DE102014203984A1

DE102014203984A1 - Einschalt-Abfolgesteuerung eines elektrischen Hybridfahrzeugs mit VVC-Test

Info

Publication number: DE102014203984A1
Application number: DE102014203984.3A
Authority: DE
Inventors: Balakrishna Rao; Rimma Isayeva
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-09-11
Also published as: US9566916B2; CN104044529A; US20140252849A1; CN104044529B

Abstract

Ein Verfahren zum Antreiben eines elektrischen Hybrid-Fahrzeugs mit einem variablen Spannungswandler (VVC) umfasst das Befehlen einer ersten Spannung in einem VVC als Antwort auf ein Signal, mit dem ein VVC-Test beantragt wird, das kontinuierliche Überwachen eines ersten VVC-Spannungsunterschieds über einen kalibrierten Zeitraum hinweg, und das Erzeugen eines Diagnosesignals, wenn der erste Spannungsunterschied eine erste kalibrierbare Schwelle für die Dauer eines ersten kalibrierbaren Zeitraums überschreitet. Das Verfahren umfasst ferner als Antwort auf ein Fallen des Spannungsunterschieds unter die erste kalibrierte Schwelle, das Befehlen einer zweiten Spannung im VVC, das kontinuierliche Überwachen eines zweiten VVC-Spannungsunterschieds über einen zweiten kalibrierbaren Zeitraum hinweg, das Erzeugen eines Diagnosesignals, wenn der zweite Spannungsunterschied eine zweite kalibrierbare Schwelle für die Dauer eines zweiten kalibrierbaren Zeitraums hinweg überschreitet, und das Signalisieren eines Testbestehens als Antwort auf ein Fallen des zweiten Spannungsunterschieds unter die zweite kalibrierbare Schwelle.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Einschalt-Abfolgesteuerungen, die variable Spannungswandler-Tests umfassen, zur Verwendung in Antrieben für elektrische Hybridfahrzeuge.
Elektrische Hybridfahrzeuge (HEV) umfassen einen Verbrennungsmotor und eine oder mehrere elektrische Maschinen, worin die Energiequelle für den Motor Brennstoff ist und die Energiequelle für die elektrische Maschine eine Batterie ist. In einem HEV ist der Motor die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, wobei die Batterie zusätzliche Energie für den Fahrzeugantrieb bereitstellt. Die Batterie puffert Brennstoffenergie und gewinnt kinematische Energie in elektrischer Form. Elektrische Steckdosen-Hybridfahrzeuge (PHEV) sind wie HEV, weisen aber eine Batterie mit größerer Kapazität auf, die von einem externen Netz aus wieder aufladbar ist. In einem PHEV ist die Batterie die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, bis die Batterie auf einen niedrigen Energiestand sinkt, und ab dem Zeitpunkt arbeitet das PHEV wie ein HEV für den Fahrzeugantrieb.
Elektrische Fahrzeuge können einen Gleichstrom-(DC-)Spannungswandler umfassen, der zwischen die Batterie und die elektrische Maschine geschaltet ist. Ein solcher Spannungswandler erhöht oder steigert das Spannungspotential der elektrischen Leistung, die der elektrische Maschine bereitgestellt wird, und erleichtert die Optimierung der Drehmomentkapazität. Das elektrische Fahrzeug kann ferner einen Wechselrichter umfassen, der zwischen den DC-Spannungswandler und die elektrische Maschine geschaltet ist, falls die elektrische Maschine ein Gleichstrom-(AC-)Motor ist. Treten in einem Fahrzyklus Störungen des Spannungswandlers auf, kommt es zu einem Ausfall des elektrischen Fahrzeugs. In diesem Fall geht die Benutzerzufriedenheit zurück.
Ein Verfahren und ein System zum Antreiben eines Fahrzeugs mit einem variablen Spannungswandler (VVC) umfasst das Befehlen einer ersten Spannung im VVC als Antwort auf eine Startanfrage auf einen verfügbaren eingeschränkten Antriebsmodus.
Das Verfahren umfasst ferner das Befehlen einer zweiten Spannung im VVC als Antwort auf einen Spannungsunterschied zwischen der ersten Spannung und einer gemessenen VVC-Spannung, die unter eine Schwelle fällt. Übersteigt der Spannungsunterschied die Schwelle über einen bestimmten Zeitraum hinweg, so wird ein Diagnosesignal erzeugt.
In einigen Ausführungsformen ist die erste befohlene Spannung größer als eine gemessene Batteriespannung. In einer solchen Ausführungsform wird, wenn der Spannungsunterschied unter die Schwelle fällt, eine zweite Spannung gleich der Batteriespannung im VVC befohlen. Übersteigt der Spannungsunterschied zwischen der zweiten Spannung und der gemessenen VVC-Spannung eine zweite Schwelle über einen bestimmten Zeitraum hinweg, so wird ein Diagnosesignal erzeugt. Fällt der Spannungsunterschied unter die zweite Schwelle, so wird ein Testbestehen signalisiert.
In einigen Ausführungsformen wird der eingeschränkte Antriebsmodus auf das Erzeugen eines Diagnosesignals hin aktiviert. In weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Isolieren des VVC von zumindest einer elektrischen Maschine, was durch das Öffnen von zumindest einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) erreicht wird. In einigen Ausführungsformen kann der Test als Antwort auf ein Signal, das das Vorliegen einer Sensorstörung anzeigt, oder auf ein Signal, das anzeigt, dass zumindest ein Schalter im VVC nicht umgeschaltet werden kann, abgebrochen werden. Wird der Test auf diese Weise abgebrochen, so wird der eingeschränkte Antriebsmodus aktiviert. In einer weiteren Ausführungsform kann der Test als Antwort auf ein Signal abgebrochen werden, das anzeigt, dass der eingeschränkte Antriebsmodus aktiviert wurde.
