DE102015224922A1 - Functional safety coordinator for ensuring a moment limitation for an electric drive motor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Funktionssicherheitskoordinator zur Sicherstellung einer Momentlimitierung sicherheitskritischer Momentenanforderungen für einen Elektro-Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schnittstelleneinheit zum Erfassen mehrerer Momentenbegrenzungsanforderungen, einer Auswerteeinheit zum Identifizieren einer betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung aus allen erfassten Momentenbegrenzungsanforderungen, und einer Ausgabeeinheit zum Sicherstellen der Momentenbegrenzung unter Berücksichtigung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung.The invention relates to a functional safety coordinator for ensuring an instantaneous limitation of safety-critical torque requests for an electric drive motor of a motor vehicle, having an interface unit for detecting a plurality of torque limitation requests, an evaluation unit for identifying a minimum torque limitation request from all detected torque limitation requests, and an output unit for ensuring the torque limitation below Consideration of the identified magnitude minimum torque limitation requirement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Funktionssicherheitskoordinator zur Sicherstellung einer Momentlimitierung für einen Elektro-Antriebsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to functional safety coordinator for ensuring a moment limitation for an electric drive motor according to the preamble of claim 1.

Aus Sicherheitsgründen sind in allen Fahrzeugen sog. Funktionssicherheitseinheiten implementiert, die insb. bei Fehlverhalten sicherheitsrelevanter Funktionen Eingriffe in den Betrieb des Fahrzeugs veranlassen, so dass mögliche Gefahren vom Fahrer abgewendet werden können. Beispielsweise gibt es im Zusammenhang mit dem Betrieb von Elektromotoren als Antriebsmaschinen in Kraftfahrzeugen mehrere sicherheitsrelevante Funktionen, die ein sicherheitskritisches Verhalten des Elektromotors erkennen und daraufhin eine entsprechende Reaktion zum Abwenden von Gefahren einleiten. Im Sinne einer geeigneten Reaktion kann z. B. ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf des Elektromotors angefordert werden. Ein derartiger Eingriff verursacht für den Fahrer eine Antriebsstörung oder sogar eine Panne.For safety reasons, so-called functional safety units are implemented in all vehicles, which, especially in the event of a malfunction of safety-related functions, intervene in the operation of the vehicle so that possible dangers can be averted by the driver. For example, in connection with the operation of electric motors as drive machines in motor vehicles, there are several safety-relevant functions which detect a safety-critical behavior of the electric motor and then initiate a corresponding reaction for averting dangers. In terms of a suitable reaction z. B. an active short circuit or a freewheel of the electric motor can be requested. Such an intervention causes a drive fault or even a breakdown for the driver.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches System bereitzustellen, welches ein möglichst langes Aufrechterhalten des Betriebs eines Elektro-Antriebsmotors in einem Kraftfahrzeug ermöglicht, ohne die Sicherheit des Fahrers zu gefährden.It is an object of the present invention to provide a simple system which allows as long as possible to maintain the operation of an electric drive motor in a motor vehicle, without endangering the safety of the driver.

Diese Aufgabe wird durch einen Funktionssicherheitskoordinator nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a functional safety coordinator according to claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in der Regel dann ein sicherheitskritisches Verhalten von zum Betrieb eines Elektro-Antriebsmotors erforderlicher sicherheitsrelevanter Funktionen festgestellt wird, wenn vom Elektro-Antriebsmotor ein Motormoment gestellt wird bzw. angefordert wird, das größer als eine vorgegebene Momentenbegrenzungsanforderung ist. Bei einer Mehrzahl sicherheitsrelevanter Funktionen wird für jede dieser Funktionen eine spezifische Momentenbegrenzungsanforderung festgelegt, die nicht überschritten werden darf. Diese Momentenbegrenzungsanforderungen sind für jede sicherheitsrelevante Funktion unterschiedlich und werden ggf. in Abhängigkeit vom Fahrzeugverhalten oder von Strommessungen dynamisch berechnet.The invention is based on the finding that, as a rule, a safety-critical behavior of safety-relevant functions required for the operation of an electric drive motor is determined when an engine torque is provided or requested by the electric drive motor which is greater than a predetermined torque limitation requirement. In the case of a plurality of safety-relevant functions, a specific torque limitation request is defined for each of these functions, which must not be exceeded. These torque limitation requirements are different for each safety-relevant function and, if necessary, are calculated dynamically depending on the vehicle behavior or current measurements.

