DE102021132202A1

DE102021132202A1 - Intelligente Fahrzeuge und Steuerlogik für das Fehlermanagement bei Achsantrieben mit zwei unabhängigen Antriebseinheiten

Info

Publication number: DE102021132202A1
Application number: DE102021132202.2A
Authority: DE
Inventors: Aubrey W. Downs Jr.; Christopher L. Jones; James M. Faucett; Yiran Hu; Ruixing Long; Brent S. GAGAS; Wei Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN115071738A; US20220289044A1

Abstract

Vorgestellt werden Steuersysteme für den Betrieb von Antriebssträngen mit zwei voneinander unabhängigen Antriebseinheiten (DIDU-Antriebssträngen), Verfahren zum Herstellen/Betreiben solcher Systeme und elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Fehlermanagement und -minderung für DIDU-Achsen. Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer DIDU-Achse umfasst das Überwachen einer ersten und einer zweiten Antriebseinheit (DU), die unabhängig voneinander betreibbar sind, um jeweilige Straßenräder über jeweilige Achswellen der DIDU-Achse anzutreiben. Eine Fahrzeugsteuerung empfängt einen Indikator eines Fehlerzustands in der ersten DU von einem Fehlererkennungsmodul und bestimmt daraufhin einen Fehlertyp für den Fehlerzustand. Die Steuerung stellt die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs fest und bestimmt auf der Grundlage des Fehlertyps und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit einen entsprechenden Drehmomentgrenzwert für jede der DIDU-Antriebseinheiten. Die Drehmomentausgabe der ersten DU wird gleichzeitig auf einen ersten Drehmomentgrenzwert begrenzt, während die Drehmomentausgabe der zweiten DU auf einen zweiten Drehmomentgrenzwert begrenzt wird.

Description

Einführung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Antriebsstrangsysteme für Fahrzeuge mit Elektroantrieb. Spezieller beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf das Fehlermanagement und die Fehlerbegrenzung für elektrisch angetriebene Antriebsstränge mit Achsen mit zwei voneinander unabhängigen Antriebseinheiten.
Heutige Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Kraftfahrzeugen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe auf den Achsantrieb des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Räder usw.) überträgt. Kraftfahrzeuge wurden historisch von Kolbenverbrennungsmotoren (Engl.: Internal Combustion Engine, ICE) angetrieben, da diese leicht verfügbar und relativ kostengünstig sind, ein geringes Gewicht haben und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Solche Motoren beinhalten Dieselmotoren mit Selbstzündung (Engl.: Compression-Ignited, CI), Ottomotoren mit Funkenzündung (Engl.: Spark-Ignited, SI), Zwei-, Vier- und Sechstaktarchitekturen sowie Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge (zusammenfassend als „Fahrzeuge mit Elektroantrieb“ bezeichnet) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Antriebleistung.
Ein vollelektrisches Fahrzeug (Engl.: Full Electric Vehicle, FEV) - umgangssprachlich auch als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten des Antriebsstrangs vollständig entfallen und ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) und ein Traktionsmotor für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Motoranordnung, das Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor sind in einem batteriegestützten FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, ein Traktionsbatteriepaket und eine Batteriekühl und -ladetechnik ersetzt. Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge (Engl.: Hybrid Electric Vehicle, HEV) hingegen nutzen mehrere Quellen für Antriebskraft, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Traktionsmotor betrieben wird. Da Hybrid-Elektrofahrzeuge in der Lage sind, ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor zu beziehen, können Motoren von HEVs ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.
Fahrzeugantriebe sind hauptsächlich in vier Standardarchitekturen erhältlich: Frontantrieb (Engl.: Front-Wheel Drive, FWD), Hinterradantrieb (Engl.: Rear-Wheel Drive, RWD), Vierradantrieb (4WD) und Allradantrieb (Engl.: All-Wheel Drive, AWD). Wie die Namen schon andeuten, treibt die Antriebsmaschine in einem FWD-Antriebsstrang nur die beiden vorderen Räder eines zweiachsigen Fahrzeugs an, während die Antriebsmaschine in einem RWD-Antriebsstrang nur die hinteren Räder antreibt. Im Vergleich dazu sind 4WD-Antriebe - einschließlich permanenter und bedarfsgesteuert Varianten - mit einem Verteilergetriebe ausgestattet, das von einem Fahrzeugführer oder einem Antriebsstrang-Steuermodul (Engl.: Powertrain Control Module, PCM) gesteuert wird, um das Drehmoment von der Antriebsmaschine selektiv auf die Vorder- und Hinterachse zu übertragen. Im Allgemeinen übertragen 4WD-Antriebssysteme die gleiche Menge an Antriebsleistung auf die Vorder- und Hinterachse. Ähnlich wie bei 4WD-Architekturen wird auch bei einem AWD-Antriebsstrang das Antriebsmoment auf alle vier Räder des Fahrzeugs übertragen. Im Gegensatz zum bedarfsgesteuerten 4WD-Antrieb treiben herkömmliche AWD-Fahrzeuge jedoch alle vier Räder zu allen Zeiten während der Fahrt an, und im Gegensatz zum permanenten 4WD-Antrieb wird bei AWD-Fahrzeugen das Drehmoment häufig in ungleichen Anteilen auf die Fahrzeugachsen übertragen.
Mit der Einführung von HEV-Antriebssystemen können ausgewählte AWD-Antriebsstränge nun einen quer eingebauten Motor und eine Transaxle-Anordnung verwenden, um das Antriebsdrehmoment auf einen primären (vorderen) Antriebsstrang zu übertragen, und, wenn Allradantrieb gewünscht ist, einen hinten angebrachten Traktionsmotor, um das Antriebsdrehmoment auf einen sekundären (hinteren) Antriebsstrang zu übertragen. Anstelle von längs eingebauten Motoranordnungen und der Niedrigbereichs-Verteilergetriebe traditioneller 4WD-Fahrzeuge kann ein HEV-AWD-Layout eine Nebenabtriebseinheit (Engl.: Power Take-Off Unit, PTU) zur selektiven Verbindung von Motor und Getriebe mit dem vorderen und hinteren Antriebsstrang einsetzen. Um Ineffizienzen zu vermeiden, die Antriebswellen, PTUs und Verteilergetrieben zugeordnet sind, können einige AWD-Antriebsstränge von Fahrzeugen mit Elektroantrieb eine Konfiguration mit unabhängigem Antrieb vorne und hinten (Engl.: Front-and-Rear Independent Drive, FRID) annehmen, um eine optimierte Traktion zu bieten, z. B. für Fahrbedingungen im Gelände und während des Fahrzeugbetriebs bei schlechtem Wetter. Ein FRID-Antriebsstrang verwendet einen quer eingebauten Motor oder eine vorne angebrachte elektrische Antriebseinheit (Engl.: Electric Drive Unit, EDU), um das Antriebsdrehmoment auf den vorderen Antriebsstrang zu übertragen, und eine separate sekundäre EDU, um unabhängig das Antriebsdrehmoment auf den hinteren Antriebsstrang zu übertragen. In jüngster Zeit implementieren einige batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (Engl.: Battery Electric Vehicle, BEV) einen rein elektrischen FRID-Antriebsstrang mit einer Achse mit zwei voneinander unabhängigen Antriebseinheiten (Dual-Independent Drive Unit, DIDU). Bei solchen FRID-DIDU-Anordnungen kommen mindestens drei einzelne Antriebsmaschinen zum Einsatz, die jeweils unabhängig voneinander ein Antriebsdrehmoment an eine entsprechende Achse oder Achshalbwelle liefern können.
Beschreibung der Erfindung
Hierin werden Regelungssysteme mit geschlossenem Regelkreis und zugehöriger Steuerlogik zum Betreiben von DIDU-Antriebssträngen, Verfahren zum Herstellen und zum Betreiben solcher Systeme sowie intelligente elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Fehlermanagement und -minderung für FRID-DIDU-Achsen. Die Techniken zum Steuern von DIDU-Antriebssträngen ermöglichen beispielsweise das Management von Achsfehlern in Fahrzeugen mit zwei diskreten Antriebseinheiten (Engl.: Drive Unit, DU), die unabhängig voneinander die jeweiligen Halbwellen derselben Achse antreiben. Die Antriebsstrangsteuerung kann sofort auf einen erkannten Hardwarefehler (HW-Fehler) oder Kommunikationsfehler (Komm-Fehler) reagieren, indem sie die Achsdrehmomentgrenzwerte zwischen einer gestörten DU und einer nicht gestörten DU sowie optional zwischen der gestörten Achse und der nicht gestörten Achse koordiniert. Zusammen mit der Koordinierung des Achsdrehmoments kann das Steuersystem eine Gesamtgeschwindigkeitsbeschränkung für das Fahrzeug festlegen, die elektronische Stabilitätskontrolle (Engl.: Electronic Stability Control, ESC) aktivieren und die Prioritäten der Seitensteuerung in einer integrierten elektronischen Fahrzeugbewegungssteuerung (Engl.: Vehicle Motion Controller, VMC) ändern. Die Steuerstrategien für das Fehlermanagement und die Fehlerbegrenzung können in Echtzeit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem gewählten Fahrmodus und/oder anderen dynamischen Betriebszuständen des Fahrzeugs moduliert werden. Fünf simultane Maßnahmen können ergriffen werden, um einen Fehlerzustand zu verwalten: (1) Drehmomentgrenzwertde der fehlerhaften Achse werden auf Null oder auf ein erwartetes erreichbares Drehmoment an der fehlerhaften DU begrenzt, um eine genaue Vorhersage der sich aus dem Fehler ergebenden Fahrzeugdynamik zu gewährleisten; (2) Drehmomentgrenzwerte der Gegenachse werden auf Null oder auf einen fehlerabhängigen Wert begrenzt, der z. B. auf dem aktuellen Fahrmodus, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Art des Fehlers basiert; (3) eine Gesamtfahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung wird als Funktion des Fahrmodus und des Fehlertyps abgeleitet, um zu verhindern, dass das Fahrzeug in eine unerwünschte Links-Rechts-Drehmomentvektorisierung gerät; (4) kalibrierte Werte der VMC werden geändert, um seitliche Fahrzeugbewegungsziele je nach Fahrmodus und Fehlertyp entweder zu priorisieren oder zu depriorisieren; und (5) ESC wird je nach Fehler und Fahrmodus aktiviert.