In einer Ausführungsform ist ein Fahrzeugsystem zum Testen eines VVC bereitgestellt, wobei das System eine elektronische Steuereinheit und einen VVC umfasst, der zwischen eine Batterie und zumindest eine elektrische Maschine geschaltet ist. Die elektronische Steuereinheit ist konfiguriert, um den VVC von der zumindest einen elektrischen Maschine zu isolieren, eine Spannung am VVC zu befehlen, einen Spannungsunterschied zwischen der befohlenen Spannung und einer gemessenen VVC-Spannung zu überwachen und ein Diagnosesignal erzeugen, wenn der VVC-Spannungsunterschied eine zugeordnete Schwelle über einen kalibrierbaren Zeitraum hinweg übersteigt.
In einigen Ausführungsformen ist die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert, um eine Fahrzeugstartanfrage zu detektieren. Die elektronische Steuereinheit kann auch konfiguriert sein, um ein Signal dafür zu detektieren, dass ein eingeschränkter Antriebsmodus verfügbar ist. Die elektronische Steuereinheit kann auch konfiguriert sein, um den Test als Antwort auf ein Signal dafür abzubrechen, dass ein eingeschränkter Antriebsmodus aktiviert ist. Die elektronische Steuereinheit kann auch konfiguriert sein, um den Test als Antwort auf ein Signal abzubrechen, das das Vorliegen einer Sensorstörung anzeigt, oder auf ein Signal, das anzeigt, dass zumindest ein Schalter im VVC nicht umgeschaltet werden kann. In einigen Ausführungsformen ist die von der elektronischen Steuereinheit befohlene Spannung größer als eine gemessene Batteriespannung. In einer solchen Ausführungsform kann die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert sein, um als Antwort auf ein Fallen des Spannungsunterschieds unter die zugeordnete Schwelle eine zweite Spannung im VVC zu befehlen, wobei die zweite Spannung gleich der gemessenen Batteriespannung ist, um einen zweiten Spannungsunterschied zwischen der zweiten befohlenen Spannung und der gemessenen VVC-Spannung zu überwachen, und ein Diagnosesignal zu erzeugen, wenn der zweite VVC-Spannungsunterschied eine zweite Schwelle über einen zweiten kalibrierbaren Zeitraum hinweg überschreitet. In einer solchen Ausführungsform kann die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert sein, um ein Testbestehen zu signalisieren, wenn der zweite Spannungsunterschied unter die zweite Schwelle fällt.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines HEV mit einem VVC das Befehlen einer ersten Spannung über einen VVC als Antwort auf ein Signal, das einen VV-Test beantragt, das kontinuierliche Überwachen eines ersten VVC-Spannungsunterschieds über einen ersten kalibrierbaren Zeitraum hinweg und das Erzeugen eines Diagnosesignals, wenn der erste Spannungsunterschied eine erste kalibrierbare Schwelle für die Dauer eines ersten kalibrierbaren Zeitraums überschreitet. Das Verfahren umfasst ferner als Antwort auf ein Fallen des ersten Spannungsunterschieds unter die erste kalibrierbare Schwelle das Befehlen einer zweiten Spannung im VVC, das kontinuierliche Überwachen eines zweiten VVC-Spannungsunterschieds über einen zweiten kalibrierbaren Zeitraum hinweg, das Erzeugen eines Diagnosesignals, wenn der zweite Spannungsunterschied eine zweite kalibrierbare Schwelle für die Dauer eines zweiten kalibrierbaren Zeitraums hinweg überschreitet, und das Signalisieren eines Testbestehens als Antwort auf ein Fallen des zweiten Spannungsunterschieds unter die zweite kalibrierbare Schwelle.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten eine Anzahl an Vorteilen. Die vorliegende Offenbarung stellt beispielsweise eine Teststrategie bereit, die Diagnosesignale als Antwort auf einen VVC-Selbst-Test erzeugen und einen LOS-Antriebsmodus umsetzen kann, in dem das Fahrzeug weiterhin sicher betrieben werden kann. Darüber hinaus ist die hierin offenbarte Teststrategie schneller als frühere Verfahren, da in diesem Fall keinen vorbestimmten Spannungs-Einrichtungszeitraum gibt.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs und zeigt ein Fahrzeugsystem zum Bewerten der Leistungsfähigkeit eines variablen Spannungswandlers (VVC) gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fahrzeugsystems von 1;
3 ist ein Schaltbild des VVC von 1 und 2, einer ersten Schalteinheit und einer zweiten Schalteinheit;
4 ist ein Flussdiagramm, dass die VVC-Selbst-Test-Voraussetzungen und Abbruchvoraussetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Test-Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Wie Fachleute auf dem Gebiet der Technik erkennen werden, können verschiedene Funktionen der vorliegenden Erfindung, wie sie in Bezug auf eine der Zeichnungen veranschaulicht und beschrieben wird, mit in einer oder mehreren anderen Zeichnungen dargestellten Funktionen der kombiniert werden, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu erhalten, die hier nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombination von dargestellten Funktionen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Funktionen im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung können für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Ein Spannungswandler sollte beim Fahrzeugstart getestet werden, um einen einwandfreien elektrischen Antriebsvorgang zu gewährleisten. Ein Verfahren zum Testen des Spannungswandlers beim Fahrzeugstart, das in der laufenden US-Patentanmeldung 13/537.123 beschrieben wird, umfasst das Beaufschlagen einer befohlenen Spannung, das Abwarten eines kalibrierten „Einstellzeitraums“ und das anschließende Messen einer Spannung im Spannungswandler. Übersteigt der Unterschied zwischen der befohlenen und der gemessenen Spannung eine Schwelle, so wird das Fahrzeug nicht gestartet. Dieses Verfahren ist jedoch aufgrund des vorbestimmten Einrichtungszeitraums vor der Spannungsmessung relativ zeitaufwändig. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten verschiedene Vorteile, wie nachstehend beschrieben wird.
