DE102018114490A1 - Method for controlling an electric drive of a motor vehicle; as well as computer program product - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeuges mittels eines Steuerungssystems (1), wobei das Steuerungssystem (1) eine Ausfallsicherungssteuerung an einer Leistungselektronik (2) einer elektrischen Maschine (3) des Antriebs durchführt, indem ein Initialsystem (4) des Steuerungssystems (1) in einem ersten Betriebszustand und ein Rückfallsystem (5) des Steuerungssystems (1), das hinsichtlich seines Steuerungsschemas gegenüber dem Initialsystem (4) vereinfacht ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebszustand die elektrische Maschine (3) über die Leistungselektronik (2) steuert. Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, dieses Verfahren durchzuführen.The invention relates to a method for controlling an electric drive of a motor vehicle by means of a control system (1), the control system (1) performing a fail-safe control on power electronics (2) of an electric machine (3) of the drive by an initial system (4) of the Control system (1) in a first operating state and a fallback system (5) of the control system (1), which is simplified in terms of its control scheme compared to the initial system (4), in a second operating state the electrical machine (3) via the power electronics (2) controls. The invention also relates to a computer program product which is designed to carry out this method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebs eines vorzugsweise rein elektrisch betriebenen oder weiter bevorzugt hybriden Kraftfahrzeuges, wie ein Pkw, Lkw, Bus oder sonstiges Nutzfahrzeug, mittels eines Steuerungssystems. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, dieses Verfahren durchzuführen.The invention relates to a method for controlling an electric drive of a preferably purely electrically operated or more preferably hybrid motor vehicle, such as a car, truck, bus or other commercial vehicle, by means of a control system. Furthermore, the invention relates to a computer program product which is designed to carry out this method.
Bei bekannten elektrischen Antrieben von Kraftfahrzeugen besteht der Nachteil, dass häufig die Möglichkeit eines ausreichenden Notlaufbetriebs fehlt. Da der elektrische Antrieb für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge normalerweise als ein so genanntes „Fail-Safe“-System ausgebildet ist, wird im Falle eines Fehlers zumeist der sichere Zustand eingenommen, sprich das Antriebssystem in einen momentenfreien Zustand geschaltet. Dies bedeutet, dass bei Auftritt von Fehlern, z. B. in einem Mikroprozessor, einem Speicher, einer Software, einer Sensorik, Kabeln, etc., eine Weiterfahrt verhindert wird. Des Weiteren wird in bestehende Steuerungssysteme häufig ein Mehrkernprozessor eingesetzt, was jedoch die Gesamtzuverlässigkeit dieser jeweiligen Systeme noch kritischer beurteilen lässt, da ein Fehler in einer Teilkomponente unter Umständen das gesamte System zum Ausfall bringt.In known electric drives of motor vehicles, there is the disadvantage that the possibility of adequate emergency operation is often lacking. Since the electric drive for hybrid or electric vehicles is usually designed as a so-called "fail-safe" system, the safe state is usually assumed in the event of a fault, that is, the drive system is switched to a torque-free state. This means that when errors occur, e.g. B. in a microprocessor, memory, software, sensors, cables, etc., a further journey is prevented. In addition, a multi-core processor is often used in existing control systems, which, however, makes the overall reliability of these respective systems even more critical, since a fault in one of the sub-components may cause the entire system to fail.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Betrieb eines elektrischen Antriebs bei einem auftretenden Komponentenfehler zu gewährleisten, um die Gesamtverfügbarkeit des Systems zu erweitern.It is therefore the object of the present invention to ensure operation of an electric drive in the event of a component fault in order to expand the overall availability of the system.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, womit ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeuges mittels eines Steuerungssystems beansprucht ist, wobei das Steuerungssystem eine Ausfallsicherungssteuerung an einer Leistungselektronik einer elektrischen Maschine des Antriebs durchführt, indem ein Initialsystem des Steuerungssystems in einem ersten Betriebszustand und ein Rückfallsystem des Steuerungssystems, das hinsichtlich seines Steuerungsschemas gegenüber dem Initialsystem vereinfacht / reduziert ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebszustand die elektrische Maschine über die Leistungselektronik steuert.This is achieved according to the invention by the subject matter of claim 1, which claims a method for controlling an electric drive of a motor vehicle by means of a control system, the control system performing a fail-safe control on a power electronics of an electric machine of the drive by an initial system of the control system in a first Operating state and a fallback system of the control system, which is simplified / reduced in terms of its control scheme compared to the initial system, controls the electrical machine via the power electronics in a second operating state.
Dadurch wird die Zuverlässigkeit des elektrischen Antriebs deutlich verbessert. Das Rückfallsystem ermöglicht eine vereinfachte Regelung und somit eine Art Notlaufbetrieb der elektrischen Maschine, wenn es zu einem Fehlerfall kommt, mit dem eine eingeschränkte Weiterfahrt (vorzugsweise mit verringerter Leistung und/oder erhöhtem Geräuschpegel) durchgeführt wird.This significantly improves the reliability of the electric drive. The fallback system enables a simplified control and thus a kind of emergency operation of the electrical machine if there is a fault, with which a limited onward journey (preferably with reduced power and / or increased noise level) is carried out.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.Further advantageous designs are claimed with the subclaims and explained in more detail below.
