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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft mehrphasige elektrische Wechselstromsysteme (AC-Systeme), die in einem Fahrzeug verwendet werden, einschließlich zugehöriger Diagnoseüberwachungssysteme.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
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Fahrzeugsysteme verwenden elektrische Maschinen, um Drehmoment zu erzeugen, das verwendet werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben und um mechanische Leistung für fahrzeugeigene Teilsysteme wie etwa Hydraulikpumpen bereitzustellen. Derartige elektrische Maschinen enthalten mehrphasige Permanentmagnet- oder Induktionsmotoren, die über elektrische Hochspannungskabel und elektrische Verbinder mit Gleichrichter/Wechselrichter-Systemen verbunden sind. Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise beim Warten des Fahrzeugs, können die elektrischen Hochspannungskabel von den elektrischen Maschinen getrennt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine elektrische Maschine ist über eine mehrphasige Leistungsschaltung mit einem Gleichrichter/Wechselrichter elektrisch verbunden. Ein Verfahren zum Überwachen der mehrphasigen Leistungsschaltung umfasst, dass ein befohlener elektrischer Wechselstrom von dem Gleichrichter/Wechselrichter auf nicht intrusive Weise nach einer vorgeschriebenen Zeitspanne verstellt wird, und dass eine gemessene Größe des elektrischen Wechselstroms in der mehrphasigen Leistungsschaltung mit einem minimalen Schwellenwert verglichen wird. Auf der Grundlage des Vergleichs kann das Vorhandensein eines Schaltungsunterbrechungsfehlers in der mehrphasigen Leistungsschaltung detektiert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun als Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein System in Übereinstimmung mit der Offenbarung veranschaulicht, das eine mehrphasige elektrische Maschine (einem Motor) enthält;
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2 Eigenschaften eines elektrischen Stroms für eine Ausführungsform des Motors veranschaulicht, die im Kontext einer Id/Iq-Ebene aufgezeichnet sind, welche eine Trajektorie, die eine konstante Stromgröße zeigt, eine Kurve des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) und eine Linie mit konstantem Drehmoment in Übereinstimmung mit der Offenbarung umfassen; und
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3 ein Schema zur Überwachung elektrischer Hochspannungskabel in Übereinstimmung mit der Offenbarung veranschaulicht, das verwendet wird, um elektrische Hochspannungskabel zu überwachen, die zwischen ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul und einen Motor elektrisch gekoppelt sind.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte nur zum Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck einer Beschränkung derselben gedacht ist, veranschaulicht 1 auf schematische Weise ein System, das eine mehrphasige elektrische Maschine (einen Motor) 40 enthält, die in einem Fahrzeug verwendet wird, um Drehmoment zum Vortrieb und für andere fahrzeugeigene Anwendungen zu erzeugen. Eine Anwendung für Drehmoment nicht zum Vortrieb umfasst das Verwenden des Motors 40, um eine Hydraulikpumpe mit Leistung zu versorgen.
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Das System umfasst eine elektrische Hochspannungs-Leistungsquelle (Batterie) 20, die über einen Hochspannungs-DC-Leistungsbus 25 mit einem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30 elektrisch gekoppelt ist. Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30 ist mit einem mehradrigen elektrischen Hochspannungskabel 32 elektrisch verbunden, das in einem elektrischen Hochspannungsverbinder 36 endet. Der elektrische Hochspannungsverbinder 36 ist mit entsprechenden Hochspannungskabeln am Motor 40 elektrisch und mechanisch verbunden. Es kann eine oder mehrere elektrische Schnittstellen zwischen dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30, dem mehradrigen elektrischen Hochspannungskabel 32, dem elektrischen Hochspannungsverbinder 36 und den entsprechenden Hochspannungskabeln am Motor 40 geben. Stromsensoren 34 werden verwendet, um zwei oder mehr der elektrischen Leitungen bzw. Adern des elektrischen Kabels 32 zu überwachen, und diese sind mit einen Gleichrichter/Wechselrichter-Controller 38 signaltechnisch verbunden, der zur Überwachung und Steuerung des Stroms mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30 wirksam verbunden ist. Ein Drehpositionssensor 42 überwacht eine Drehposition und eine Drehzahl des Motors 40 und ist mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Controller 38 signaltechnisch verbunden. Eine Hochspannungs-Wechselstrom-Leistungsschaltung 35 ist ein Kabelbaum, der durch elektrische Wechselstromausgänge aus dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30, die mit dem mehradrigen elektrischen Hochspannungskabel 32 verbunden sind, den elektrischen Hochspannungsverbinder 36 und die Hochspannungskabel am Motor 40 gebildet wird. Ein Controller 10 ist über einen Bus 12 mit der Batterie 20 und mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30 signaltechnisch verbunden, um den Betrieb derselben zu überwachen und/oder eine Steuerung derselben als Teil eines Fahrzeuggesamtsteuerungssystems zu bewirken.