In Bezug auf 1 ist ein Fahrzeugsystem zum Bewerten der Leistungsfähigkeit eines variablen Spannungswandlers (VVC) eines elektrischen Fahrzeugs entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen gezeigt und allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Das Fahrzeugsystem 10 ist in einem Fahrzeug 12 dargestellt. Das Fahrzeugsystem 10 umfasst eine Steuereinheit 14 und einen VVC 1, die miteinander kommunizieren. Die Steuereinheit 14 empfängt Eingangssignale, die die Spannung und gegenwärtige Messungen des VVC 16 darstellen, und bewertet die Leistungsfähigkeit des VVC 16, bevor Strom für den Fahrzeugantrieb bereitgestellt wird.
Die dargestellte Ausführungsform zeigt das Fahrzeug 12 als ein HEV, das ein elektrisches Fahrzeug ist, das durch eine elektrische Maschine 18 mit Unterstützung eines Verbrennungsmotors 20 angetrieben wird. Die elektrische Maschine 18 ist ein elektrischer Wechselstrommotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, und als „Motor” 18 in 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 18 empfängt elektrische Leistung und stellt ein Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Die elektrische Maschine 18 fungiert auch als Generator zum Umwandeln von mechanischer Kraft in elektrische Leistung durch Nutzbremsung.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Getriebe 22 mit einer Leistungsverteilungskonfiguration gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Getriebe 22 umfasst die erste elektrische Maschine 18 und eine zweite elektrische Maschine 24. Die zweite elektrische Maschine 24 ist ein elektrischer Wechselstrommotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen und als „Generator” 24 in 1 dargestellt. Wie die erste elektrische Maschine 18 empfängt die zweite elektrische Maschine 24 elektrische Leistung und stellt Ausgangsdrehmoment bereit. Die zweite elektrische Maschine 24 fungiert auch als Generator zum Umwandeln von mechanischer Kraft in elektrische Leistung und zum Optimieren des Stromflusses durch das Getriebe 22.
Das Getriebe 22 umfasst eine Planetenradeinheit 26, die wiederum ein Sonnenrad 28, einen Planetenradträger 30 und ein Tellerrad 32 umfasst. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 zum Empfangen des Generatordrehmoments verbunden. Der Planetenradträger 30 ist mit einer Abtriebswelle des Motors 20 zum Empfangen des Motordrehmoments verbunden. Die Planetenradeinheit 26 kombiniert das Generatordrehmoment und das Motordrehmoment und stellt ein kombiniertes Ausgangsdrehmoment über das Tellerrad 32 bereit. Die Planetenradeinheit 26 fungiert als ein kontinuierlich variables Getriebe ohne feste oder „stufenartige“ Übersetzungen.
Das Getriebe 22 umfasst ferner eine Einwegkupplung (O.W.C.) und eine Generatorbremse 33 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die O.W.C. ist an die Abtriebswelle des Motors 20 gekoppelt, um der Abtriebswelle nur das Drehen in eine Richtung zu gestatten. Die O.W.C. verhindert, dass das Getriebe 22 den Motor 20 in Gegenrichtung antreibt. Die Generatorbremse 33 ist an die Abtriebswelle der zweiten elektrischen Maschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann aktiviert werden, um zu „bremsen” oder die Drehung der Abtriebswelle der zweiten elektrische Maschine 24 und des Sonnenrads 28 zu verhindern. In weiteren Ausführungsformen sind die O.W.C. und die Generatorbremse 33 nicht vorhanden, sondern ersetzt durch Steuerstrategien für den Motor 20 und die zweite elektrische Maschine 24.
Das Getriebe 22 umfasst eine Vorlegewelle mit einem ersten Zahnrad 34, einem zweiten Zahnrad 36 und einem dritten Zahnrad 38. Ein Abgangsplanetengetriebe 40 ist mit dem Tellerrad 32 verbunden. Das Abgangsplanetengetriebe 40 ist mit dem ersten Zahnrad 34 in Eingriff gebracht, um das Drehmoment zwischen der Planetenradeinheit 26 und der Vorlegewelle zu übertragen. Ein Abgangszahnrad 42 ist mit einer Abtriebswelle der ersten elektrischen Maschine 18 verbunden. Das Abgangszahnrad 42 ist mit dem zweiten Getriebe 36 in Eingriff gebracht, um das Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine 18 und der Vorlegewelle zu übertragen. Ein Getriebeabgangszahnrad 44 ist mit einer Getriebeabtriebswelle 46 verbunden. Die Getriebeabtriebswelle 46 ist durch ein Differential 50 an ein Paar von Antriebsrädern 48 gekoppelt. Das Getriebeabgangszahnrad 44 ist mit dem dritten Getriebe 38 in Eingriff gebracht, um das Drehmoment zwischen dem Getriebe 22 und den Antriebsrädern 48 zu übertragen.