Zu den Vorteilen, die zumindest einige der vorgestellten Konzepte mit sich bringen, gehören DIDU-Elektrofahrzeuge mit verbesserter Fahrzeugleistung, indem unbeabsichtigte seitliche Bewegungen des Fahrzeugs (z. B. unbeabsichtigtes Gieren), die sich aus einem fehlerhaften Achsbetrieb aufgrund einer defekten Halbwellen-DU ergeben, verringert werden. Die beschriebenen Steuerungsverfahren können auch dazu beitragen, die Fahrzeugnutzung zu maximieren, indem sie unter vordefinierten Bedingungen eine begrenzte Übertragung des Antriebsdrehmoments von der (den) nicht gestörten DU(s) ermöglichen, um Szenarien auszuschließen, in denen das Fahrzeug unbeweglich wird. Zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen können die beschriebenen Merkmale auch dazu beitragen, die Fahrbarkeit des Fahrzeugs zu verbessern, die Steuerung des Antriebsstrangs und die Reaktionszeit zu verbessern und Fahrmanöver bei niedrigen Geschwindigkeiten und abseits der Straße zu optimieren.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Systemsteuerungslogik, Rückkopplungsregelungsverfahren und computerlesbare Medien (Engl.: Computer Readable Media, CRM) für das Fehlermanagement und die Fehlerminderung in DIDU-Antriebsstrangkonfigurationen. In einem Beispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, einschließlich HEV- und FEV-Antriebsstrangkonfigurationen, mit einer oder mehreren DIDU-Achsen vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren beinhaltet in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale: Überwachen, z. B. über eine verteilte Sensoranordnung und einen Motorsteuerungsprozessor (Engl.: Motor Control Processor, MCP), einer ersten Antriebseinheit (DU) und einer zweiten Antriebseinheit (DU), die unabhängig voneinander betreibbar sind, um entsprechende Straßenräder des Kraftfahrzeugs über entsprechende Achswellen der DIDU-Achse anzutreiben; Empfangen, z.B. über eine residente oder entfernte Fahrzeugsteuerung von einem in dem MCP enthaltenen Fehlererkennungsmodul, eines Fehlersignals, das einen Fehlerzustand in der ersten DU der DIDU-Achse anzeigt; Bestimmen eines Fehlertyps (z.B. HW- oder Kommunikationsfehler in dem DU-Motor, MCP oder Wechselrichter) für den Fehlerzustand über die Fahrzeugsteuerung; Bestimmen, z.B. über die Fahrzeugsteuerung, die mit einem oder mehreren Raddrehzahlsensoren kommuniziert, einer Echtzeit- oder nahezu Echtzeit-aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, Bestimmen, über die Fahrzeugsteuerung, ganz oder teilweise basierend auf dem Fehlertyp und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, eines ersten Drehmomentgrenzwerts für die erste DU und eines zweiten Drehmomentgrenzwerts für die zweite DU; und Befehlen, über die Fahrzeugsteuerung (z.B., über eines oder mehrere an den MCP übertragene Befehlssignale), dass eine erste Drehmomentausgabe der ersten DU auf den ersten Drehmomentgrenzwert und eine zweite Drehmomentausgabe der zweiten DU auf den zweiten Drehmomentgrenzwert beschränkt wird.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Steuersystem mit geschlossenem Regelkreis und intelligente Kraftfahrzeuge, die Fehlermanagement und Fehlerminderung für DIDU-Achsen bereitstellen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenkraftwagen (HEV, FEV, BEV, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), landwirtschaftliche Geräte usw. In einem Beispiel beinhaltet ein Kraftfahrzeug beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum, mehrere an der Karosserie befestigte Räder und anderen Standardausrüstungen. Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb arbeiten mehrere elektrische Antriebseinheiten allein (z. B. bei FEV-Antriebssträngen) oder in Verbindung mit einer Verbrennungsmotoranordnung (z. B. bei HEV-Antriebssträngen), um selektiv mehrere Fahrzeugräder anzutreiben und so das Kraftfahrzeug anzutreiben.
Unter Fortsetzung der Diskussion des obigen Beispiels beinhaltet das Fahrzeug eine DIDU-Achse, die funktionsfähig an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist und eine erste und eine zweite Antriebseinheit beinhaltet, die unabhängig voneinander betrieben werden können, um ein erstes bzw. ein zweites Straßenrad anzutreiben, sowie eine erste und eine zweite Achswelle, die die erste und die zweite Antriebseinheit antriebsmäßig mit dem ersten bzw. dem zweiten Straßenrad verbinden. Eine weitere Antriebsachse ist funktionsfähig an der Fahrzeugkarosserie angebracht und beinhaltet eine oder mehrere Antriebsmaschinen (ICE oder MGU), die unabhängig voneinander betrieben werden können, um ein zweites Paar von Rädern anzutreiben. Eine an Bord des Fahrzeug befindliche oder entfernte Fahrzeugsteuerung (z. B. eine elektronische Steuereinheit, ein Steuermodul oder ein Netz von Steuergeräten/Modulen) empfängt ein Fehlersignal von einem Fehlererkennungsmodul, das einen Fehlerzustand in der ersten DU der DIDU-Achse anzeigt. Die Steuerung bestimmt daraufhin einen Fehlertyp für den Fehlerzustand und eine aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Die Steuerung leitet dann einen entsprechenden Drehmomentgrenzwert für jede DU ab, die ganz oder teilweise auf dem Fehlertyp und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit basiert. Die Drehmomentausgabe der ersten DU wird gleichzeitig auf einen ersten Drehmomentgrenzwert begrenzt, während die Drehmomentausgabe der zweiten DU auf einen zweiten Drehmomentgrenzwert begrenzt wird.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Fahrzeuge kann das Bestimmen eines Drehmomentgrenzwerts für die fehlerhafte (erste) DU Folgendes beinhalten: Bestimmen, ob der Fehlertyp einer von mehreren vordefinierten Hardware- oder Kommunikationsfehlern ist; als Reaktion darauf, dass der Fehlertyp keiner der vordefinierten HW-/Komm-Fehler ist, Setzen eines Drehmomentgrenzwerts für die fehlerhafte DU auf null oder nahe null; und als Reaktion darauf, dass der Fehlertyp einer der vordefinierten HW-/Komm-Fehler ist, Setzen eines Drehmomentgrenzwerts für die fehlerhafte DU auf einen geschätzten erreichbaren Drehmomentwert, der für den Fehlertyp vorhergesagt wird. Gleichzeitig mit dem Beschränken der Drehmomentausgaben der gestörten und der nicht gestörten DU auf ihre entsprechenden Drehmomentgrenzwerte kann eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine Basismotorgeschwindigkeit eines elektrischen Traktionsmotors in der gestörten DU beschränkt werden. Gleichzeitig mit dem Beschränken de gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze auf die Basismotorgeschwindigkeit und dem Beschränken der Drehmomentausgaben der DUs kann die Fahrzeugsteuerung das elektronische Stabilitätskontrollsystem (ESC) des Fahrzeugs aktivieren und das ESC-System einsetzen, um einen vorbestimmten Satz von Fahrdynamikparametern zu regeln, um grobe instabile Bedingungen (z. B. gemessene Gierrate des Fahrzeugs >> als die von dem Fahrer abgeleitete Gierrate) während des Fahrens des Kraftfahrzeugs abzuschwächen oder zu verhindern. In diesem Fall kann das ESC-System eine oder mehrere Reibungsbremsen an verschiedenen Ecken des Kraftfahrzeugs einsetzen, um grob instabilen Bedingungen entgegenzuwirken (z. B. Ausgleich einer übermäßigen Gierrate).