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Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder -routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige Anweisungssätze mit Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und können betrieben werden, um Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 100 Mikrosekunden und alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Unter bestimmten Umständen kann eine der elektrischen Schnittstellen der Hochspannungs-AC-Leistungsschaltung 35 physikalisch getrennt werden und die elektrischen Kabel können zwischen dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 30, dem mehradrigen elektrischen Hochspannungskabel 32, dem elektrischen Hochspannungsverbinder 36 und den Hochspannungskabeln am Motor 40 physikalisch freigelegt werden. Beispielsweise kann das mehradrige elektrische Hochspannungskabel 32 von dem elektrischen Hochspannungsverbinder 36 getrennt werden. Folglich umfasst das Überwachen der mehrphasigen Leistungsschaltung 35 das Überwachen eines befohlenen elektrischen Wechselstroms zwischen dem Gleichrichter/Wechselrichter 30 und dem Motor 40 bei vorgeschriebenen Zeitintervallen. Wenn der befohlene elektrische Wechselstrom kleiner als eine Schwellenwertgröße ist und ein vorgeschriebenes Zeitintervall seit dem letzten Überwachungsereignis vergangen ist, wird der befohlene elektrische Wechselstrom auf nicht intrusive Weise auf eine Größe des elektrischen Wechselstroms verstellt, die gleich der Schwellenwertgröße ist. Eine gemessene Größe des elektrischen Wechselstroms, der durch die AC-Kabel hindurchfließt, wird mit der Schwellenwertgröße des elektrischen Wechselstroms verglichen. Das Vorhandensein eines Fehlers in der mehrphasigen Leistungsschaltung 35 kann auf der Grundlage des Vergleichs detektiert werden. Eine Ausführungsform dafür wird mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
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2 zeigt auf graphische Weise Eigenschaften des elektrischen Stroms für eine Ausführungsform des Motors, der mit Bezug auf 1 beschrieben ist, wobei Gleichstromachsen (Id-Achsen) und Quadraturstromachsen (Iq-Achsen) verwendet werden. Die Verwendung von Gleichstrom- und Quadraturstromachsen ist in der Technik bekannt und wird nicht im Detail beschrieben. Die Stromeigenschaften sind im Kontext einer Id/Iq-Ebene 200 aufgezeichnet, wobei der Id-Strom auf der x-Achse 202 gezeigt ist und der Iq-Strom auf der y-Achse 204 gezeigt ist. Ein Kreis 210 repräsentiert eine Trajektorie, die eine konstante Stromgröße zeigt, und er repräsentiert wie gezeigt einen minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom, der einen Signal/Rausch-Abstand der Stromsensoren bewältigen kann. Ein Liniensegment 220 zeigt eine Kurve des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) für den Motor, und ein Liniensegment 230 zeigt eine Linie mit konstantem Drehmoment (T1) für den Motor. In einer Situation, in der die Größe des Drehmoments auf dem Liniensegment 230 mit konstantem Drehmoment gezeigt ist, repräsentiert ein Punkt 228 das MTPA zum Betreiben des Motors und ein Punkt 224 zeigt die gleiche Größe der Drehmomentausgabe wie ein Punkt 222, der auf den Konstantstromkreis 210 projiziert ist. Die Differenz zwischen den Punkten auf dem Liniensegment 230 mit konstantem Drehmoment beruht auf Differenzen beim Gleichstrom und einer entsprechenden Differenz beim Quadraturstrom. Der beispielhafte Arbeitspunkt und die hier gezeigte Justierung sind für eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Maschine). Ein analoger Analyseprozess kann für eine Induktionsmaschine (IM) durchgeführt werden.