Um nun alle unterschiedlichen Momentenbegrenzungsanforderungen entsprechend berücksichtigen zu können, wird erfindungsgemäß ein Funktionssicherheitskoordinator zur Sicherstellung einer Momentlimitierung sicherheitskritischer Momentenanforderungen für einen Elektro-Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, der eine Schnittstelleneinheit zum Erfassen mehrerer Momentenbegrenzungsanforderungen, eine Auswerteeinheit zum Identifizieren einer betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung aus allen erfassten Momentenbegrenzungsanforderungen, und eine Ausgabeeinheit zum Sicherstellen der Momentenbegrenzung unter Berücksichtigung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung umfasst.In order to be able to take account of all the different torque limitation requirements, a functional safety coordinator is proposed according to the invention for ensuring an instantaneous limitation of safety-critical torque requests for an electric drive motor of a motor vehicle, comprising an interface unit for detecting a plurality of torque limitation requests, an evaluation unit for identifying an absolute smallest torque limitation request from all detected torque limitation requests, and an output unit for ensuring the torque limitation taking into account the identified absolute minimum torque limitation request.

Bei den zu erfassenden Momentenbegrenzungsanforderungen, welche für jede sicherheitsrelevante Funktion individuell ermittelt werden, kann es sich um positive oder negative Momentenlimitierungen bzw. Momentenbegrenzungsanforderungen handeln. Werden sowohl positive als auch negative Momentenbegrenzungsanforderungen erfasst, so wird aus allen positiven Momentenbegrenzungsanforderungen die konservativste, also kleineste Momentenbegrenzungsanforderung als maßgebliche positive Momentenbegrenzungsanforderung, und aus allen negativen Momentenbegrenzungsanforderungen die größte bzw. betragsmäßig kleinste Momentenbegrenzungsanforderung als maßgebliche negative Momentenbegrenzungsanforderung identifiziert.The torque limitation requirements to be detected, which are determined individually for each safety-relevant function, may be positive or negative torque limitations or torque limitation requirements. If both positive and negative torque limiting requests are detected, the most conservative, ie smallest torque limitation request as the relevant positive torque limitation request is identified from all positive torque limitation requests, and the largest or absolute minimum torque limitation request from all negative torque limitation requests as the relevant negative torque limitation request.

Zur Sicherstellung der Einhaltung der Momentenbegrenzung unter Berücksichtigung der identifizierten betragsmäßig kleinsten (positiven und/oder negativen) Momentenbegrenzungsanforderung kann die Ausgabeeinheit vorteilhafterweise ausgebildet sein, die identifizierte betragsmäßig kleinste Momentenbegrenzungsanforderung an eine (insb. nicht-sicherheitsrelevante) Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion auszugeben, welche die Umsetzung der Begrenzung der Momentenanforderung auf die empfangene betragsmäßig kleinste (positiven und/oder negativen) Momentenbegrenzungsanforderung veranlasst. Diese nicht-sicherheitsrelevante Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion, welche direkt in die Funktionseinheit des Elektro-Antriebsmotors oder in dessen Betriebsstrategie eingebunden sein kann, kann derart ausgebildet sein, dass diese die übermittelte, identifizierte (positive und/oder negative) Momentenbegrenzungsanforderung für das Stellen des angeforderten Motormoments als (obere und/oder untere) Momentengrenze berücksichtigt, die nicht über- (bzw. bei der negativen Limitierung nicht unterschritten) werden darf.To ensure compliance with the torque limitation, taking into account the smallest amount (positive and / or negative) torque limitation request that has been identified, the output unit can advantageously be configured to output the identified magnitude smallest torque limitation request to a (in particular non-safety-relevant) torque limit control function which controls the implementation of the Limitation of the torque request to the received amount smallest (positive and / or negative) torque limit request causes. This non-safety-relevant torque limitation control function, which can be integrated directly into the functional unit of the electric drive motor or in its operating strategy, can be configured such that it transmits the identified, identified (positive and / or negative) torque limitation request for the location of the requested engine torque considered as (upper and / or lower) torque limit, which must not be exceeded (or not under negative limitation).