Obwohl im Zusammenhang eines HEV 12 veranschaulicht und beschrieben, gilt als vorausgesetzt, dass Ausführungsformen des Fahrzeugsystems 10 in anderen Arten elektrischer Fahrzeuge umgesetzt werden können, so wie einem batterieelektrischen Fahrzeug (BEV), das durch eine elektrische Maschine ohne Unterstützung eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.
Das Fahrzeug 12 umfasst eine Batterie 52 zum Speichern von elektrischer Energie. Die Batterie 52 ist eine Traktionsbatterie, eine Hochspannungsbatterie, die elektrische Leistung abgeben kann, um die erste elektrische Maschine 18 und die zweite elektrische Maschine 24 anzutreiben. Die Batterie 52 empfängt darüber hinaus elektrische Leistung von der ersten elektrischen Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24, wenn sie als Generatoren fungieren. Die Batterie 52 ist eine Batteriepackung, bestehend aus verschiedenen Batteriemodulen (nicht gezeigt), wobei jede Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen (nicht gezeigt) umfasst. Weitere Ausführungsformen des Fahrzeugs 12 sehen verschiedene Arten von Energiespeichervorrichtungen vor, wie Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt), die die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen. Ein Hochspannungsbus verbindet die Batterie 52 elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine 18 und mit der zweiten elektrischen Maschine 24.
Das Fahrzeug umfasst ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52. Das BECM 54 empfängt Eingaben, die die den Zustand des Fahrzeug und der Batterie anzeigen, beispielsweise Temperatur, Spannung und Stromstand der Batterie. Das BECM 54 berechnet und schätzt Batterieparameter, beispielsweise den Ladezustand der Batterie und die Leistungskapazität der Batterie. Das BECM 54 stellt Ausgaben bereit, die den Ladezustand der Batterie und die Leistungskapazität der Batterie für andere Fahrzeugsysteme und Steuermittel anzeigt.
Das Getriebe 22 umfasst den VVC 16 und einen Wechselrichter 56. Der VVC 16 und der Wechselrichter 56 sind zwischen der Hauptbatterie 52 und der ersten elektrischen Maschine 18 sowie zwischen der Batterie 52 und der zweiten elektrischen Maschine 24 elektrisch verbunden. Der VVC 16 steigert oder erhöht stufenweise das Spannungspotential der von der Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung. Der Wechselrichter 56 wandelt die von der Hauptbatterie 52 (über den VVC 16) gelieferte Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom-Leistung, um die elektrischen Maschinen 18, 24 anzutreiben. Der Wechselrichter 56 richtet ferner die Wechselstrom-Leistung, die von den elektrischen Maschinen 18, 24 bereitgestellt wird, auf Gleichstrom gleich, um die Hauptbatterie 52 aufzuladen.
Das Getriebe 22 umfasst eine Motorgeneratorsteuereinheit (MGCU) 58 zum Steuern der elektrischen Maschinen 18, 24, des VVC 16 und des Wechselrichters 56. Die MGCU 58 umfasst das Steuermittel 14, das konfiguriert ist, um unter anderem die Position, Geschwindigkeit und den Leistungsverbrauch der elektrischen Maschinen 18, 24 zu überwachen. Das Steuermittel 14 überwacht ferner elektrische Parameter (z.B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen im VVC 16 und im Wechselrichter 56. Die MGCU 58 stellt entsprechend diesen Informationen Ausgangssignale für die anderen Fahrzeugsysteme bereit.
Das Fahrzeug 12 umfasst eine Hybridsteuereinheit (HCU) 60, die mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuermitteln zum Koordinieren ihrer Funktion kommuniziert. Obwohl sie als alleiniges Steuermittel gezeigt ist, kann die HCU 60 mehrere Steuermittel umfassen, die verwendet werden können, um mehrere Fahrzeugsystems gemäß einer übergreifenden Fahrzeug Steuerlogik oder Software zu steuern.
Die Fahrzeugsteuermittel, einschließlich der HCU 60 und des Steuermittels 14 umfassen im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASIC, IC, Speicher (z.B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecodes, um zum Durchführen einer Reihe von Vorgängen zusammenzuarbeiten. Die Steuermittel umfassen ferner vorbestimmte Daten oder „Nachschlagetabellen” die auf Berechnungen und Testdaten basieren und im Speicher gespeichert sind. Die HCU 60 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuermitteln (z.B. dem BECM 54 und der MGCU 58) über eine oder mehrere Hartleitungs-Fahrzeugverbindungen unter Verwendung üblicher Busprotokolle (z.B. CAN und LIN). Die HCU 60 empfängt Eingaben (PRND), die eine aktuelle Position der Übertragung 22 (z.B. Park-, Rückwärts-, Leerlauf- oder Fahrposition) darstellen. Die HCU 60 empfängt ferner Eingaben, die eine Beschleunigungspedalposition darstellen. Die HCU 60 stellt der MGCU 58 Ausgaben, die ein gewünschtes Drehmoment, eine gewünschte Motorgeschwindigkeit darstellen, und einen Generatorbremsenbefehl; sowie dem BECM 54 eine Schützsteuerung BECM 54 bereit.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Bremssystem (nicht gezeigt), das wiederum ein Bremspedal, einen Verstärker, einen Hauptzylinder sowie mechanische Verbindungen zu den Antriebsrädern 48 umfasst, um eine Reibungsbremsung auszulösen. Das Bremssystem umfasst ferner Positionssensoren, Drucksensoren oder Kombinationen davon, um Informationen wie die Bremspedalposition an eine Fahreranfrage nach dem Bremsdrehmoment bereitzustellen. Das Bremssystem umfasst ferner ein Bremssystemsteuermodul (BSCM) 62, das mit der HCU 60 kommuniziert, um das regenerative Bremsen und Reibungsbremsen zu koordinieren. Das BSCM 62 stellt gemäß einer Ausführungsform einen regenerativen Bremsbefehl an die HCU 60 bereit.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Motorsteuermodul (ECM) 64 zum Steuern des Motors 20. Die HCU 60 stellt eine Ausgabe (gewünschtes Motordrehmoment) an das ECM 64 bereit, die auf einer Anzahl an Eingangssignalen basiert, darunter APP, und einer Fahreranfrage nach dem Fahrzeugantrieb entspricht.
