems vornimmt.
Das Steuersystem löst den Leistungsbegrenzungsmodus möglicherweise nach einem Schwellenzeitraum aus, sodass die Hochspannung abgebaut wird und sodass die Einrichtungen nicht durch Überspannung gefährdet werden, was mehr Störungen verursachen könnte. Der Schwellenzeitraum ist möglicherweise nur 20 Millisekunden lang oder ein beliebiger geeigneter Schwellenzeitraum, der lang genug für den Abbau der Hochspannung ist. Das Steuersystem löst die langsamere Ausführungsgeschwindigkeit aus, sodass zusätzliche Diagnosen durchgeführt werden können.
Sobald der langsame Leistungsbegrenzungsmodus ausgelöst wurde, schaltet das Steuersystem die zweite Einrichtung, die nicht fehlerbehaftet ist, erneut ein. Jedoch wird die zweite Einrichtung in einem Drehmomentbegrenzungsmodus erneut eingeschaltet, wie durch den Block 414 dargestellt. Im Drehmomentbegrenzungsmodus ist das Drehmoment an der funktionsfähigen Einrichtung an der funktionsfähigen Einrichtung basierend auf dem Fahrzeugbetrieb begrenzt. Das maximale Drehmoment im LOS-Modus ist basierend auf der folgenden Formel begrenzt: τ_max = (I_max × V_Batterie)/ω
Mit anderen Worten, das maximale Drehmoment im LOS-Modus ist basierend auf dem maximal zulässigen Strom des Hochspannungsbusses im LOS-Modus multipliziert mit der Spannung von der Batterie dividiert durch die Geschwindigkeit der zweiten Einrichtung begrenzt. In einer Ausführungsform hat der maximal zulässige Strom im LOS-Modus einen Festwert, etwa 150 A. Die Batteriespannung kann variieren.
Sobald die funktionsfähige Einrichtung in einem funktionsfähigen Modus erneut eingeschaltet ist, erfolgt eine Steuersystemprüfung, um zu bestimmen, ob die erste Einrichtung nach wie vor fehlerbehaftet oder abgeschaltet ist, wie durch den Block 416 dargestellt. Falls von der MGCU oder der HCU eine Abschaltung der ersten Einrichtung angefordert wird oder die erste Einrichtung weiter eine Störung aufweist, wird ein Leistungsbegrenzungszeitzähler inkrementiert, wie durch den Block 420 dargestellt. Falls jedoch kein Fehler und keine Abschaltungsanforderung von einer der Steuereinrichtungen vorliegt, kann das Steuersystem den Leistungsbegrenzungsmodus beenden, wie durch den Block 424 dargestellt. Durch Beenden des Leistungsbegrenzungsmodus beendet das Steuersystem auch die langsame Ausführungsgeschwindigkeit.
Das Steuersystem setzt den Leistungsbegrenzungszeitzähler auf null zurück, wie durch den Block 426 dargestellt. Sobald der Leistungsbegrenzungszeitzähler auf null gesetzt und der LOS-Modus zurückgesetzt ist, kann das Steuersystem die erste und die zweite Einrichtung auch erneut einschalten, wie durch den Block 428 dargestellt. Das erneute Einschalten der Einrichtungen enthält Beenden eines eventuellen Drehmomentbegrenzungsmodus und Zurückkehren zur normalen Funktion.
Falls die erste Einrichtung hingegen immer noch einen fehlerbehafteten Zustand aufweist oder die MGCU oder die HCU anfordert, dass die Einrichtung abgeschaltet oder in einen LOS-Modus eingestellt wird, bestimmt das Steuersystem, ob der Leistungsbegrenzungszeitzähler größer als ein Schwellwert ist, wie durch den Block 432 dargestellt.
Falls der Leistungsbegrenzungszeitzähler einen Schwellwert überschritten hat, wird der langsame Diagnosemodus beendet, wie durch den Block 434 dargestellt. Dann wird der Drehmomentbegrenzungsmodus für die funktionsfähige Einrichtung dauerhaft aufrechterhalten, wie durch den Block 436 dargestellt. Durch Aufrechterhalten des Drehmomentbegrenzungsmodus wird die Einrichtung dauerhaft abgeschaltet. In einigen Ausführungsformen wird die Einrichtung eventuell nur bis zu einem neuen Zündungszyklus des Fahrzeugs dauerhaft abgeschaltet. Die Einrichtung kann aus diversen Gründen als dauerhaft abgeschaltet eingestellt werden, einschließlich des in den 5–7 beschriebenen Verfahrens.