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3 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform eines Schemas
300 zur Überwachung von elektrischen Hochspannungskabeln, das verwendet wird, um elektrische Hochspannungskabel zu überwachen, die zwischen einem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul und einem Motor elektrisch gekoppelt sind, einschließlich eines Systems, das einen elektrischen Hochspannungsverbinder verwendet, um den Motor elektrisch zu verbinden. Tabelle 1 wird als Schlüssel für
3 bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt offengelegt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 302 | Motor mit MTPA betreiben |
| 304 | Überwachung der elektrischen Hochspannungskabel ausführen |
| 310 | Sind Aktivierungskriterien erfüllt? |
| 315 | Ist eine Größe des Wechselstroms vorhanden, die ausreicht, um einen OCD-Test auszuführen? |
| 320 | Elektrischen Strom auf nicht intrusive Weise verstellen |
| 330 | OCD-Test ausführen |
| 332 | Ist Wechselstrom größer als Schwellenwert? |
| 340 | X:Y-Fehleranalyse ablaufen lassen |
| 350 | Ergebnis berichten |
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Der Motor wird betrieben, um in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl ein Drehmoment zu erzeugen, was umfasst, dass der Drehmomentbefehl optimiert wird, indem der Betrieb des Motors entlang der Kurve des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) befohlen wird, wobei ein Beispiel dafür als das Liniensegment 220 in 2 gezeigt ist (302). Während eines Fahrzeugbetriebs wird periodisch das Überwachen des elektrischen Hochspannungskabels befohlen, was umfasst, dass ein Schaltungsunterbrechungsdiagnosetest (OCD-Test) ausgeführt wird (304). Dies umfasst das Ausführen des OCD-Tests beim Einschalten des Antriebsstrangs und das periodische Ausführen des OCD-Tests, wenn eine Größe des Wechselstroms kleiner als ein minimaler Schwellenwert ist, was umfasst, wenn die Motordrehzahl kleiner als ein minimaler Schwellenwert ist. Der OCD-Test wird außerdem kontinuierlich ausgeführt, wenn die Größe des Wechselstroms über einem minimalen Schwellenwert liegt.
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Der OCD-Test läuft nur ab, wenn Aktivierungskriterien erfüllt sind (310). Die Aktivierungskriterien umfassen Parameter mit Bezug auf einen Zeitgeber für periodische Funktionen, eine Stromüberwachungsvorrichtung und andere ähnliche Kriterien. Der Zeitgeber für periodische Funktionen überwacht eine vorgeschriebene Zeitspanne und verwendet einen abwärts zählenden Zeitgeber, der eine vergangene Zeitspanne seit dem letzten Ausführen des OCD-Tests misst. Bei einer Ausführungsform weist der Zeitgeber für periodische Funktionen eine vorgeschriebene Zeitspanne auf, die in der Größenordnung von 15 Minuten liegt. Alternativ kann der Zeitgeber für periodische Funktionen eine vorgeschriebene Zeitspanne aufweisen, die in der Größenordnung von 300–500 Millisekunden liegt. Der Zeitgeber für periodische Funktionen zeigt den Ablauf der vorgeschriebenen Zeitspanne seit der letzten Ausführung einer Iteration des OCD-Tests an und er wird verwendet, um sicherzustellen, dass der OCD-Test periodisch läuft, d. h. mindestens einmal in jeder vorgeschriebenen Zeitspanne. Dies stellt sicher, dass der OCD-Test mindestens in kalibrierbaren Intervallen ausgeführt wird, was Zeitpunkte einschließt, wenn der befohlene Strom unter einem minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom liegt, der einem OCD-Schwellenwert zugeordnet ist. Die Stromüberwachungsvorrichtung stellt fest, ob der elektrische Strom eine ausreichende Größe aufweist, so dass er größer als der minimale befohlene elektrische Wechselstrom ist, welches ein minimaler Strom ist, der mit dem Signal/Rausch-Abstand der Stromsensoren verbunden ist. Um den OCD-Test ablaufen zu lassen ist es notwendig, dass der Wechselstrom gleich oder größer als der minimale befohlene elektrische Wechselstrom ist, um ein Signal/Rausch-Abstand der Stromsensoren zu bewältigen, und dieser kann bei einer Ausführungsform 5 bis 10% eines Maximalstroms sein. Andere ähnliche Kriterien, die das Ausführen des OCD-Tests ermöglichen oder verhindern können, umfassen Ergebnisse in Verbindung mit Fehlerdiagnosen der Stromsensorschaltung.