Das Fahrzeug 12 ist konfiguriert als elektrisches Steckdosen-Hybridfahrzeug (PHEV) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Batterie 52 empfängt periodisch über einen Ladeanschluss 66 Wechselstrom-Energie von einer externen Stromversorgung oder einem externen Stromnetz. Das Fahrzeug 12 umfasst ferner ein Bordladeelement 68, das die Wechselstrom-Energie von dem Ladeanschluss 66 empfängt. Das Ladeelement 68 ist ein Wechselstrom/Gleichstrom-Konverter, der die empfangene Weechselstrom-Energie in Gleichstrom-Energie umwandelt, die für das Aufladen der Batterie 52 geeignet ist. Im Gegenzug versorgt das Ladeelement 68 die Batterie 52 während des Wiederaufladens mit Gleichstrom-Energie.
Das Fahrzeug 12 ist mit einem Antriebsmodus mit eingeschränkter Antriebsstrategie („LOS”) ausgestattet. Ein LOS-Antriebsmodus ist ein Antriebsmodus mit geringerer Leistung, der eine teilweise Fahrzeugleistungsfähigkeit bereitstellt, und kann aktiviert werden, wenn ein Diagnosesignal vorliegt. Der LOS-Modus kann einen Fahrzeugantrieb in einer Bandbreite von verringerten Geschwindigkeiten je nach Art des vorhandenen Diagnosesignals ermöglichen. Bei Fahrzeugen, die nicht mit einem LOS-Modus ausgestattet sind, wäre das Fahrzeug nicht fahrtüchtig, wenn ein solches Diagnosesignal erzeugt wird. Die HCU 60 stellt ein Signal bereit, das anzeigt, dass der LOS-Modus als Antwort auf Diagnosen verschiedener anderer Fahrzeugsysteme verfügbar ist. Die MGCU 58 erzeugt ein Steuersignal (LOS_OK) als Antwort auf das Signal von der HCU und ferner als Antwort auf eine VVC-Zustandsüberprüfung.
In Bezug auf 2 steigert oder erhöht der VVC das Spannungspotential der elektrischen Leistung, die durch die Hauptbatterie 52 bereitgestellt wird. Die Hauptbatterie 52 stellt Hochspannungs-(HV-)Gleichstrom-Leistung bereit. Ein Schütz 70 ist zwischen der Hauptbatterie 52 und dem VVC 16 in Reihe geschaltet. Wenn der Schütz 70 geschlossen ist, kann die HV-Gleichstrom-Leistung von der Hauptbatterie 52 zum VVC 16 übertragen werden. Ein Eingangskondensator 72 ist mit der Hauptbatterie 52 parallel geschaltet. Der Eingangskondensator 72 stabilisiert die Busspannung und verringert jegliche Spannungs- und Stromschwankungen. Der VVC 16 empfängt die HV-DC-Leistung und erhöht stufenartig das Spannungspotential der Eingangsspannung.
Der Wechselrichter 56 wandelt die elektrische Leistung von Wechselstrom in Gleichstrom oder richtet diese gleich. Ein Ausgangskondensator 74 ist mit dem VVC 16 und dem Wechselrichter 56 parallel geschaltet. Der Ausgangskondensator 74 stabilisiert die Busspannung und verringert Spannungs- und Stromschwankungen. Der Wechselrichter 56 umfasst einen bidirektionalen Schaltkreis (nicht gezeigt) mit einer Reihe von Schaltern, die in einer oder mehreren Ausführungsformen in einer Dreiphasenkonfiguration ausgerichtet sind. Der Wechselrichter 56 umfasst einen separaten Schaltkreis zum Steuern von der ersten elektrische Maschine 18 und der zweiten elektrischen Maschine 24, die in 2 allgemein als zwei Wechselrichter dargestellt sind.
Das Fahrzeugsystem 10 umfasst Sensoren (nicht gezeigt) zum Messen von elektrischen Parametern des VVC 16. Ein erster Spannungssensor (nicht gezeigt) misst die Spannung der Hauptbatterie 52 und stellt ein entsprechendes Eingangssignal (V bat) an die MGCU 58 bereit. In einer oder mehreren Ausführungsformen misst der erste Spannungssensor die Spannung durch den Eingangskondensator 72, der der Hauptbatteriespannung (V bat) entspricht.