9 veranschaulicht ein Ablaufschaubild 500 einer anderen Ausführungsform des LOS-Modus, der von einer Steuereinrichtung oder dem Fahrzeugsteuersystem implementiert wird. Ein Hochspannungsbatteriesignal, auch bekannt als HVBATT-Signal, wird durch die Steuereinrichtung, etwa die MGCU, empfangen, wie durch den Block 502 dargestellt. Das Hochspannungsbatteriesignal wird durch den Sensor entlang der Eingangsseite des VVC gemessen. Die Steuereinrichtung bestimmt basierend auf dem durch den Sensor bereitgestellten Hochspannungsbatteriesignal, ob das Hochspannungsbatteriesignal gültig ist, wie durch den Block 504 dargestellt. Das Hochspannungsbatteriesignal ist gültig, falls das Signal innerhalb eines annehmbaren Bereichs liegt.
Falls das HVBATT-Signal gültig ist, nutzt die Steuereinrichtung daraufhin weiter das Hochspannungsbatteriesignal, wie durch den Block 506 dargestellt, und der VVC kann normal funktionieren, etwa wenn der VVC für die Wechselrichter und die elektrischen Maschinen eine Spannungserhöhungsausgabe bereitstellt, wie in 3 und 4 beschrieben.
Falls jedoch das Hochspannungsbatteriesignal außerhalb des annehmbaren Bereichs liegt, wird das Signal als ungültig bestimmt. Wenn das Hochspannungsbatteriesignal ungültig ist, wird das Signal in einen Fehlerzustand gesetzt, wie durch den Block 508 dargestellt. Wenn das Hochspannungsbatteriesignal in den Fehlerzustand gesetzt ist, kommuniziert die MGCU mit der HCU, um zu bestimmen, ob ein alternatives Signal verfügbar ist, um das Hochspannungsbatteriesignal bereitzustellen, um eine Ausschaltung oder einen Kurzschluss der elektrischen Maschinen und des Fahrzeugs zu verhindern.
Wie zuvor beschrieben, kann die HCU durch das Fahrzeugnetzwerk wie ein CAN kommunizieren. Zum Beispiel kann die HCU mit dem BCM im Fahrzeugnetzwerk kommunizieren, um vom BCM ein alternatives Batteriespannungssignal zu empfangen. Das alternative Batteriespannungssignal vom BCM ist möglicherweise eine gemessene Spannung, die innerhalb des BCM gemessen wird. Alternativ kann das alternative Batteriespannungssignal aus anderen Batterieablesewerten im BCM oder in anderen mit dem Fahrzeugnetzwerk kommunizierenden Fahrzeugsystemsteuereinrichtungen erschlossen werden.
Die MGCU bestimmt, ob das vom Fahrzeugnetzwerk bereitgestellte alternative Spannungssignal gültig ist, wie durch den Block 510 dargestellt. Das alternative Batteriespannungssignal wird als gültiges Signal angesehen, falls die Batteriespannung innerhalb eines annehmbaren Bereichs liegt. Falls das alternative Batteriespannungssignal vom BCM als gültig angesehen wird, wird das HVBATT-Signal durch das alternative Batteriespannungssignal ersetzt, wie durch den Block 512 dargestellt. Durch Nutzung des alternativen Spannungssignals anstelle des HVBATT-Signals kann der VVC normal weiterbetrieben werden, wie durch den Block 514 dargestellt. Im Normalbetrieb kann der VVC eine Spannungserhöhung von der Batteriespannung an der Eingangsseite zum Wechselrichter und elektrischen Maschinen an der Ausgangsseite bereitstellen. Aufgrund der fliegenden Ersetzung durch die alternativen Signale können die elektrischen Maschinen trotz des fehlerbehafteten Hochspannungsbatteriesignals daher normal weiterbetrieben werden.
Das Fahrzeug zeigt dem Fahrer möglicherweise auch einen Fehler an, wie durch den Block 516 dargestellt. Der Fehler wird möglicherweise durch eine Ölstandsanzeigenleuchte angezeigt und informiert den Fahrer über den Fehlerzustand. Der Fehlerzustand im Hochspannungsbatteriesignal wird möglicherweise durch eine Störung des Sensors verursacht. Die Anzeige gibt möglicherweise an, dass der Sensor ausgewechselt werden muss.
Falls die MGCU bestimmt, dass das alternative Signal nicht gültig ist, ignoriert das Steuersystem das alternative Signal, wie durch den Block 518 dargestellt. Das alternative Signal kann ungültig sein, falls es zum Beispiel jenseits eines annehmbaren Bereichs oder Schwellwerts liegt. Falls das alternative Signal ungültig ist, gibt es möglicherweise einen sekundären Fehler an.