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Wenn die Aktivierungskriterien nicht erfüllt sind (310)(0), überprüft das System bei einer nachfolgenden Iteration die Aktivierungskriterien erneut. Wenn die Aktivierungskriterien erfüllt sind (310)(1) stellt das System fest, ob eine ausreichende Größe des Wechselstroms vorliegt, um den OCD-Test auszuführen, d. h., ob der befohlene Wechselstrom größer als der minimale befohlene elektrische Wechselstrom ist (315). Wenn eine Größe des Wechselstroms vorhanden ist, die ausreicht, um den OCD-Test auszuführen (315)(1), wird der OCD-Test ausgeführt (330).
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Wenn eine Größe des Wechselstroms vorhanden ist, die nicht ausreicht, um den OCD-Test auszuführen, d. h. wenn der befohlene Wechselstrom kleiner als der minimale befohlene elektrische Wechselstrom ist (315)(0), wird die Steuerung des Motors auf nicht intrusive Weise verstellt, um den elektrischen Strom auf den minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrompegel zu erhöhen, der erlaubt, dass der OCD-Test ausgeführt wird, ohne die Drehmomentausgabe aus dem Motor zu beeinflussen, d. h., der erlaubt, dass der OCD-Test ausgeführt wird, während gleichzeitig eine konstante Drehmomentausgabe aus dem Motor aufrecht erhalten wird. Dies umfasst, dass der befohlene elektrische Strom auf den minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom erhöht wird, um den Signal/Rausch-Abstand der Stromsensoren zu überwinden, die verwendet werden, um die mehrphasige Leistungsschaltung zu überwachen, ohne eine Drehmomentausgabe aus dem Motor zu verstellen (320). Das Erhöhen des elektrischen Stroms auf den minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom umfasst ein Verstellen der Id- und Iq-Ströme auf nicht intrusive Weise entlang der Linie 230 mit konstantem Drehmoment, um den zum Ausführen des OCD-Tests benötigten minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom zu erreichen, während die Drehmomentausgabe aus dem Motor beibehalten wird. Wenn die Ausführung des OCD-Tests ein nicht intrusives Erhöhen des elektrischen Stroms umfasst, z. B. bei niedrigen Drehzahlen, ist es ausreichend, nur die Beschränkung der Stromgröße zu betrachten, und anzunehmen, dass es eine ausreichende Spannungsreserve gibt, um die Id- und Iq-Ströme an eine beliebige Stelle auf dem Konstantstromkreis 210 zu steuern, während Drehmoment erzeugt wird.