Bei allen offenbarten Systemen, Verfahren und Fahrzeugen kann die Fahrzeugsteuerung bei Erkennung eines Fehlerzustands an einer der Fahrzeugachsen aktiv bestätigen, dass es sich bei dem Fehlerzustand um einen HW/Komm-Fehler an der DIDU-Achse und nicht um einen erkannten Fehler an der anderen Achse handelt. Als noch eine weitere Option kann die Fahrzeugsteuerung feststellen, ob die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet, bei der die aktive Querdynamikregelung aktiviert ist. Wenn dies der Fall ist, werden die Drehmomentbeschränkungen für die nicht gestörte DU aufgehoben, so dass die nicht gestörte DU mit vollem Drehmoment arbeiten kann. Dies kann der gegenüberliegenden Antriebseinheit ermöglichen, unerwünschten Querbewegungen entgegenzuwirken. Wenn jedoch die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs die vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit nicht überschreitet, kann die Fahrzeugsteuerung in Reaktion darauf bestimmen, ob ein aktueller Fahrmodus des Kraftfahrzeugs einer von mehreren vordefinierten Fahrmodi ist, die Mehrachsfahrfähigkeiten implementieren (z. B. Off-Road-Modus, High-Trac-Modus usw.). Ist dies nicht der Fall, kann die zweite DU deaktiviert werden, da ein mehrachsiges Fahren nicht gewünscht ist. Umgekehrt kann die Steuerung, wenn der aktuelle Fahrmodus einer der vordefinierten Fahrmodi ist, bestimmen, ob die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als eine maximale Notlaufgeschwindigkeit, die einem Notlaufmodus des Fahrzeugs zugeordnet ist; ist dies nicht der Fall, wird die zweite DU deaktiviert, und falls dies der Fall ist, wird die Drehmomentbeschränkung für die nicht gestörte DU aufgehoben, so dass diese DU mit voller Drehmomentkapazität arbeiten kann.
Bei allen offenbarten Systemen, Verfahren und Fahrzeugen kann als Reaktion darauf, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs die vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet, ein Antriebsaktuator eingesetzt werden, um das querdynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs zu steuern. Beispielsweise kann die nicht gestörte (zweite) DU angewiesen werden, über die zweite Achswelle ein negatives (Brems-)Drehmoment auf das zweite Straßenrad auszuüben, um einen Gierfehler-Ausgleich zu bewirken, wenn ein Gierfehler gegenüber der gestörten (ersten) DU einen ersten maximalen Gierfehler-Wert überschreitet. Als noch weitere Option kann der nicht gestörten (zweiten) DU befohlen werden, über die zweite Achswelle ein positives (Beschleunigungs-)Drehmoment auf das zweite Straßenrad anzuwenden, um als Reaktion auf einen Gierfehler in Richtung der nicht gestörten (zweiten) DU, der einen zweiten maximalen Gierfehler-Wert überschreitet, einen Gierfehler-Ausgleich zu erzeugen.
Bei allen offenbarten Systemen, Verfahren und Fahrzeugen kann die Fahrzeugsteuerung eine diskrete Fahrzeugbewegungssteuerung beinhalten, während das Fehlererkennungsmodul eine diskrete Motorprozesssteuerung beinhalten kann, die mit dem VMC und einer oder mehreren elektronischen Erfassungsvorrichtungen kommuniziert. In diesem Fall kann (können) die elektronische(n) Erfassungsvorrichtung(en) eine elektromotorische Gegenkraft (EMF) überwachen, die von einer oder beiden DUs über einen Hochspannungsbus (HV) induziert wird, der die DUs mit einem Traktionsbatteriepaket verbindet. Der MCP erkennt einen Fehlerzustand als Reaktion darauf, dass eine auf dem elektrischen Hochspannungsbus induzierte Gegen-EMK einen Schwellenwert für die Zwischenkreisspannung überschreitet. Als Reaktion auf das Erkenne des Fehlerzustands sendet der MCP eines oder mehrere Fehlersignale an den VMC. Bei dem Fehlertyp kann es sich um einen Hardware- oder Kommunikationsfehler handeln, der dazu führt, dass eine DU in einem unkontrollierten Erzeugungsmodus (UCG) betrieben wird, in dem die fehlerhafte DU unkontrolliert elektrische Energie erzeugt, die über den elektrischen Hochspannungsbus an das Hochspannungs-Traktionsbatteriepaket übertragen wird.
Die obige Beschreibung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus schließt diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale ein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Fahrzeugs mit Elektroantrieb und einem Antriebsstrang mit unabhängigem Front- und Heckantrieb (FRID) mit einer Hinterachskonfiguration mit zwei voneinander unabhängigen Antriebseinheiten (DIDU) gemäß den Aspekten der dargestellten Konzepte.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Fehlerverwaltungs- und Fehlerminderungs-Steuerprotokoll für das Betreiben einer DIDU-Achse eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einem in dem Fahrzeug befindlichen oder entfernten Steuergerät, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einem anderen Gerät mit integrierter Schaltung (IC) oder einem Netz von Geräten in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden können.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
Detaillierte Beschreibung
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Einschränkungen, die z.B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einführung“, „Beschreibung der Erfindung“, „Kurzbeschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht als in die Ansprüche aufgenommen gelten, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hierin besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten beide „jeder und alle“; und die Wörter „beinhaltend“, „enthaltend“, „umfassend“, „aufweisend“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hierin im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „front“, „heck“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z.B. auf die Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird.
Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeug gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hierin zu Diskussionszwecken als Limousinenfahrzeug mit Elektroantrieb dargestellt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hierin auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neue Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Einbindung der vorliegenden Konzepte in einen vollelektrischen AWD-Antriebsstrang als eine nichteinschränkede Umsetzung der offenbarten Merkmale verstanden werden. Als solches versteht sich, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung auf andere FEV- und HEV-Antriebsstrang-Architekturen angewendet werden können, für alternative Antriebsstrang-Layouts verwendet werden können und für jeden logisch relevanten Fahrzeugtyp implementiert sein können. Darüber hinaus werden hierin nur ausgewählte Komponenten der Kraftfahrzeuge und Fahrzeugsteuersysteme gezeigt und detailliert beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Fahrzeuge und Fahrzeugsysteme zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten beinhalten, um die verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
Das Fahrzeug 10 mit Elektroantrieb von 1 ist ein Beispiel für ein batterieelektrisches DIDU-Fahrzeug, das mit einem elektrifizierten Multimodus-Antriebsstrang des FRID-Typs ausgestattet ist, der bei Bedarf Allradantriebsfähigkeiten durch gleichzeitige Übertragung des Antriebsdrehmoments auf mehrere Straßenräder von drei unabhängig voneinander betreibbaren elektrifizierten Antriebseinheiten ermöglicht, die elektrische Maschinen als Antriebsmaschinen verwenden. Der AWD-BEV-Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 10 ist mit einer geteilten Zweigarchitektur dargestellt: ein vorderer (erster oder primärer) Antriebsstrang PTF-Zweig (Engl.: Power Train Front) an einem vorderen Ende der Fahrzeugkarosserie 15 und ein hinterer (zweiter oder zusätzlicher) Antriebsstrang PTR-Zweig (Engl.: Power Train Rear) hinter dem vorderen Antriebsstrang PTF an einem hinteren Ende der Fahrzeugkarosserie 15. In diesem Beispiel kann der vordere Antriebsstrang PTF durch die vordere (erste) Achse 11 verkörpert sein, die ein vorderes linkes (beifahrerseitiges) Straßenrad 16 und ein vorderes rechtes (fahrerseitiges) Antriebsrad 17 antreibt. Ebenso kann der hintere Antriebsstrang PTR durch eine hintere (zweite) Achse 13 verkörpert sein, die ein hinteres linkes (hinteres beifahrerseitiges) Rad 18 und ein hinteres rechtes (hinteres fahrerseitiges) Straßenrad 19 antreibt. Obwohl das Fahrzeug 10 in 1 mit einer einzelnen DIDU-Achse an der Hinterachse 13 dargestellt ist, sollte erkannt werden, dass das elektrisch angetriebene Fahrzeug 10 auch mehrere DIDU-Achsen, eine einzelne DIDU-Achse an der Vorderachse 11, drei oder mehr Achsen usw. verwenden. Die offenbarten Merkmale sind in gleicher Weise für DIDU-FWD-Fahrzeuge und DIDU-RWD-Fahrzeuge mit einer einzigen angetriebenen Achse anwendbar.
Um das Fahrzeug 10 in den Betriebsarten FWD oder AWD anzutreiben, erzeugt eine erste Antriebsmaschine, die als vordere (primäre) Antriebseinheit 20 ausgeführt sein kann, ein Zugmoment zum Antrieb der beiden vorderen Straßenräder 16, 17. In der vorderen Antriebseinheit 20 ist ein elektrischer Traktionsmotor 22 untergebracht, der über einen vorderen (ersten) Antriebsstrang 25 mechanisch mit dem linken und rechten vorderen Straßenrad 16, 17 gekoppelt ist. Der vordere Antriebsstrang 25 verwendet in Übereinstimmung mit dem gezeigten Beispiel eine integrierte Getriebe-, Differential- und Achseinheit (Transaxle) 26 mit unabhängigen Halbwellen 27 zum Koppeln des Traktionsmotors 22 mit den Straßenrädern 16, 17. Ein vorderes (erstes) Wechselrichtermodul (Engl.: Power Inverter Module, PIM) 24 verbindet den Traktionsmotor 22 elektrisch mit einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (Engl.: Rechargeable Energy Storage System, RESS) 14. Bei einer voll integrierten Antriebseinheitsanordnung sind der Traktionsmotor 20, der Wechselrichter 30 und das Getriebe 40 einer DU als eine einheitliche Konstruktion mit interner Kühlung und hoher spezifischer Leistungsfähigkeit untergebracht.