Ein zweiter Spannungssensor (nicht gezeigt) misst die Ausgangsspannung des VVC 16 und stellt ein entsprechendes Eingangssignal (Vdc) an die MGCU 58 bereit. In einer oder mehreren Ausführungsformen misst der zweite Spannungssensor die Spannung im Ausgangskondensator 74, der der Gleichstrom-Busspannung entspricht. Ein Stromsensor (nicht gezeigt) misst den dem VVC 16 zugeführten Eingangsstrom und stellt ein entsprechendes Eingangssignal (IL) an den MGCU 58 bereit.
Die MGCU 58 steuert die Ausgangsspannung des VVC 16. Die MGCU 58 umfasst das Steuermittel 14 und einen Gatteransteuerungsschaltkreis 76. Das Steuermittel 14 empfängt Eingaben von der HCU 60 und anderen Steuermitteln und bestimmt eine gewünschte Ausgangsspannung des VVC 16. Das Steuermittel 14 stellt dann Steuersignale (Vgate) an den Gatteransteuerungsschaltkreis 76 bereit, die einem Ausgangsspannungsbefehl (Vcmd) entsprechen. Der Gatteransteuerungsschaltkreis 76 verstärkt die Steuersignales (Vgate) und stellt verstärkte Steuersignale (Vgate1, Vgate2) an den VVC 16 bereit. Das Steuermittel 14 überwacht die Eingangssignale (Vbat, Vdc,IL) als Antwort auf (Vgate1, Vgate2), um die Leistungsfähigkeit des VVC 16 zu bewerten.
Die MGCU 58 steuert die Wechselstrom-Spannung, die den elektrischen Maschinen 18, 24 durch Bereitstellen eines Steuersignals (Venable) an den Wechselrichter 56 und durch das Steuern Vdc bereitgestellt wird. Der Wechselrichter 56 umfasst eine Reihe von Schaltern (nicht gezeigt), die Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) sein können. Das Steuersignal (Venable) umfasst ein Gattersignal, das jedem Schalter zum Steuern ihres Antriebs bereitgestellt ist. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist die MGCU 58 konfiguriert, um die erste elektrische Maschine 18 und die zweite elektrische Maschine 24 während der Bewertung des VVC 16 abzuschalten (z.B. durch Öffnen der Schalter im Wechselrichter 56), um die Drehmomenterzeugung zu verhindern.
In Bezug auf 3 umfasst der VVC 16 umfasst eine erste Schalteinheit 78 und eine zweite Schalteinheit 80 zum Steigern der Eingangsspannung (Vbat), um Ausgangsspannung (Vdc) bereitzustellen. Die erste Schalteinheit 78 umfasst einen ersten Transistor 82, der mit einer ersten Diode 83 parallel geschaltet ist, wobei ihre Polarität entgegengesetzt geschaltet ist (anti-parallel). Die zweite Schalteinheit 80 umfasst einen zweiten Transistor 86, der mit einer zweiten Diode 88 anti-parallel geschaltet ist. Jeder Transistor 82, 86 kann eine jegliche Art eines steuerbaren Schalters sein (z.B. ein IGBT oder Feldeffekt-Transistor (FET)). Zusätzlich wird jeder Transistor 82, 86 durch die MGCU 58 einzeln gesteuert. Ein Eingangsinduktor 90 ist zwischen der Hauptbatterie 52 und den Schalteinheiten 78, 80 in Reihe geschaltet. Der Eingangsinduktor 90 lädt den Ausgangskondensator 74 auf.
Die MGCU 58 steuert die Ausgangsspannung (Vdc) des VVC 16. Der Gatteransteuerungsschaltkreis 76 stellt ein Steuersignal (Vgate) für jeden Transistor 82, 86 bereit, das auf Vcmd basiert. Der Gatteransteuerungsschaltkreis 76 ist konfiguriert, um Gattersignale bereitzustellen, die eine spezifische Art von Spannungsveränderung oder Antwort bei Vdc (z.B. eine Stufenantwort oder Anstiegsantwort) bereitzustellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Transistoren 82, 86 konfiguriert, um sich als Antwort auf ein Hochspannungsgattersignal zu öffnen als Antwort auf Niedrigspannungsgattersignal zu schließen.
In Bezug auf 1–3, umfasst das Fahrzeug 12 eine Vielzahl an Steuermitteln (z.B. die HCU 60, das Steuermittel 14, das BECM 54, usw.). Diese Fahrzeugsteuermittel nehmen bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine Reihe von Tests vor, bevor sie den Fahrzeugantrieb gestatten. Diese Tests können von einem Eingangssignal, beispielsweise „KEY_ON”, eingeleitet werden. Das Signal KEY_ON wird erzeugt, wenn der Fahrer einen Schlüssel (nicht gezeigt) in eine Einschaltposition dreht (oder das Fahrzeug 12 durch ein anderes Verfahren in Betrieb nimmt). Manche Tests können simultan vorgenommen werden, andere Tests wiederum werden hintereinander vorgenommen. Aus diesem Grund werden die Tests zügig durchgeführt, um eine Verzögerung des Fahrzeugantriebs zu verhindern.
In Bezug auf 4 kann das Fahrzeugsystem 10 einen Selbst-Test des VVC 16 bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs durchführen. Eine Fahrzeugstartanfrage wird, wie durch den Block 100 gezeigt, empfangen. Anschließend wird bestimmt, ob die Voraussetzungen zum Einleiten eines VVC-Selbsttests erfüllt sind, wie durch den Block 102, in Verbindung mit der Auflistung von Voraussetzungen gemäß den Blöcken 104–110, gezeigt.