10 veranschaulicht ein Ablaufschaubild 600 einer anderen Ausführungsform des LOS-Modus, der von einer Steuereinrichtung oder dem Fahrzeugsteuersystem implementiert wird. Ein Hochspannungsbatteriebussignal, auch bekannt als HVDC-Signal, wird durch die Steuereinrichtung, etwa die MGCU, empfangen, wie durch den Block 602 dargestellt. Das Hochspannungsbussignal wird durch den Sensor entlang der Ausgangsseite des VVC gemessen. Die Steuereinrichtung bestimmt basierend auf dem durch den Sensor bereitgestellten Hochspannungsbussignal, ob das Hochspannungsbussignal gültig ist, wie durch den Block 604 dargestellt. Das Hochspannungsbatteriesignal ist gültig, falls das Signal innerhalb eines annehmbaren Bereichs liegt.
Falls das HVDC-Signal gültig ist, nutzt die Steuereinrichtung daraufhin weiter das Hochspannungsbussignal, wie durch den Block 606 dargestellt, und der VVC kann normal funktionieren, etwa wenn der VVC für die Wechselrichter und die elektrischen Maschinen eine Spannungserhöhungsausgabe bereitstellt, wie in 3 und 4 beschrieben.
Falls jedoch das Hochspannungsbussignal außerhalb des annehmbaren Bereichs liegt, wird das Signal als ungültig bestimmt. Wenn das Hochspannungsbussignal ungültig ist, wird das Signal in einen Fehlerzustand gesetzt, wie durch den Block 608 dargestellt. Falls das Signal als ungültig angesehen wird, wird das HVDC-Signal in einen Fehlerzustand gesetzt und der LOS-Modus wird implementiert, um die Funktion der elektrischen Maschinen aufrechtzuerhalten und zu ermöglichen, dass der Bediener des Fahrzeugs weiterfährt.
Wenn das Hochspannungsbussignal in den Fehlerzustand gesetzt ist, versucht die MGCU, das Hochspannungsbatteriesignal durch das Hochspannungsbatteriesignal, HVBATT, von der Eingangsseite des VVC zu ersetzen. Die MGCU bestimmt, ob das Hochspannungsbatteriesignal gültig ist, wie durch den Block 610 dargestellt. Es ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung durch ein beliebiges HVBATT-Signal ersetzen kann, etwa das vom Sensor gemessene Hochspannungsbatteriesignal oder das für die MGCU vom CAN über die HCU bereitgestellte alternative Batteriespannungssignal, wie in 9 oben erörtert.
Wie zuvor erörtert, wird das Hochspannungsbatteriesignal als gültiges Signal angesehen, falls die Batteriespannung innerhalb eines annehmbaren Bereichs liegt. Falls das Hochspannungsbatteriesignal als gültig angesehen wird, wird das Hochspannungsbussignal durch das HVBATT-Signal ersetzt, wie durch den Block 612 dargestellt.
Wenn anstelle des Hochspannungsbussignals das Hochspannungsbatteriesignal genutzt wird, kann der VVC weiterbetrieben werden, jedoch wird der VVC in einen LOS-Modus eingestellt, wie durch den Block 614 dargestellt. Im LOS-Modus wird der VVC in einen Umleitungsmodus eingestellt. Im Umleitungsmodus wird verhindert, dass der VVC eine Spannungserhöhung bereitstellen kann, wie durch den Block 616 dargestellt. Das Fahrzeug zeigt dem Fahrer möglicherweise auch einen Fehler an, wie durch den Block 618 dargestellt. Auch hier wird der Fehler möglicherweise durch eine Ölstandsanzeigenleuchte angezeigt und informiert den Fahrer über den Fehlerzustand. Der Fehlerzustand im Hochspannungsbussignal wird möglicherweise durch eine Störung des Sensors verursacht. Die Anzeige gibt möglicherweise an, dass der Sensor ausgewechselt werden muss.
Falls die MGCU bestimmt, dass das HVBATT-Signal nicht gültig ist, ignoriert das Steuersystem das alternative HVBATT-Signal, wie durch den Block 620 dargestellt. Das alternative Signal kann ungültig sein, falls es zum Beispiel jenseits eines annehmbaren Bereichs oder Schwellwerts liegt. Falls das alternative Signal ungültig ist, gibt es möglicherweise einen sekundären Fehler im HVBATT-Signal an.