Der Betrieb der vorderen Antriebseinheit 20 und des zugehörigen PIM 24 wird von einer im Fahrzeug befindlichen Fahrzeugsteuerung 50 gesteuert, die irgendeines oder mehrere aus einem Antriebsstrang-Steuermodul (Engl.: Powertrain Control Module, PCM), einem fortschrittliches Fahrerassistenzsystem (Engl.: Advanced Drived Assistance System, ADAS), einem elektronischen Batteriesteuermodul (Engl.: Electronic Battery Control Module, EBCM), einem Bremssystem-Steuermodul (Engl.: Brake System Control Module, BSCM), usw. beinhalten kann. Vordere linke und vordere rechte (Scheiben-, Trommel- oder Luft-) Reibungsbremsen 28 bzw. 29 werden selektiv betätigt, um die vorderen linken und vorderen rechten Straßenräder 16, 17 als Reaktion auf einen Bremsbefehl, z. B. von dem BSCM der Fahrzeugsteuerung 50, abzubremsen. Ein elektrischer Hochspannungsbus 12 koppelt die drei Antriebseinheiten 20, 30, 40 des Fahrzeugs mit dem RESS 14. Zumindest in einigen Ausführungsformen ist das RESS 14 als mehrzellige Lithium-Ionen-Vorrichtung konfiguriert, die unter verschiedenen Bedingungen geladen und entladen werden kann. Obwohl der vordere Antriebsstrang PTF mit einer einzigen Antriebsmaschine in Form eines Traktionsmotors dargestellt ist, kann der vordere Antriebsstrang PTF auch mehrere Traktionsmotoren, einen Verbrennungsmotor oder eine Hybridkombination aus einem Motor und einem Verbrennungsmotor beinhalten.
Um das Fahrzeug 10 entweder in einem AWD- oder, falls vorhanden, einem RWD-Betriebsmodus anzutreiben, erzeugen eine zweite und eine dritte Antriebsmaschine, bei denen es sich um eine hintere rechte (erste Hilfs-)Antriebseinheit 30 und eine hintere linke (zweite Hilfs-)Antriebseinheit 40 handeln kann, ein Zugmoment zum unabhängigen Antreiben der hinteren Straßenräder 18, 19. Innerhalb der linken hinteren Antriebseinheit 30 ist ein erster elektrischer Hilfs-Traktionsmotor 32 untergebracht, der über einen hinteren linken (beifahrerseitigen) Antriebsstrang 35 mechanisch mit dem linken Hinterrad 18 verbunden ist. In gleicher Weise ist ein zweiter elektrischer Hilfs-Traktionsmotor 42 innerhalb der rechten hinteren Antriebseinheit 40 untergebracht und über einen rechten hinteren (fahrerseitigen) Antriebsstrang 45 mechanisch mit dem rechten Hinterrad 19 verbunden. Der hintere linke Antriebsstrang 35 verfügt über ein unabhängiges Differential 36 und eine eigene hintere Halbwelle 37 zur Kopplung des Hilfs-Traktionsmotors 32 an das hintere linke Straßenrad 18. Ebenso verfügt der hintere rechte Antriebsstrang 45 über ein eigenes unabhängiges Differential 46 und eine eigene hintere Halbwelle 47 für die Verbindung des Hilfs-Traktionsmotors 42 mit dem hinteren rechten Straßenrad 19. Zumindest für einige gewünschte Anwendungen ist jeder Traktionsmotor 22, 32, 42 eine mehrphasige Wechselstrom-Permanentmagnet-Motor-Generator-Einheit (Engl.: Motor Generator Unit, MGU).
Ein hinteres linkes (zweites) Wechselrichtermodul 34 verbindet den Hilfs-Traktionsmotor 32 der hinteren linken Antriebseinheit 30 über den Hochspannungsbus 12 elektrisch mit dem RESS 14, und ein hinteres rechtes (drittes) Wechselrichtermodul 44 verbindet den Hilfs-Traktionsmotor 42 der hinteren rechten Antriebseinheit 40 über den Hochspannungsbus 12 elektrisch mit dem RESS 14. Der unabhängige Betrieb der hinteren Antriebseinheiten 30, 40 und ihrer entsprechenden PIMs 34, 44 kann ebenfalls von der eingebauten Fahrzeugsteuerung 50 bereitgestellt werden. Jedes PIM 24, 34, 44 ist ein Element des DU-Leistungselektroniksteuerungs-Teilsystems (Engl.: Power Electronics Control subsystem, PEC subsystem), das die Übertragung elektrischer Energie zu und von den Traktionsmotoren 22, 32, 42 regelt und bei Bedarf Hochspannungs-Gleichstrom (DC) in Dreiphasen-Wechselstrom (AC) und umgekehrt umwandelt. Ein Traktions-PIM kann eine Reihe von Leistungsumrichtern, Hochgeschwindigkeitstransistoren und Filtern auf Kondensatorbasis zusammen mit Motorsteuerungshardware beinhalten, um Motorsteuerungsbefehle für die Bereitstellung von Motorantriebs- und Regenerationsfunktionen zu empfangen. Hintere linke und hintere rechte Reibungsbremsen 38 bzw. 39 werden selektiv aktiviert, um das hintere linke Straßenrad bzw. das hintere rechte Straßenrad 19 als Reaktion auf zugehörige Bremsbefehle, z. B. von der Fahrzeugsteuerung 50, abzubremsen.
Das RESS 14 ist für das Speichern und Bereitstellen von elektrischer Hochspannungsenergie eingerichtet, die für den Antrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 von 1 verwendet wird. Bei diesem RESS kann es sich um ein Deep-Cycle-Batteriesystem mit hoher Ampere-Kapazität handeln, das beispielsweise für etwa 350 bis 800 VDC oder mehr ausgelegt ist, abhängig von der gewünschten Fahrzeugreichweite, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und den Leistungswerten der verschiedenen Zubehörlasten, die elektrische Energie aus dem RESS beziehen. Zu diesem Zweck kann das RESS eines oder mehrere Hochspannungsbatteriepakete mit hoher Energiedichte verwenden, die elektrisch mit den Motoren der Antriebseinheiten verbunden sind. Ein Traktionsbatteriepaket ist im Allgemeinen aus einer Reihe von Lithium-Ionen-Batteriemodulen (Sekundärbatterien) aufgebaut. Diese Batteriemodule können in einem Muster aus Reihen und Spalten angeordnet sein und auf einem Batterieträger gestützt oder in einem Batteriepaketgehäuse untergebracht sein. Aspekte der offenbarten Konzepte können in ähnlicher Weise auf andere Architekturen elektrischer Speichereinheiten anwendbar sein, einschließlich solcher, die Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH), Bleibatterien, Lithium-Polymer-Batterien oder andere anwendbare Typen von wiederaufladbaren Elektrofahrzeugbatterien (Engl.: Electric Vehicle Battery EVB) verwenden. Jedes Batteriemodul kann eine Reihe von elektrochemischen Batteriezellen beinhalten, wie z.B. beutelartige gestapelte Lithium-Ionen- (Li-Ion) oder Li-Ion-Polymer-Batteriezellen.
Wie oben erwähnt, ist die Fahrzeugsteuerung 50 konstruiert und programmiert, ausgewählte Funktionen des Kraftfahrzeugs 10 zu steuern, einschließlich der Steuerung der in 1 dargestellten Komponenten. Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, elektronische Steuereinheit, Prozessor, Mikroprozessor und beliebige Kombinationen davon können austauschbar und synonym verwendet werden, um eine oder verschiedene Kombinationen einer oder mehrerer logischer Schaltungen, kombinierter logischer Schaltungen, anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), elektronischer Schaltungen, zentraler Verarbeitungseinheiten (z.B., Mikroprozessor(en), Halbleiter-IC-Bauelemente), Eingabe-/Ausgabeschaltungen und -vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, wie z. B. ein Hochgeschwindigkeitstaktgeber 53, meinen, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen, usw. Ein zugehöriger Speicher 51 (z.B. Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerk, nichtflüchtiger Speicher usw.), entweder fahrzeuggebunden oder entfernt oder eine Kombination davon, speichert prozessorausführbare Software- und/oder Firmware-Programme oder -Routinen.
Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe können austauschbar und synonym verwendet werden und bezeichnen alle von einem Prozessor ausführbaren Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Die Fahrzeugsteuerung 50 kann mit einer Reihe von Steuerroutinen ausgestattet sein, die ausgeführt werden, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Steuerroutinen werden z. B. von einer Zentralprozessoreinheit ausgeführt und sind betreibbar, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Geräten und Aktuatoren zu steuern. Solche Eingaben können Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten und Beschleunigungsdaten, Geschwindigkeitsbegrenzungsdaten, Ampelstatusdaten und Standortdaten, Straßenneigungsdaten, Stoppschildstandortdaten, Verkehrsflussdaten, georäumliche Daten, Daten auf Straßen- und Fahrspurebene, Fahrzeugdynamikdaten, Sensordaten usw. beinhalten. Die Routinen können in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden usw., während der Fahrzeugnutzung ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines Ereignisses während des Betriebs des Fahrzeugs 10 ausgeführt werden.
Während des Betriebs des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 kann der AWD-BEV-Antriebsstrang in einen Fehlerzustand geraten, der eine oder mehrere der Antriebseinheiten 20, 30, 40 funktionsunfähig oder unwirksam macht. Zur Veranschaulichung kann eine der Antriebseinheiten 30, 40 an der DIDU-Hinterachse 13 einen unkontrollierten Erzeugungsfehler (Engl.: Uncontrolled Generation, UCG) erfahren, der darauf zurückzuführen ist, dass die magnetische Induktion der Traktionsmotoren 32, 42 eine Gegen-EMF (Rück-EMF) auf dem elektrischen Hochspannungsbus 12 induziert, die eine Zwischenkreisspannung überschreitet. Ein UCG-Fehlerzustand kann dazu führen, dass die elektrische Maschine unkontrolliert elektrische Energie erzeugt, die über den Hochspannungsbus 12 an die bordeigenen Batteriemodule des RESS 14 übertragen werden kann. Ein solcher Betriebszustand kann die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Lithiumplattierung auf den Elektroden, Laschen und Sammelschienenplatten der Batteriezellen erhöhen und zu einer unbeabsichtigten Verzögerung des Fahrzeugs führen, wenn die fehlerhafte DU zur Bereitstellung des Antriebsmoments betrieben wird. Bei einem Fahrzeug mit einer DIDU-Achse, die mehrere unabhängig voneinander arbeitende Antriebseinheiten für den Fahrzeugantrieb verwendet, kann ein UCG-Fehler in einem der Traktionsmotoren zu einer unbeabsichtigten seitlichen Bewegung (Engl.: Unintended Lateral Motion, ULM) des Fahrzeugs führen.
Wenn bei einer BEV-Anwendung mit zwei unabhängigen Antriebseinheiten an einer Achse ein Fehler an einer der Antriebseinheiten auftritt, z. B. ein Fehler an der Motorwicklung/dem Motorkäfig, ein Fehler an der Halbwelle, ein Fehler an dem PIM-Gate usw. kann das Fahrzeug aufgrund eines unbeabsichtigten Links-Rechts-Drehmomentvektors an Seitenstabilität verlieren. Im Folgenden wird eine Steuerstrategie vorgestellt, die eine automatisierte Fehlerreaktion des Systems vorsieht, um unerwünschte Fahrzeugdynamik zu steuern und zu minimieren und gleichzeitig die Systemverfügbarkeit zu maximieren, um eine Fahrzeugstilllegung zu verhindern. Fünf Maßnahmen zur Steuerung des Antriebsstrangs können gemeinsam ergriffen werden, um einen erkannten Fehlerzustand zu bewältigen und abzumildern: Festlegen von Achsdrehmomentbeschränkungen an der fehlerhaften DU; Festlegen von Achsdrehmomentbeschränkungen an der nicht fehlerhaften DU oder DUs; Festlegen von Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkungen; Modulieren von VMC-Steuerprioritäten; Aktivieren der elektronischen Stabilitätskontrolle. Beispielsweise können die Drehmomentgrenzwerte für die fehlerhafte DU auf einen geschätzten „erreichbaren“ Drehmomentwert oder -bereich festgelegt werden, um sicherzustellen, dass die Fahrzeugbewegungssteuerung in der Lage ist, die aus dem Fehler resultierende Fahrzeugdynamik vorherzusagen. Tritt ein Motorfehler auf, ist das Drehmoment möglicherweise nicht mehr steuerbar; der fehlerhafte Motor kann ein Drehmoment erzeugen, das auf den Betriebsbedingungen und den von dem überwachenden Steuersystem ergriffenen Fehlermaßnahmen basiert. Damit die Motorsteuerung die Situation erfassen und geeignete Maßnahmen ergreifen kann, kann die MCP eine bestmögliche Schätzung des Drehmoments berechnen, das der gestörte Motor unter den aktuellen Betriebsbedingungen erzeugt („erreicht“), und sowohl die maximalen als auch die minimalen Motordrehmomentgrenzwerte - die normalerweise einen steuerbaren und erreichbaren Drehmomentbereich darstellen - auf das geschätzte Drehmoment des gestörten Motors festsetzen.
Die Drehmomentgrenzwerte für die gegenüberliegende, nicht gestörte DU können auf Null oder einen vordefinierten Grenzwert festgelegt werden, z.B. in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrmodus, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Fehlertyp usw. Eine Beschränkung der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit kann z.B. in Abhängigkeit von dem Fahrmodus und von dem Fehlertyp erzwungen werden, um zu verhindern, dass das Fahrzeug in einen prekären Zustand gerät. Kalibrierungswerte der VMC-Steuerung können geändert werden, um den Zielen der seitlichen Fahrzeugbewegung Vorrang einzuräumen oder zu entziehen, z. B. in Abhängigkeit von Fahrmodus und Fehlertyp. Ist die elektronische Stabilitätskontrolle oder ein anderes automatisiertes ADAS-System deaktiviert, kann es je nach Fehlertyp und Fahrmodus reaktiviert werden.
Als nächstes unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 2 wird ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zur Durchführung des Fehlermanagements und der Fehlerbegrenzung für eine DIDU-Achse, wie z. B. die Hinterachse 13 in 1, eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 in 1, gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung allgemein unter 100 beschrieben. Einige oder alle der in 2 dargestellten und nachstehend näher beschriebenen Vorgänge können einen Algorithmus darstellen, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise in einem Haupt- oder Zusatz- oder Fernspeicher (z. B. Speichervorrichtung 51 von 1) gespeichert sind und beispielsweise von einer elektronischen Steuerung, einer Verarbeitungseinheit, einer Logikschaltung oder einem anderen Modul oder einer Vorrichtung oder einem Netzwerk von Modulen/Geräten (z. B. Steuerung 50 von 1) ausgeführt werden, um eine oder alle der oben und unten beschriebenen, mit den offenbarten Konzepten verbundenen Funktionen durchzuführen. Es sollte erkannt werden, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Operationsblöcke geändert werden kann, zusätzliche Operationsblöcke hinzugefügt werden können und einige der beschriebenen Operationen modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Verfahren 100 von 2 beginnt an der Klemmleiste 101 mit im Speicher gespeicherten, prozessorausführbaren Anweisungen für eine programmierbare Steuerung oder ein Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor zum Aufruf einer Initialisierungsprozedur für ein Fehlermanagement-Steuerprotokoll. Diese Routine kann in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 10 oder 100 Millisekunden während des normalen und laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs 10, ausgeführt werden. Als noch eine weitere Option kann der Terminalblock 101 als Reaktion auf eine Benutzerbefehlseingabe, eine Eingabeaufforderung durch eine an Bord befindliche Fahrzeugsteuerung oder ein Broadcast-Eingabesignal initialisiert werden, das von einem zentralisierten Fahrzeugdienstsystem „außerhalb des Fahrzeugs“ (z. B. einem Host-Cloud-Computing-Dienst) empfangen wird. Nach Abschluss der in 2 dargestellten Steuervorgänge kann das Verfahren 100 zum Terminalblock 119 weitergehen und vorübergehend beendet werden oder optional zu dem Terminalblock 101 zurückkehren und in einer Dauerschleife laufen.
Ausgehend von Terminalblock 101 erkennt das Verfahren 100 im Prozessblock 103 einen Achs-/Antriebseinheitenfehler und stellt bei Erkennung eines Fehlers im Entscheidungsblock 105 fest, welche Art von Fehler aufgetreten ist. Wie oben erläutert, kann ein UCG-Zustand auftreten, wenn die Gegen-EMK eines Dreiphasen-PM-Motors höher ist als die Gleichspannung des Hochspannungsbusses. Ein Motorsteuerungsprozessor (MCP) 31, der sich beispielsweise in der linken hinteren Hilfs-Antriebseinheit 30 befindet, kann einen busseitigen elektronischen Spannungssensor 33 dazu veranlassen, die Spannungsausgabe, einschließlich der Gegen-EMK, von dem Hilfs-Traktionsmotor 32 an den Hochspannungsbus 12 zu überwachen. Wenn der elektrische Hilfs-Traktionsmotor 32 mit einer hohen Drehzahl läuft und als Generator arbeitet, kann eine ungehinderte Einspeisung der von dem Motor erzeugten elektrischen Leistung zurück zu dem RESS 14 übertragen werden. Da in diesem UCG-Modus Gleichstrom erzeugt wird, kann der Hilfs-Traktionsmotor 32 der nun fehlerhaften Antriebseinheit 30 beginnen, ein von der Motordrehzahl abhängiges und charakteristisches Bremsmoment auf das Straßenrad 18 auszuüben. Ein UCG-Modus kann durch einen Defekt in dem Hilfs-Traktionsmotor 32, einen Fehler des MCP 31 Prozessorfehler oder einen Inverter-Gate-Treiber-Fehler des PIM 34 verursacht werden. Als solches kann ein UCG-Fehler erkannt werden, wenn die Gegen-EMK höher ist als die Zwischenkreisspannung sowie durch die Überwachung von Hardware- und Kommunikationsfehlern, die einen Verlust der Motorsteuerung verursachen würden. Falls der erkannte Fehler nicht einer aus einer Reihe vorbestimmter Hardware- oder Kommunikationsfehler (HW/Komm-Fehler) der Achse ist (Block 105=NO), die jeweils das DIDU-Fehlermanagement auslösen, kann das Verfahren 100 an Terminalblock 119 vorübergehend enden.