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2 zeigt auf graphische Weise Stromeigenschaften, die den Konstantstromkreis 210 umfassen, welcher den minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom repräsentiert, der eine ausreichende Stromgröße aufweist, um den OCD-Test für eine Ausführungsform des Motors, der mit Bezug auf 1 beschrieben ist, erfolgreich auszuführen. Es ist auch ein gegenwärtiger Arbeitspunkt 228 gezeigt, der eine Stromgröße aufweist, die kleiner als der minimale befohlene elektrische Wechselstrom ist, der mit dem Konstantstromkreis 210 verbunden ist. Der gegenwärtige Arbeitspunkt 228 ist auf einer MTPA-Kurve 220 aufgetragen. Eine Linie 230 mit konstantem Drehmoment ist für den gegenwärtigen Arbeitspunkt 228 dargestellt. Eine projizierter Arbeitspunkt 224 kann hergeleitet werden, und dieser repräsentiert einen Arbeitspunkt, der mit der gleichen Drehmomentgröße wie der gegenwärtige Arbeitspunkt 228 verbunden ist und der dort angezeigt ist, wo die Linie 230 mit konstantem Drehmoment den Konstantstromkreis 210 schneidet, der den minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom repräsentiert.
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Das Ausführen des OCD-Tests umfasst das Verifizieren, dass die Größe des Wechselstroms, der gerade durch die AC-Kabel fließt, größer als ein Schwellenwertstrom ist, wenn mit dem minimalen befohlenen elektrischen Wechselstrom gearbeitet wird (330). Folglich misst der OCD-Test den Wechselstrom z. B. unter Verwendung der Stromsensoren 34, die verwendet werden, um die elektrischen Leitungen bzw. Adern des elektrischen Kabels 32 zu überwachen, wie mit Bezug auf 1 beschrieben ist, und vergleicht den gemessenen Wechselstrom mit einem Schwellenwertstrom (332), wobei der Schwellenwertstrom als ein minimaler Strom eingestellt ist. Ein Strompegel, der unter dem minimalen Strom liegt, zeigt die Wahrscheinlichkeit einer Schaltungsunterbrechung an. Wenn die Größe des gemessenen Wechselstroms kleiner als der Schwellenwertstrom mit einer gewissen Fehlertoleranz ist (332)(0), zeigt dies bei dieser Iteration das Vorhandensein eines Fehlers an, der mit einer Schaltungsunterbrechung verbunden ist. Wenn die Größe des gemessenen Wechselstroms größer oder gleich dem Schwellenwertstrom mit einer gewissen Fehlertoleranz ist (332)(1), zeigt dies bei dieser Iteration das Nichtvorhandensein eines Fehlers an, der mit einer Schaltungsunterbrechung verbunden ist. Das Ergebnis wird unabhängig davon, ob für diese Iteration das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Fehlers angezeigt wird, in eine X:Y-Fehleranalysevorrichtung eingegeben (340) und für diese Iteration des Tests wird ein Bericht erzeugt (350). Bei einer Ausführungsform enthält der erzeugte Bericht das Nichtvorhandensein oder das Vorhandensein eines Fehlers.
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Die X:Y-Fehleranalysevorrichtung (340) umfasst das Berücksichtigen einer Menge von identifizierten Fehlern (X) im Vergleich mit einer gewählten Menge von unmittelbar vorhergehenden Iterationen (Y). Bei einer Ausführungsform kann eine Menge von drei identifizierten Fehlern (X) in den fünf unmittelbar vorausgehenden Iterationen des Tests erforderlich sein, um einen Bericht zu erzeugen, der das Vorhandensein eines Schaltungsunterbrechungsfehlers anzeigt, welcher irgendeine Art von Linderungsaktivität durch den Controller benötigt.
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Folglich ist das Schema 300 zum Überwachen elektrischer Hochspannungskabel in der Lage, innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne eine Schaltungsunterbrechung zu detektieren, die ein unterbrochenes AC-Kabel anzeigt. Eine Systemantwort auf einen erzeugten Bericht, der mit dem Vorhandensein eines Fehlers verbunden ist, umfasst das Setzen von Diagnoseproblemcodes und das Ausführen eines Herunterfahrens des Systems in einen sicheren Zustand, wenn der AC-Verbinder nicht detektiert wird. Ein Herunterfahren des Systems in einen sicheren Zustand umfasst, dass sichergestellt wird, dass keine Spannung und kein Strom an Anschlüssen des Wechselstrommotors vorhanden sind.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art betrachtet werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in dem Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