Es müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein, bevor ein VVC-Selbsttest eingeleitet wird, darunter zumindest die folgenden: Der VVC-Selbsttest darf zuvor nicht vorgenommen worden sein, wie durch Block 104 veranschaulicht. Die MGCU 58 darf sich nicht im Wiedereinstellungsvorgang befinden, wie durch den Block 106 gezeigt. Befindet sich die MGCU 58 in einem Wiedereinstellungsvorgang, kann die MGCU 58 den Selbst-Test nicht einleiten oder steuern. Die HCU 60 muss die MGCU 58 veranlasst haben, zu schalten, wie durch den Block 106 gezeigt. Dies erfolgt, wenn die HCU 60 bestimmt hat, dass das Batterieseitenschütz nach dem Voraufladen geschlossen ist und die Gleich-Busspannung den Pegel erreicht hat, bei dem die Vorrichtungen beginnen können, zu schalten. Die MGCU 58 muss ein „LOS_OK”-Signal als Antwort auf das Signal von der HCU und die VVC-Zustandsüberprüfung erzeugen. Ist eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt, so kann der Algorithmus eine kalibrierbare Zeitdauer abwarten und dann erneut bewerten, ob die Voraussetzungen erfüllt sind. Die kalibrierbare Zeitrauer kann zum Beispiel 100 ms betragen.
Sind irgendwelche Voraussetzungen nicht erfüllt, so wird der VVC-Selbsttest nicht eingeleitet, die durch den Kasten 112 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus eine kalibrierbare Zeitdauer abwarten und dann erneut bewerten, ob die Voraussetzungen erfüllt sind. Die kalibrierbare Zeitrauer kann zum Beispiel 100 ms betragen. Werden die Testvoraussetzungen erfüllt, so wird der VVC-Selbsttest eingeleitet, wie durch den Block 116 gezeigt. Der Test wird weiter unten in Verbindung mit 5 genauer beschrieben.
Nach dem Einleiten des Tests kann der Test erfolgreich abgeschlossen werden, wie durch den Block 118 gezeigt. Ein erfolgreiches Testbestehen kann dazu führen, dass die MGCU 58 entweder eine „Testbestehens“-Anzeige oder ein Diagnosesignal erzeugt, wie weiter unten in Bezug auf 5 gezeigt wird. Der Test kann jedoch auch als Antwort auf verschiedene Zustände abgebrochen werden, wie durch den Block 120 gezeigt. Der Test wird abgebrochen, wenn die MGCU 58 aufhört, ein LOS_OK-Signal zu erzeugen. Dies kann als Antwort auf ein Signal von der HCU 60 darüber erfolgen, dass die Schalter im VVC nicht länger umgeschaltet werden können, oder wenn interne VVC-Diagnosen anzeigen, dass die Schalter nicht länger umgeschaltet werden können. Der Test wird auch als Antwort auf ein Signal einer Sensorstörung abgebrochen. Dabei kann es sich auch um eine Störung im VVC 16, in der HCU 60, in der MGCU 58, oder in anderen Systemen handeln, die den VVC-Antrieb beeinträchtigen können. Der Test wird ferner abgebrochen, wenn der LOS-Modus von einem anderen Fahrzeuguntersystem aktiviert wird.
Wird der Test aus irgendeinem der oben genannten Gründe abgebrochen, so wird ein LOS-Modus aktiviert, wie in Block 122 gezeigt. Dies kann durch ein Signal von der HCU 60 durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug weiterhin in einem Modus mit eingeschränkter Leistung angetrieben werden, anstatt gänzlich bewegungsunfähig zu sein. Wurde der Test aufgrund der Aktivierung des LOS-Modus basierend auf Bedingungen, die außerhalb des Einflusses des VVC-Tests liegen, so bleibt das Fahrzeug im LOS-Modus.
In Bezug auf Fig. soll der VVC-Selbsttestprozess beschrieben werden. Der VVC ist von zumindest einer elektrischen Maschine isoliert, wie in Block 124 gezeigt. Dies kann durch teilweises Öffnen von zumindest einem IGBT erreicht werden, wie in Block 126 gezeigt. In einer Ausführungsform werden alle der IGBT im VVC geöffnet. Eine Batteriespannung V_bat wird detektiert, wie in Block 128 gezeigt. Zum Zeitpunkt des Testbeginns t1 = 0 befiehlt die MGCU 58 dem VVC 16, eine Steigerungsspannung Vcmd,1 bereitzustellen, wie in Block 130 gezeigt. Die MGCU 58 stellt Steuersignale für den VVC 16 bereit, die einem Spannungsbefehlswert entsprechen, der um einen vorbestimmten Spannungsunterschied (Vcmd,1 = Vbat + ΔV) größer ist als die Batteriespannung. Eine VVC-Spannung V₁ wird gemessen, und der Unterschied des Absolutbetrages der Differenz (Vcmd,1 – V1) wird mit einer Schwellenspannung Vthreshold,1 verglichen, wie durch den Vorgang 132 gezeigt.