Nach dem Bestätigen, dass es sich bei dem erkannten Fehler um einen HW/Komm-Fehler der Achse handelt, der das DIDU-Fehlermanagement auslöst (Block 105=JA), sieht das Verfahren 100 eine Logik vor, um maximale und minimale Drehmomentgrenzwerte für die ausgefallene Antriebseinheit festzulegen. In 2 fährt das Verfahren 100 mit dem Entscheidungsblock 107 fort, um festzustellen, ob es sich um einen Fehlertyp handelt, der die UCG der Gegen-EMF beeinflusst. Als Reaktion darauf, dass es sich bei dem erkannten Fehler beispielsweise um einen Fehler des Motorpositionssensors oder einen PIM-Wechselrichter-Gate-Fehler handelt, der einen UCG-Zustand verursacht (Block 107=YES), wird ein fehlerhafter (erster) Drehmomentgrenzwert oder ein Drehmomentgrenzwertbereich für den Hilfs-Traktionsmotor 32 der fehlerhaften (ersten hinteren) Antriebseinheit 30 auf einen geschätzten erreichbaren Drehmomentwert oder Drehmomentbereich gesetzt, der für den zugehörigen Fehlertyp vorhergesagt wird, wie in Prozessblock 109 angegeben. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Hardwarein-Loop (HIL)-Prüfstandsemulator ein maximales und ein minimales erreichbares Drehmoment vorhersagen, bei dem der fehlerhafte DU-Motor in einem fehlerhaften Zustand arbeiten kann, ohne eine ausreichende Gegen-EMK zu verursachen, um einen UCG-Zustand aufrechtzuerhalten. Der VMC kann ein Fahrgestellmodell des betreffenden Fahrzeugs in seiner Steuerfunktion verwenden, um die dynamische Reaktion des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Fehlerdrehmoments, das an der betroffenen Ecke erzeugt wird, vorherzusagen. Handelt es sich bei dem erkannten Fehler jedoch nicht um einen Fehlertyp, der eine unkontrollierte Drehmomenterzeugung (z. B. UCG der Gegen-EMK) verursacht, wie z. B. ein Halbwellen- oder Differential-HW-Fehler, wird der fehlerhafte (erste) Motordrehmomentgrenzwert auf Null (0) oder nahe Null gesetzt, wie in Prozessblock 111 angegeben.
Gleichzeitig mit dem Begrenzen der Drehmomentausgaben der Antriebseinheiten 30, 40 der DIDU-Hinterachse 13 führt das Verfahren 100 den Prozessblock 113 aus und setzt eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit, mit der das Kraftfahrzeug unter Fehlerbedingungen fahren darf, auf eine motor-kalibrierte Basisgeschwindigkeit des Traktionsmotors 32 in der fehlerhaften Antriebseinheit 30. Die Basisgeschwindigkeit eines Motors kann die auf dem Typenschild angegebene Geschwindigkeit sein, bei der die Klemmenspannung des Motors zur Nennspannung wird. Die Basisgeschwindigkeit des Motors kann die maximale Rotorgeschwindigkeit sein, bei der der Motor mit konstantem Drehmoment betrieben werden kann, oder die minimale Rotorgeschwindigkeit, bei der die Nennleistung erreicht wird. Eine weitere Möglichkeit für die Auswahl einer solchen Geschwindigkeit ist eine Motorgeschwindigkeit, bei der der Motor freidrehen kann, ohne ein unkontrolliertes Drehmoment zu erzeugen oder Bauteile zu beschädigen.
Neben der Begrenzung der Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Begrenzung der Drehmomentabgabe der DIDU-Antriebseinheiten geht das Verfahren 100 zum Prozessblock 115 über, aktiviert das elektronische Stabilitätskontrollsystem (ESC) des Fahrzeugs und setzt ESC-Stellglieder ein, um einen vorgegebenen Satz von Fahrdynamikparametern zu steuern, um grob instabile Bedingungen während der Fahrt des fehlerhaften Fahrzeugs zu mildern oder zu verhindern. Ein „grob instabiler Zustand“ kann als ein dynamischer Fahrzustand definiert sein, bei dem die tatsächliche (messbare) Gierrate eines Fahrzeugs erheblich von der gewünschten (von dem Fahrer befohlenen) Gierrate abweicht. Ein vereinfachtes Beispiel wäre, wenn ein Fahrer das Lenkrad ruhig hält, um das Fahrzeug auf einer im Wesentlichen geraden Strecke auf der Fahrbahn zu steuern, und dabei eine gewünschte Gierrate von Null vorgibt. Eine Störung in einer der hinteren DUs 30, 40 kann jedoch ein ungewolltes Bremsmoment erzeugen, das die Fahrzeugkarosserie 15 im Uhrzeigersinn (in 1 gegen den Uhrzeigersinn) zum Gieren bringt. Um diesen grob instabilen Zustand abzumildern, kann das ESC-System selektiv eine oder mehrere der Reibungsbremsen 28, 29, 38, 39 betätigen und/oder modulieren, um der damit einhergehenden Gierrate entgegenzuwirken. Das ESC-System kann betreibbar sein, um Reibungsbremsbefehle an einzelne Räder und an alle Räder des Fahrzeugs auszugeben.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 führt das Verfahren 100 den Entscheidungsblock 117 aus, um zu bestätigen, dass es sich bei der Fehlerbedingung um einen HW/Komm-Fehler an einer DIDU-Achse (z. B. Hinterachse 13) und nicht um einen erkannten Fehler handelt, der einer oder mehreren anderen verfügbaren Antriebsachsen (z.B. Vorderachse 11) zugeordnet ist. Entscheidungsblock 117 kann als vorsorgliche Bewertung fungieren, um sicherzustellen, dass das DIDU-Fehlermanagement und die Fehlerbehebung nur während vordefinierter DIDU-Fehlerbedingungen durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann der Entscheidungsblock 117 vor oder gleichzeitig mit dem Block 103 oder dem Block 105 durchgeführt werden, um das Verfahren 100 vorzeitig zu beenden, bevor überflüssige Operationen durchgeführt werden. Wenn festgestellt wird, dass der Fehler nicht auf einer DIDU-Achse liegt (Block 117=NO), fährt das Verfahren 100 mit dem Terminalblock 119 fort und bricht entweder ab, kehrt zu dem Terminalblock 101 zurück oder fährt mit einem alternativen Fehlermanagementprotokoll für nicht-DIDU-bezogene Fehler fort. Ein Fahrzeug kann beispielsweise zwei angetriebene Achsen (z. B. eine FRID-Architektur) ohne zwei unabhängige Antriebseinheiten an jeder Achse haben. Ist eine Achse gestört, können für den gestörten Motor Drehmomentbegrenzungen implementiert werden, für das Fahrzeug können Maximal-/Minimalgeschwindigkeitsbegrenzungen durchgesetzt werden, und ESC kann für die aktive Fahrdynamikregelung aktiviert werden. Darüber hinaus kann das Fahrzeug einen einachsigen Notlaufmodus implementieren.
Nachdem bestätigt wurde, dass der Fehler an einer Achse mit zwei unabhängigen Antriebseinheiten aufgetreten ist (Block 117 = JA), geht das Verfahren 100 zum Entscheidungsblock 121 über und bestimmt, ob die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet, bei der die aktive Querdynamikregelung aktiviert oder gewünscht ist. Während der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 10 von 1 kann die Echtzeit-Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise relativ niedrig sein (z. B. unter 30-35 mph), so dass ein unbeabsichtigtes Bremsmoment, das von der fehlerhaften DU 30 aufgebracht wird, das Gieren des Fahrzeugs nicht drastisch verstärken wird. Übersteigt die Echtzeitgeschwindigkeit des Fahrzeugs dagegen eine vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit (z. B. über 40 mph), kann ein UCG-Fehlerzustand ein großes Bremsmoment an der fehlerhaften Achshälfte erzeugen, welches eine aktiv kompensierte Dynamik erfordert, um eine Gierratensteuerung zu erreichen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit in Echtzeit oder nahezu Echtzeit kann mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln ermittelt werden, einschließlich variabler Reluktanzsensoren (passiv) und magnetoresistiver (aktiver) Raddrehzahlsensoren (Engl.: Wheel Speed Sensor, WSS). Bei einigen Implementierungen kann das Verfahren 100, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit gesenkt wurde, die unter der vordefinierten Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit liegt, die gesamte Hinterachse 13 abschalten, so dass das Fahrzeug 10 als einachsiges Fahrzeug mit Frontantrieb betrieben wird. Ein Grund für die Deaktivierung der nicht gestörten „guten“ Antriebseinheit in diesem Fall ist, um sicherzustellen, dass diese Antriebseinheit nicht mit voller Kapazität arbeitet, was dazu führen kann, dass sich das Fahrzeug auf einer Seite des Fahrzeugs „wendiger“ anfühlt als auf der anderen. Dieses potenzielle Ungleichgewicht des Fahrzeugs ist möglicherweise nicht wünschenswert, es sei denn, es handelt sich um eine besondere Situation, die durch einen vom Fahrer gewählten Fahrmodus erforderlich ist.