Es sollte sich verstehen, dass, auch wenn Bezugnahmen hierin für die Ab- und Einschaltung des Motors gelten, ähnliche Algorithmen in Betracht kommen, die auf den Generator, den Wechselrichter und den VVC anwendbar sind. Mit anderen Worten, falls im Motor, im Generator, im Wechselrichter oder im VVC ein Fehlerzustand vorliegt, können die oben beschriebenen Verfahren auch auf beliebige dieser Komponenten und andere Antriebsstrangkomponenten angewendet werden.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen sind anwendbar auf/implementierbar von Verarbeitungseinrichtungen, Steuereinrichtungen oder Computer(n), die beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheiten oder dedizierte elektronische Steuereinheiten enthalten können. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als von einer Steuereinrichtung oder einem Computer ausführbare Daten und Anweisungen in vielen Formen gespeichert werden, unter anderem als Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Einrichtungen gespeichert werden, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem von Software ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen insgesamt oder teilweise unter Nutzung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt werden, etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), feldprogrammierbarer Gate Arrays (Field-Programmable Gate Arrays, FPGAs), von Ablaufsteuereinheiten, Steuereinrichtungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen von den Ansprüchen erfassten Ausgestaltungen beschreiben. Die in der Patentschrift genutzten Begriffe sind beschreibende und keine begrenzenden Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen so kombiniert werden, dass sie weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, die eventuell nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Charakteristiken gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik als Vorteile bereitstellend oder bevorzugt beschrieben werden hätten können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Charakteristiken beeinträchtigt sein können, um gewünschte allgemeine Systemattribute zu erzielen, welche von der speziellen Anwendung und der speziellen Implementierung abhängen. Diese Attribute können unter anderem die Kosten, die Stärke, die Dauerbeständigkeit, die Lebenszykluskosten, die Absetzbarkeit, das Aussehen, den Einbauraum, die Größe, die Wartbarkeit, das Gewicht, die Fertigbarkeit, die Montagefreundlichkeit usw. enthalten. Demzufolge liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Charakteristiken gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik als weniger wünschenswert beschrieben wurden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für konkrete Anwendungen wünschenswert sein.
Bezugszeichenliste
Fig. 3

V_dc: VGleichstrom
15: Motorwechselrichter

302: Fahrzeugstart-Anforderung/Elektrische Maschinen abgeschaltet
304: Stromsensornullabgleich abgeschlossen?
Yes: Ja
No: Nein
306: VVC-Eigentest abgeschlossen?
308: Drehmoment fähig zu Erfüllung von Anforderung?
310: Betriebszyklus zurückgesetzt?
328: Überstrom?
312: Evtl. Hardwarefehler?
326: Erfolgt gerade Leistungsbegrenzung/-ausgleich?
314: Fahrzeugstart/Elektrische Maschinen eingeschaltet
324: Drehmoment fähig zu Erfüllung von Anforderung?
318: Abschalten elektrischer Maschinen
316: Abschaltungsanforderung für elektrische Maschine?
322: Ausschaltmodus?
320: Temp. Abschaltung von elektrischer Maschine?

402: Steuereinrichtung erkennt Störung und schaltet 1. Einrichtung ab
404: Auslösen von Leistungsbegrenzungs-LOS-Modus bei hoher Geschwindigkeitsrate
408: Temporär Einstellen von VVC in Umleitungsmodus
406: Temporär Abschalten von 2. Einrichtung
410: Anzeigen von Fehler
412: Auslösen von Leistungsbegrenzungs-LOS-Modus bei niedriger Geschwindigkeitsrate
414: Erneut Einschalten von VVC und 2. Einrichtung in Drehmomentbegrenzungsmodus
2nd Device: 2. Einrichtung
416: Ist 1. Einrichtung immer noch fehlerbehaftet oder abgeschaltet?
No: Nein
Yes: Ja
424: Beenden von Leistungsbegrenzungs-LOS-Modus bei niedriger Geschwindigkeitsrate
420: Inkrementieren von Leistungsbegrenzungszähler
426: Zurücksetzen von Leistungsbegrenzungszähler auf null
432: Ist Leistungsbegrenzungszeitzähler > Schwellenzeitraum
428: Erneut Einschalten von 1. und 2. Einrichtung
434: Beenden von niedriger Geschwindigkeitsrate
436: Dauerhaft Aufrechterhalten von Drehmomentbegrenzungsmodus in 2. Einrichtung

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; mindestens eine elektrische Maschine; und eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, um: eine Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine basierend auf einem gemessenen Spannungssignal der Batterie zu ändern; und als Reaktion auf eine Angabe, dass das gemessene Spannungssignal fehlerhaft ist, die Spannung zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine basierend auf einem ersetzten Batteriespannungssignal zu ändern, sodass die elektrische Maschine für einen Fahrzyklus betriebsfähig bleibt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung einen variablen Spannungswandler umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die gemessene Spannung fehlerhaft ist, wenn die gemessene Spannung einen Schwellwertbereich überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, das weiter mindestens einen Sensor zum Bereitstellen des gemessenen Spannungssignals der Batteriespannung umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Ersatzbatteriespannungssignal als Reaktion auf das fehlerhafte gemessene Spannungssignal der Batterie durch eine Batteriesteuereinheit bereitgestellt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei das Ersatzbatteriespannungssignal von der Batteriesteuereinheit durch ein Fahrzeug-Control-Area-Network (CAN) bereitgestellt wird.