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Funktionssicherheitskoordinators umfasst dieser zusätzlich eine Überwachungseinheit (die ggf. auch in die Ausgabeeinheit oder Auswerteeinheit integriert sein kann), die das vom Elektro-Antriebsmotor bereitgestellte Moment überwacht, insbesondere derart, dass das gestellte Moment mit der identifizierten und für die Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion bereitgestellten (positive und/oder negative) Momentenbegrenzungsanforderung verglichen wird. Mit anderen Worten überprüft die Überwachungseinheit, ob die Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion erfolgreich die Momentensteuerung unter Berücksichtigung der vorliegenden maximal bzw. minimal erlaubten Momentenanforderung umgesetzt hat. Da die Überwachungseinheit ein Teil der sicherheitsrelevanten Software ist, wird mit einer hohen Sicherheitsstufe sichergestellt, dass die Momentenbegrenzungsanforderungen eingehalten werden.In a further particularly advantageous embodiment of the functional safety coordinator according to the invention, the latter additionally comprises a monitoring unit (which may possibly also be integrated in the output unit or evaluation unit) which monitors the torque provided by the electric drive motor, in particular in such a way that the torque set with the identified and for the torque limit control function (positive and / or negative) torque limitation request is compared. In other words, the monitoring unit checks whether the torque limiting control function has successfully implemented the torque control taking into account the present maximum or minimum permitted torque request. Since the monitoring unit is part of the safety-related software, a high level of security ensures that the torque limitation requirements are met.

Vorteilhafterweise ist diese Überwachungseinheit auch ausgebildet, bei Feststellen einer Verletzung bzw. einer Überschreitung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung eine den Betrieb des Elektro-Antriebmotors störende Maßnahme zu veranlassen. Hierzu kann die Überwachungseinheit entweder eine entsprechende Anforderung an die Ausgabeeinheit senden, oder direkt die störende Maßnahme veranlassen. Eine störende Maßnahme kann dabei das Einleiten eines aktiven Kurzschlusses oder das Einleiten eines Freilaufs des Elektro-Antriebsmotors sein.Advantageously, this monitoring unit is also designed to cause an operation disturbing the operation of the electric drive motor upon detection of a violation or an exceeding of the identified magnitude smallest torque limitation request. For this purpose, the monitoring unit can either send a corresponding request to the output unit, or directly cause the disturbing action. An interfering measure may be the initiation of an active short circuit or the initiation of a freewheel of the electric drive motor.

Die Erfindung wird nun anhand nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Funktionssicherheitskoordinators.The invention will now be explained in more detail with reference to the following embodiment. The only one shows 1 a structure of a functional safety coordinator according to the invention.

Im Detail zeigt die einzige 1 einen Funktionssicherheitskoordinator FUSIK zur Sicherstellung geeigneter Maßnahmen bei Erkennen eines sicherheitskritischen Verhaltens eines Elektro-Antriebsmotors EM eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Der Funktionssicherheitskoordinator FUSIK umfasst eine Schnittstelleneinheit SE zum Erfassen mehrerer positiver und/oder negativer individuell ermittelter Momentenbegrenzungsanforderungen MG1, MG2 und MG3 für den Elektro-Antriebsmotor EM, die von verschiedenen sicherheitsrelevanten Funktionen ermittelt werden. Bei den hier nicht dargestellten sicherheitsrelevanten Funktionen kann es sich bspw. um Schlupfregelfunktionen und/oder um Funktionen handeln, die eine gangabhängige Limitierung des Motormoments erfordern.In detail shows the only one 1 a functional safety coordinator FUSIK for ensuring suitable measures when detecting a safety-critical behavior of an electric drive motor EM of a motor vehicle. The motor vehicle can be designed as an electric vehicle or hybrid vehicle. The functional safety coordinator FUSIK comprises an interface unit SE for detecting a plurality of positive and / or negative individually determined torque limitation requirements MG1, MG2 and MG3 for the electric drive motor EM, which are determined by various safety-relevant functions. The safety-relevant functions (not illustrated here) may, for example, be slip-control functions and / or functions which require a gear-dependent limitation of the engine torque.