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter der vordefinierten Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit liegt (Block 121=NO), führt das Verfahren 100 den Entscheidungsblock 123 aus, um zu bestimmen, ob es sich bei einem aktuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs um einen von mehreren vordefinierten Mehrachs-Fahrmodi handelt, die die AWD-Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs 10 implementieren. In einem repräsentativen Beispiel kann die an Bord befindliche Fahrzeugsteuerung 50 feststellen, ob sich das Fahrzeug in einem Off-Road- „Gelände‟-Modus oder in einem High-Traction-„Low-Mu“-Modus befindet oder nicht. Als unmittelbare Reaktion auf die Bestimmung, dass sich das Fahrzeug in keinem der mehrachsigen Fahrmodi befindet (Block 123=NO), kann das Verfahren 100 den Prozessblock 125 ausführen und einen nicht gestörten (zweiten) Motordrehmomentgrenzwert oder einen Drehmomentgrenzwertbereich für den Traktionsmotor 42 der nicht gestörten (zweiten hinteren) Antriebseinheit 40 auf Null setzen. Auf diese Weise wird die „gute“ Antriebseinheit 40 effektiv deaktiviert, da eine Drehmomentabgabe über die Hinterachse 13 zu diesem Zeitpunkt nicht als notwendig erachtet wird.
Wenn festgestellt wurde, dass das betreffende Fahrzeug derzeit in einem der verfügbaren Mehrachs-Fahrmodi betrieben wird (Block 123=YES), führt das Verfahren 100 den Entscheidungsblock 127 aus, um zu bestimmen, ob die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einer maximalen Notlaufgeschwindigkeit liegt. Ein „Notlaufmodus“ ist in der Regel eine Funktion des On-Board-Diagnose-Systems (OBD), die bei Erkennung eines kritischen Motor- oder Achsfehlers aktiviert wird, um weitere Schäden an dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zu verhindern. Einmal ausgelöst, drosselt der Notlaufmodus in der Regel die Motorleistung, begrenzt die Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. auf maximal 35 mph oder 40 mph) und kann sogar alle nicht kritischen Zubehörteile (z. B. Klimaanlage und Radio) deaktivieren und das Getriebe am Schalten hindern. Liegt die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs über der maximalen Notlaufgeschwindigkeit (Block 127=NO), kann das Verfahren 100 den Prozessblock 125 ausführen und die nicht gestörte (zweite hintere) Antriebseinheit 40 deaktivieren.
Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unter der maximalen Notlaufgeschwindigkeit liegt (Block 127=JA), führt das Verfahren 100 den Prozessblock 129 aus und hebt alle Drehmomentbegrenzungen für die nicht gestörte (zweite hintere) Antriebseinheit 40 auf, so dass die „gute“ DU an der „guten“ Achswellenhälfte mit voller Drehmomentkapazität arbeiten kann. Ebenso führt das Verfahren 100 den Prozessblock 129 aus, wenn das Fahrzeug in einem mehrachsigen Fahrmodus betrieben wird (Block 123=Ja) und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als die maximale Notlaufgeschwindigkeit (Block 127=Ja), und hebt alle Drehmomentbeschränkungen für die nicht gestörte (zweite hintere) Antriebseinheit 40 auf. In beiden vorgenannten Szenarien kann die Fahrzeugsteuerung 50 zu dem Schluss kommen, dass eine Drehmomentabgabe von der Vorderachse 11 und der Hinterachse 13 erforderlich ist. Das Erlauben der nicht gestörten DU der DIDU-Achse zu arbeiten, während die gestörte DU deaktiviert ist, kann mit einem asymmetrischen Fahrzeugantrieb verbunden sein; diese Fähigkeit kann auf eine vordefinierte niedrige Geschwindigkeit begrenzt und somit bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten deaktiviert sein. Als noch eine weitere Option kann bei einem DIDU-Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer einzigen angetriebenen Achse ein spezieller „asymmetrischer“ Notlaufmodus implementiert sein, der es der nicht gestörten „guten“ Antriebseinheit ermöglicht, mit begrenztem Drehmoment bei einer vordefinierten niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit zu fahren. Der spezielle Fahrmodus kann unabhängig von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem aktuellen Fahrmodus aktiviert werden.
Zusätzlich zum Regeln der Drehmomentausgaben der einzelnen Antriebseinheiten, zum Begrenzen der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Implementierung von ESC zum Verbessern grober instabiler Bedingungen kann das Verfahren 100 den Prozessblock 131 ausführen, um einen oder mehrere verfügbare Antriebsaktuatoren zum Regeln des Querdynamikverhaltens des betreffenden Fahrzeugs einzusetzen. Um ein Querdynamikmanagement durchzuführen, kann das Verfahren 100 zunächst eine gewünschte (vom Fahrer eingegebene) Gierrate über den Dateneingabeblock 133 und eine tatsächliche (gemessene) Gierrate über den Dateneingabeblock 135 empfangen. Ein „Antriebsaktuator“ kann jede verfügbare steuergerätebetätigte Antriebsstrangvorrichtung beinhalten, die betreibbar ist, um die Fahrzeugdynamik zu beeinflussen. Beispielsweise kann der elektrische Hilfs-Traktionsmotor 42 der rechten hinteren Antriebseinheit 40 angewiesen werden, über die hintere Halbwelle 47 ein negatives Drehmoment auf das rechte hintere Straßenrad 19 anzuwenden, um als Reaktion darauf, dass ein Gierfehler in Richtung der ersten hinteren DU 30 einen vordefinierten (ersten) maximalen Gierfehlerwert überschreitet, einen gegenwirkenden (ersten) „Fehlerausgleich“ zu bewirken. Alternativ kann der elektrische Hilfs-Traktionsmotor 42 gesteuert werden, ein positives Drehmoment auf das rechte hintere Straßenrad 19 auszuüben, um als Reaktion darauf, dass ein Gierfehler in Richtung der zweiten hinteren DU 40 einen vordefinierten (zweiten) maximalen Gierfehlerwert überschreitet, ein gegenwirkendes (zweites) „Fehlerausgleichs“-Gieren zu bewirken.
Um die Kontrolle über die Fahrzeugstabilität während eines DIDU-Achsfehlerzustands wiederzuerlangen und diese wiederherzustellen, implementiert das Verfahren 100 eine Regelung der Querdynamik des Fahrzeugs im geschlossenen Regelkreis unter Verwendung der kooperativen Ausgabe des ESC und der Antriebsstrangaktuatoren, die dynamisch gesteuert werden, um Abweichungen der Gierrate von einer gewünschten Gierrate zu korrigieren. Bei Abweichungen geringerer Größenordnung kann die Steuerung der Antriebsaktuatoren ausreichen, um unerwünschte Gier-Abweichungen auszugleichen; infolgedessen kann die Unterstützung durch das ESC-System eingeschränkt oder pausiert werden. Bei groben Abweichungen zwischen der gewünschten Querbewegung und der tatsächlichen Querbewegung des Fahrzeugs wird die Unterstützung durch das ESC-System aktiviert, um die automatische Aktivierung der Reibungsbremse an jeder Ecke des Fahrzeugs zu ermöglichen. Als noch eine weitere Option kann eine ADAS-gestützte Lenkautomatisierung, die auch eine Übersteuerung durch den Fahrer umfassen kann, eingesetzt werden, um eine angemessene Lenkeingabe und -kontrolle während der Gierratenerholung zu gewährleisten. In den folgenden Abschnitten werden zwei spezifische, jedoch nicht einschränkende Beispiele für das Management und die Begrenzung von DIDU-Achsfehlern in Übereinstimmung mit zumindest einigen der offenbarten Konzepte vorgestellt.