Setzt das Initialsystem eine feldorientierte Regelung, sprich eine Hauptregelung in Form einer relativ komplexen feldorientierten Regelung (FOC), um, wird die elektrische Maschine in einem ersten Betriebszustand auf typische Weise besonders effizient geregelt.If the initial system implements a field-oriented control, i.e. a main control in the form of a relatively complex field-oriented control (FOC), the electrical machine is typically particularly efficiently controlled in a first operating state.
Das Rückfallsystem ist vorteilhafterweise so umgesetzt, dass es eine direkte Drehmomentsteuerung („direct torque control“) durchführt. Dadurch wird eine vergleichsweise einfache Notlaufregelung ermöglicht. Eine Information von einem Rotorlagegeber der elektrischen Maschine ist nicht notwendig, um dennoch einen Notlaufbetrieb der elektrischen Maschine zu gewährleisten. Auch ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Rückfallsystem eine Blockkommutierung umsetzt.The fallback system is advantageously implemented in such a way that it performs direct torque control. This enables a comparatively simple emergency running control. Information from a rotor position sensor of the electrical machine is not necessary in order to nevertheless ensure emergency operation of the electrical machine. It is also expedient if the fallback system implements block commutation.
Ist das Initialsystem auf einer ersten Rechnereinheit und das Rückfallsystem auf einer zweiten Rechnereinheit verortet, ist das Steuerungssystem als Mehrprozessorsystem auf einfache Weise realisiert.If the initial system is located on a first computer unit and the fallback system is located on a second computer unit, the control system is easily implemented as a multiprocessor system.
Diesbezüglich ist es zudem zweckmäßig, wenn die beiden Rechnereinheiten durch zwei, vorzugsweise voneinander getrennte, Rechnerkerne (d.h. jeweils durch einen eigenen Rechnerkern) eines Rechners, wie eines Mehrkernprozessors („Multicore-Prozessor“), oder zwei voneinander getrennte Rechnerkerne zweier Rechner umgesetzt sind.In this regard, it is also expedient if the two computer units are implemented by two, preferably separate, computer cores (i.e. each with its own computer core) of a computer, such as a multi-core processor (“multicore processor”), or two computer cores separated from one another on two computers.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Leistungselektronik eine Umrichter-Leistungselektronik ist.Furthermore, it is advantageous if the power electronics are converter power electronics.
Diesbezüglich ist es wiederum von Vorteil, wenn die elektrische Maschine eine (normale) dreiphasige permanent erregte elektrische Maschine / ein dreiphasiger permanent erregter Elektromotor (d.h. eine Synchronmaschine) oder eine Asynchronmaschine ist.In this regard, it is again advantageous if the electrical machine is a (normal) three-phase, permanently excited electrical machine / a three-phase, permanently excited electric motor (i.e. a synchronous machine) or an asynchronous machine.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Diagnose- und Kontrolleinheit in dem Steuerungssystem vorhanden ist, die zwischen den Betriebszuständen / dem Initialsystem und dem Rückfallsystem umschaltet, wobei die Diagnose- und Kontrolleinheit im Betrieb auftretende (Komponenten-) Fehler detektiert und klassifiziert und darauf basierend eine Entscheidung trifft, ob von dem Initialsystem auf das Rückfallsystem umgeschaltet wird, d.h. ob sie von dem Initialsystem auf das Rückfallsystem umschaltet, oder nicht, sprich ob das Rückfallsystem benutzt werden kann. Wenn das Rückfallsystem nicht eingesetzt werden kann, ist der momentenfreie Zustand (Fail Safe) einzunehmen; eine Weiterfahrt ist dann nicht möglich.It is also advantageous if there is a diagnostic and control unit in the control system that switches between the operating states / the initial system and the fallback system, the diagnostic and control unit detecting and classifying (component) errors that occur during operation and based on this The decision is made whether to switch from the initial system to the fallback system, ie whether or not to switch from the initial system to the fallback system, that is to say whether the fallback system can be used. If the fallback system cannot be used, the torque-free state is (fail safe) take; a further journey is then not possible.