Die von der Schnittstelleneinheit SE erfassten Momentenbegrenzungsanforderungen MG1, MG2 und MG3 werden an eine Auswerteeinheit AWE des Funktionssicherheitskoordinators FUSIK übermittelt, die dann aus allen vorliegenden Momentenbegrenzungsanforderungen MG1, MG2 und MG3 die konservativste positive und die konservativste negative Momentenbegrenzungsanforderung MG+ und MG– (also die betragsmäßig kleinste positive und negative Momentenbegrenzungsanforderung) ermittelt und als maßgebliche Momentenbegrenzungsanforderung MG+ und MG– über eine Ausgabeeinheit AGE an eine nicht-sicherheitsrelevante Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion sf des Elektro-Antriebsmotors EM ausgibt.The torque limitation requests MG1, MG2 and MG3 detected by the interface unit SE are transmitted to an evaluation unit AWE of the functional safety coordinator FUSIK, which then determines the most conservative positive and the most conservative negative torque limitation request MG + and MG- (ie the smallest absolute value) from all existing torque limitation requests MG1, MG2 and MG3 positive and negative torque limitation request) is determined and outputs as relevant torque limitation request MG + and MG- via an output unit AGE to a non-safety-relevant torque limitation control function sf of the electric drive motor EM.

Diese Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion sf kann Teil der elektroantriebsmotor-internen Steuerung oder Teil der Betriebsstrategie des Elektro-Antriebsmotors sein. Diese nicht-sicherheitsrelevante Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion sf ist derart ausgebildet, dass diese die übermittelte, identifizierte konservativste (positive und/oder negative) Momentenbegrenzungsanforderung MG+ bzw. MG– für das Stellen des angeforderten Motormoments als (obere und/oder untere) Momentengrenze berücksichtigt, die nicht über- (bzw. bei der negativen Limitierung nicht unterschritten) werden darf.This torque limiting control function sf may be part of the electro-drive motor-internal control or part of the operating strategy of the electric drive motor. This non-safety-relevant torque limitation control function sf is designed such that it takes into account the transmitted, identified, most conservative (positive and / or negative) torque limitation request MG + or MG- for setting the requested engine torque as (upper and / or lower) torque limit, which not above (or not below the negative limit) may be.

Weiter umfasst der Funktionssicherheitskoordinators FUSIK eine Überwachungseinheit ÜE (die auch in die Ausgabeeinheit AGE oder die Auswerteeinheit AWE integriert sein kann), die das vom Elektro-Antriebsmotor EM bereitgestellte Moment Mot überwacht, insbesondere derart, dass das gestellte Moment Mot mit der identifizierten und für die Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion sf bereitgestellten positiven und/oder negativen Momentenbegrenzungsanforderung MG+ bzw. MG– verglichen wird. Stellt die Überwachungseinheit ÜE einer Verletzung bzw. eine Überschreitung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung MB+ bzw. MB– fest, veranlasst sie eine den Betrieb des Elektro-Antriebmotors EM störende Maßnahme durch Aussenden eines entsprechenden Störsignals s. Aufgrund des Störsignals kann ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf des Elektro-Antriebsmotors herbeigeführt werden.Furthermore, the functional safety coordinator FUSIK comprises a monitoring unit ÜE (which may also be integrated into the output unit AGE or the evaluation unit AWE) which monitors the torque Mot provided by the electric drive motor EM, in particular such that the set torque Mot is identified with and for the engine Torque limiting control function sf provided positive and / or negative torque limiting request MG + or MG- is compared. If the monitoring unit UE detects an infringement or an exceeding of the identified magnitude-smallest torque limitation request MB + or MB-, it causes a measure disturbing the operation of the electric drive motor EM by emitting a corresponding interference signal s. Due to the interference signal, an active short circuit or a freewheel of the electric drive motor can be brought about.