Ist der Spannungsunterschied nicht niedriger als die Schwelle, so wird bestimmt, ob die abgelaufene Testzeit t₁ eine Testzeitschwelle t-threshold übersteigt, wie durch Vorgang 134 gezeigt. Übersteigt die abgelaufene Testzeit die Zeitschwelle nicht, so nimmt der Algorithmus den Vorgang 132 wieder auf und vergleicht den Spannungsunterschied erneut mit der Spannungsschwelle. Wird bestimmt, dass die abgelaufene Zeit die Testzeitschwelle überstiegen hat, dass also der Test „die Zeit überschritten” hat, wird ein Diagnosesignal erzeugt und der LOS-Modus aktiviert, wie durch Block 136 gezeigt.
Zurück bei Vorgang 132, befiehlt die MGCU 58, wenn bestimmt wird, dass der Spannungsunterschied geringer ist als die Spannungsschwelle, zu einem zweiten Testzeitpunkt t2 = 0 dem VVC 16, eine zweite Steigerungsspannung Vcmd,2 bereitzustellen, die gleich der Batteriespannung Vbat ist, wie in Block 138 gezeigt wird. Eine zweite VVC-Spannung V2 wird gemessen, und der Unterschied des Absolutbetrages der Differenz (Vcmd,2 – V2) wird mit einer zweiten Schwellenspannung Vthreshold,2 verglichen, wie durch Vorgang 140 gezeigt.
Ist der Spannungsunterschied hingegen nicht geringer als die Schwelle, so wird bestimmt, ob die abgelaufene Testzeit t2 eine Testschwellenzeit t-threshold überschreitet, wie durch Vorgang 142 gezeigt. Übersteigt die abgelaufene Testzeit die Zeitschwelle nicht, so nimmt der Algorithmus den Vorgang 140 wieder auf und vergleich den Spannungsunterschied erneut mit der Spannungsschwelle. Wird bestimmt, dass die abgelaufene Zeit die Testzeitschwelle überstiegen hat, wird ein Diagnosesignal erzeugt und der LOS-Modus aktiviert, wie durch Block 136 gezeigt.
Zurück bei Vorgang 140, wird, wenn bestimmt wird, dass der Spannungsunterschied geringer ist als die zweite Spannungsschwelle, ein Signal erzeugt, das anzeigt, dass der VCC-Test bestanden wurde, wie in Block 144 gezeigt.
Wie anhand der verschiedenen Ausführungsformen zu erkennen ist, bietet die vorliegende Erfindung eine Teststrategie, die Diagnosesignale als Antwort auf einen VVC-Selbsttest erzeugen und einen LOS-Antriebsmodus umsetzen kann, in dem das Fahrzeug weiterhin sicher betrieben werden kann. Darüber hinaus ist die hierin offenbarte Teststrategie schneller als frühere Verfahren, da in diesem Fall keinen vorbestimmten Spannungs-Einrichtungszeitraum gibt.
Zwar wurde der beste Modus detailliert beschrieben, doch werden Fachleute auf dem Gebiet der Technik erkennen, dass im Rahmen des Schutzumfangs der nachstehenden Ansprüche verschiedene alternative Bauweisen und Ausführungsformen existieren können. Darüber hinaus können die Funktionen von verschiedenen Umsetzungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Zwar wurden verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehr Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber weiteren Ausführungsformen oder früheren Umsetzungen beschrieben, doch werden Fachleute erkennen, dass eine(s) oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften miteinander in Einklang gebracht werden können, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Kosten, Stärke, Langlebigkeit, Lebensdauerkosten, Vermarktbarkeit, Erscheinen, Verpackung, Größe, Funktionstüchtigkeit, Gewicht, Bearbeitbarkeit, einfache Anordnung usw. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehr Eigenschaften als weniger wünschenswert beschrieben werden als weitere Ausführungsformen oder frühere Umsetzungen, liegen nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für besondere Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs mit einem variablen Spannungswandler (VVC), umfassend: Befehlen einer ersten Spannung im VVC als Antwort auf eine Startanfrage, wobei ein eingeschränkter Antriebsmodus verfügbar ist; Befehlen einer zweiten Spannung im VVC als Antwort auf einen Spannungsunterschied zwischen der ersten Spannung und einer gemessenen VVC-Spannung, die unter eine Schwelle fällt; und Erzeugen eines Diagnosesignals, wenn der Spannungsunterschied die Schwelle über einen bestimmten Zeitraum hinweg überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste befohlene Spannung größer ist als eine gemessene Batteriespannung.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: wenn der Spannungsunterschied unter die Schwelle fällt, Befehlen einer zweiten Spannung im VVC, die gleich einer gemessenen Batteriespannung ist; Erzeugen eines Diagnosesignals als Antwort auf einen zweiten Spannungsunterschied zwischen der zweiten Spannung und der gemessenen VVC-Spannung, die über einen zweiten bestimmten Zeitraum hinweg eine zweite Schwelle übersteigt; und Signalisieren eines Testbestehens, wenn der zweite Spannungsunterschied unter die zweite Schwelle fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Ermöglichen des eingeschränkten Antriebsmodus, wenn ein Diagnosesignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Isolieren des VVC von zumindest einer elektrischen Maschine.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Isolieren des VVC von zumindest einer elektrischen Maschine das Öffnen von zumindest einem bipolaren Isolierschichttransistor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Abbrechen des Tests als Antwort auf ein Signal, das das Vorliegen einer Sensorstörung anzeigt, und auf ein Signal, das anzeigt, dass zumindest ein Schalter im VVC nicht umgeschaltet werden kann; und Ermöglichen des eingeschränkten Antriebsmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Abbrechen des Tests als Antwort auf ein Signal, das anzeigt, dass der eingeschränkte Antriebsmodus aktiviert wurde.