In diesem Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn ein Fehler, nach dem zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird, ein Fehler ist, der in einem Lagegeber eines Rotors der elektrischen Maschine auftritt, ein Fehler ist, der auf dem Rechnerkern, auf dem das Initialsystem durchgeführt wird, auftritt, wie bspw. ein „Lockstep-Error“, ein Speicherfehler, etc., oder ein Fehler ist, der bei einer Pulsweitenmodulation (PWM) / einer Generierung einer Pulsweitenmodulation auftritt, bspw. ein Software-Fehler, ein Fehler an einem PWM-Treiber oder ein Fehler an einer dedizierten Prozessor-Hardware, wie einem GTM (Generic Timer IP Module). Dadurch kann das Rückfallsystem die elektrische Maschine im Betrieb bei möglichen Fehlern weiterhin sicher betreiben.In this context, it is particularly advantageous if an error, after which switching between the first operating state and the second operating state, is an error that occurs in a position encoder of a rotor of the electrical machine, is an error that occurs on the computer core, on which the initial system is executed, such as a "lockstep error", a memory error, etc., or an error that occurs during pulse width modulation (PWM) / generation of a pulse width modulation, for example a software error , an error in a PWM driver or an error in dedicated processor hardware, such as a GTM (Generic Timer IP Module). As a result, the fallback system can continue to operate the electrical machine safely in the event of possible errors.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn in dem zweiten Betriebszustand ein Betrieb der elektrischen Maschine gegenüber dem ersten Betriebszustand mit einer reduzierten Leistung, einem reduzierten Wirkungsgrad, einem erhöhten Geräuschpegel und/oder einer reduzierten Dynamik durchgeführt wird.In addition, it is advantageous if, in the second operating state, the electrical machine is operated with a reduced power, a reduced efficiency, an increased noise level and / or a reduced dynamic compared to the first operating state.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, im Zusammenwirken mit einem Computer oder mit mehreren Computern direkt oder, nach Durchführen einer vorbestimmten Routine, indirekt das erfindungsgemäße Verfahren nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen durchzuführen.Furthermore, the invention relates to a computer program product which is designed, in cooperation with a computer or with a plurality of computers, directly or, after carrying out a predetermined routine, indirectly to carry out the method according to the invention in accordance with at least one of the embodiments described above.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Notlauf eines elektrischen Antriebs bei Ausfall von Teilkomponenten realisiert. Erfindungsgemäß wird ein „Fail-Operational“-Modus umgesetzt, der eine Bedienung / Betätigung des elektrischen oder hybriden Fahrzeugs unter der Verwendung eines vereinfachten Steuerungsschemas ermöglicht. Beispielsweise wird ein normaler Modus des Betriebs (erster Betriebszustand) durch eine komplexe feldorientierte Regelung und ein „Fail-Operational“-Modus des Betriebs (zweiter Betriebszustand) durch eine direkte Drehmomentsteuerung ohne Verwendung eines Rotorpositionssensors umgesetzt. Bevorzugt wird der „Fail-Operational“-Modus des Betriebs auf Computer-Mitteln ausgeführt, die getrennt von Computer-Mitteln sind, auf denen der normale Modus des Betriebs durchgeführt wird.In other words, an emergency operation of an electric drive is realized in the event of failure of subcomponents. According to the invention, a “fail-operational” mode is implemented, which enables the electric or hybrid vehicle to be operated / actuated using a simplified control scheme. For example, a normal mode of operation (first operating state) is implemented by complex field-oriented control and a “fail-operational” mode of operation (second operating state) by direct torque control without using a rotor position sensor. The “fail-operational” mode of operation is preferably carried out on computer means which are separate from computer means on which the normal mode of operation is carried out.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Flussdiagramm, mit dem der prinzipielle innere Aufbau eines ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführenden Steuerungssystems erkennbar ist, und -
2 eine Prinzipdarstellung eines Bestandteils eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeuges, in dem das erfindungsgemäße Steuerungssystem eingesetzt ist.
-
1 2 shows a schematic flowchart with which the basic internal structure of a control system implementing a method according to the invention can be recognized, and -
2 a schematic representation of a component of an electric drive of a vehicle in which the control system according to the invention is used.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic in nature and serve only to understand the invention. The same elements are provided with the same reference symbols.
In
Zum Überwachen der Leistungselektronik
In Verbindung mit
Das Initialsystem
Erfindungsgemäß wird bspw. bei Auftreten unterschiedlicher Fehler im System, wie sie durch das Steuerungssystem
In dem zweiten Betriebszustand wird an der elektrischen Maschine
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, in Zusammenwirkung mit einem Computer oder mehreren Computern direkt oder, nach Durchführen einer vorbestimmten Routine, indirekt dieses Verfahren umzusetzen.Furthermore, the invention relates to a computer program product which is designed to implement this method directly in cooperation with one or more computers, or indirectly after carrying out a predetermined routine.
In anderen Worten ausgedrückt, wird eine Simplex-Architektur auf die Regelung einer elektrischen Antriebsmaschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Steuerungssystemcontrol system
- 22
- Leistungselektronikpower electronics
- 33
- elektrische Maschineelectrical machine
- 44
- Initialsysteminitial system
- 55
- RückfallsystemFallback system
- 66
- Diagnose- und KontrolleinheitDiagnostic and control unit
- 77
- Lagegeberposition encoder
- 88th
- Temperatursensortemperature sensor
- 99
- Bezugspfeilreference arrow
- 1010
- Gate-TreiberGate Driver
- 1111
- Leistungsmodulpower module
- 1212
- Bussystembus system
- 1313
- Komponentecomponent
Claims (10)
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