Mit dem hiervorgeschlagenen Funktionssicherheitskoordinator kann die Sicherheit des Betriebs des Elektromotors unter Beachtung aller relevanter Anforderungen an den Elektro-Antriebsmotor von sicherheits-relevanten Funktionen mit einfachen Mitteln sichergestellt werden, ohne die Robustheit des Systems negativ zu beeinträchtigen. Es versteht sich von selbst, dass alle hier aufgezeigten Erfassung-, Auswerte- und Ausgabebestandteile der Erfindung in Hardware und/oder Software ausgebildet sein können.With the functional safety coordinator proposed here, the safety of the operation of the electric motor, taking into account all relevant requirements for the electric drive motor of safety-relevant functions can be ensured with simple means, without adversely affecting the robustness of the system. It goes without saying that all of the detection, evaluation and output components of the invention shown here can be embodied in hardware and / or software.

Claims (4)

Funktionssicherheitskoordinator (FUSIK) zur Sicherstellung einer Momentlimitierung sicherheitskritischer Momentenanforderungen (MG1, MG2, MG3) für einen Elektro-Antriebsmotor (EM) eines Kraftfahrzeugs, mit – einer Schnittstelleneinheit (SE) zum Erfassen mehrerer Momentenbegrenzungsanforderungen (MG1, MG2, MG3), – einer Auswerteeinheit (AWE) zum Identifizieren einer betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung (MG+, MG–) aus allen erfassten Momentenbegrenzungsanforderungen (MG1, MG2, MG3), und – einer Ausgabeeinheit (AGE) zum Sicherstellen der Momentenbegrenzung unter Berücksichtigung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung (MG+, MG–).Functional safety coordinator (FUSIK) for ensuring an instantaneous limitation of safety-critical torque requests (MG1, MG2, MG3) for an electric drive motor (EM) of a motor vehicle, having - an interface unit (SE) for detecting a plurality of torque limitation requests (MG1, MG2, MG3), - An evaluation unit (AWE) for identifying a magnitude minimum torque limit request (MG +, MG-) from all detected torque limiting requests (MG1, MG2, MG3), and - an output unit (AGE) to ensure the torque limit, taking into account the identified magnitude smallest torque limit request (MG + , MG-). Funktionskoordinator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (AGE) eingerichtet ist, die identifizierte betragsmäßig kleinste Momentenbegrenzungsanforderung (MG+, MG–) an eine Momentenbegrenzungs-Steuerfunktion (sf) auszugeben, welche die Umsetzung der Begrenzung der Momentenanforderung auf die empfangene betragsmäßig kleinste Momentenbegrenzungsanforderung (MG+, MG–) veranlasst.Function coordinator according to Claim 1, characterized in that the output unit (AGE) is set up to output the identified magnitude smallest torque limitation request (MG +, MG-) to a torque limit control function (sf) which minimizes the implementation of the limitation of the torque request to the received one Torque limit request (MG +, MG-) causes. Funktionskoordinator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinheit (ÜE), die das vom Elektro-Antriebsmotor (EM) gestellte Moment (Mot) überwacht.Function coordinator according to one of the preceding claims, characterized by a monitoring unit (UE) which monitors the torque (Mot) provided by the electric drive motor (EM). Funktionskoordinator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (ÜE) bei Feststellen einer Überschreitung der identifizierten betragsmäßig kleinsten Momentenbegrenzungsanforderung (MG+, MG–) eine den Betrieb des Elektro-Antriebsmotors (EM) störende Maßnahme (s) veranlasst.Function coordinator according to claim 3, characterized in that the monitoring unit (ÜE) upon detection of exceeding the identified amount smallest torque limiting request (MG +, MG-) causes the operation of the electric drive motor (EM) disturbing measure (s).
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