In einem Beispiel kann ein offener Fehler eines Wechselrichters zu einem unkontrollierten Fehlerzustand bei der Ladungserzeugung führen. Wenn ein Traktionsmotor an einer DIDU-Achse ausfällt, während das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit (z.B. >50mph) fährt, kann der ausgefallene Motor ein erhebliches Schleppmoment (z.B. -100Nm) in der betroffenen Ecke erzeugen, was ein unerwünschtes Gieren des Fahrzeugs in Richtung dieser Ecke verursachen kann. In diesem Fall werden der minimale und der maximale Drehmomentgrenzwert für den fehlerhaften Motor auf das geschätzte maximale/minimale UCG-Drehmoment eingestellt, das von dem Motor erzeugt wird, damit der VMC die Fahrzeugbewegung vorhersagen kann, die sich aus diesem Fehlerzustand ergeben würde. Die Gierratensteuerung in der VMC kann das Drehmoment an der Gegenachse anpassen, um unerwünschtes Gieren zu verhindern. Wenn der DU-Fehler bei hoher Geschwindigkeit auftrat, dürfen die Drehmomentgrenzwerte an dem Motor der nicht gestörten DU auf der gegenüberliegenden Achshälfte nicht verändert werden, damit das VMC die DU zur Stabilisierung des Fahrzeugs nutzen kann. Sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch eine vorgeschriebene Fahrzeuggeschwindigkeitsberenzung verringert wird, kann die nicht gestörte DU auf der gegenüberliegenden Achshälfte abgeschaltet werden, um die gesamte DIDU-Achse zu deaktivieren. Gleichzeitig kann die Priorität der VMC-Kalibrierung geändert werden, um die Querstabilität gegenüber der Einhaltung der Längsbeschleunigung des Fahrers zu betonen. Eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit kann festgelegt werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert zu reduzieren, bei dem das UCG-Drehmoment als vernachlässigbar angesehen wird, und um zu verhindern, dass das Fahrzeug wieder in einen Bereich mit hohem UCG-Drehmoment aufsteigt. Eine Eingabe zur erneuten Aktivierung des ESC-Systems wird angefordert, wenn der aktuelle Fahrmodus das Deaktivieren des ESC durch den Fahrer zulässt.
In einem anderen Beispiel kann eine der Halbwellen einer DIDU-Achse brechen oder auf andere Weise unbrauchbar gemacht werden, während das betreffende Fahrzeug in einem Geländemodus betrieben wird. In diesem Fall kann das Fehlermanagement und - minderungsprotokoll versuchen, das Drehmoment an den verfügbaren Achs-/Achshälften zu maximieren, um ein Versagen des betreffenden Fahrzeugs zu verhindern. Die fehlerhafte DU mit der gebrochenen Achshälfte kann abgeschaltet und die entsprechenden maximalen/minimalen Drehmomentkapazitäten auf Null gesetzt werden. Falls der aktuelle Fahrmodus eine Mehrachsen-Drehmomentabgabe erfordert (z. B. Off-Road-Modus, High-Trac usw.), können die Achs-Drehmomentgrenzwerte für die gegenüberliegende „gute“ Achse/Achshälfte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Fahrmodus herabgesetzt werden. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann z.B. der nicht gestörten DU auf der gegenüberliegenden Achshälfte das volle Drehmoment zur Verfügung gestellt werden, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug bei Bedarf über raue oder Oberflächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten fahren kann. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten können die Drehmomentgrenzwerte an der gegenüberliegenden „guten“ Achshälfte auf Null gesetzt werden, um ein Ungleichgewicht zwischen linker und rechter Bewegung zu verhindern. Als noch eine weitere Option können die Prioritäten der VMC-Kalibrierung geändert werden, um die seitliche Bewegung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. < 5 mph) zu de-priorisieren. In diesem Fall sind zusätzliche Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen nicht erforderlich, da keine Bedenken hinsichtlich des UCG bestehen (z. B. können ausgewählte Fahrmodi selbst auferlegte Geschwindigkeitsbegrenzungen haben). Außerdem kann das ESC gleichzeitig aktiviert werden, um die Kontrolle der seitlichen Bewegung zu unterstützen.
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm mit Anweisungen, wie z. B. Programmmodule, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einer beliebigen Steuerung oder den hierin beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen beinhalten, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es dem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten eine Vielzahl von Aufgaben auszulösen. Die Software kann auf irgendeinem einer Vielzahl von Speichermedien wie CD-ROM, Magnetplatte und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM) gespeichert sein.
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Verbraucherelektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewendet werden, in denen Aufgaben von vor Ort und entfernten Verarbeitungsgeräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetz verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich Programmmodule sowohl in lokalen als auch in entfernten Computerspeichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert sein.
Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung enthalten. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einem Festkörperspeicher, einer Festplatte, einer CD-ROM, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einem anderen Gerät als einer Steuerung ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (FPLD), diskrete Logik etc.). Obwohl spezifische Algorithmen unter Bezugnahme auf die hierin dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können ferner alternativ auch viele andere Methoden zur Implementierung der beispielhaften maschinenlesbaren Anweisungen verwendet werden.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarte Zusammensetzungen beschränkt; jede und alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Achse mit zwei voneinander unabhängigen Antriebseinheiten, DIDU-Achse, wobei die DIDU-Achse eine erste Antriebseinheit, DU, und eine zweite DU enthält, die einzeln betreibbar sind, um unabhängig ein erstes Straßenrad bzw. ein zweites Straßenrad anzutreiben, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Fehlersignals, das einen Fehlerzustand in der ersten DU der DIDU-Achse anzeigt, über eine Fahrzeugsteuerung von einem Fehlererkennungsmodul; Bestimmen eines Fehlertyps für den Fehlerzustand durch die Fahrzeugsteuerung; Bestimmen einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über die Fahrzeugsteuerung; Bestimmen eines ersten Drehmomentgrenzwerts für die erste DU und eines zweiten Drehmomentgrenzwerts für die zweite DU über die Fahrzeugsteuerung auf der Grundlage des Fehlertyps und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit; und Befehlen, über die Fahrzeugsteuerung, dass eine erste Drehmomentausgabe der ersten DU auf den ersten Drehmomentgrenzwert und eine zweite Drehmomentausgabe der zweiten DU auf den zweiten Drehmomentgrenzwert beschränkt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des ersten Drehmomentgrenzwerts für die erste DU der DIDU-Achse, die in dem Fehlerzustand arbeitet, umfasst: Bestimmen, ob der Fehlertyp einer von mehreren vordefinierten Hardware- oder Kommunikationsfehlern, HW/Komm-Fehler, ist, Einstellen des ersten Drehmomentgrenzwerts auf Null oder nahe Null als Reaktion darauf, dass der Fehlertyp nicht einer der vordefinierten HW/Komm-Fehler ist; und Einstellen des ersten Drehmomentgrenzwerts auf einen geschätzten erreichbaren Drehmomentwert, der dem Fehlertyp entspricht, als Reaktion darauf, dass der Fehlertyp einer der vordefinierten HW/Komm-Fehler ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, gleichzeitig mit dem Beschränken der ersten Drehmomentausgabe und der zweiten Drehmomentausgabe der ersten DU und der zweiten DU, das Beschränken einer maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf eine Basismotorgeschwindigkeit eines elektrischen Traktionsmotors in der ersten DU.
Das Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend, gleichzeitig mit dem Beschränken der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Basismotorgeschwindigkeit und dem Beschränken der ersten Drehmomentausgabe und der zweiten Drehmomentausgabe der ersten DU und der zweiten DU: Aktivieren eines elektronischen Stabilitätskontrollsystems, ESC, des Kraftfahrzeugs; und Steuern eines vorgegebenen Satzes von Fahrzeugdynamikparametern über das ESC-System, um grobe Instabilitäten während der Fahrt des Kraftfahrzeugs abzumildern oder zu verhindern.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug eine von der DIDU-Achse getrennte Antriebsachse aufweist, welche von einer von der ersten DU und der zweiten DU getrennten Antriebsmaschine unabhängig angetrieben wird, wobei das Verfahren ferner das Bestätigen umfasst, dass es sich bei dem Fehlerzustand um einen Hardware- oder Kommunikationsfehler in der ersten DU der DIDU-Achse handelt und nicht um einen erkannten Fehler, welcher der Antriebsachse zugeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend: Bestimmen, ob die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet, bei der die aktive Querdynamikregelung aktiviert ist; und Aufheben der zweiten Drehmomentbeschränkung, welche die zweite DU einschränkt, wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit die vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit die vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit nicht überschreitet: Bestimmen, ob ein aktueller Fahrmodus des Kraftfahrzeugs einer von mehreren vordefinierten Fahrmodi ist, die Mehrachsfahrfähigkeiten des Kraftfahrzeugs implementieren; und Deaktivieren der zweiten DU als Reaktion darauf, dass der aktuelle Fahrmodus des Kraftfahrzeugs nicht einer der vordefinierten Fahrmodi ist.
Das Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass der aktuelle Fahrmodus des Kraftfahrzeugs einer der vordefinierten Fahrmodi ist: Bestimmen, ob die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer maximalen Notlaufgeschwindigkeit liegt; Deaktivieren der zweiten DU als Reaktion darauf, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit nicht geringer ist als die maximale Notlaufgeschwindigkeit ist; und Aufheben der zweiten Drehmomentbeschränkung, welche die zweite DU beschränkt, wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unter der maximalen Notlaufgeschwindigkeit liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit die vordefinierte Gier-Destabilisierungsgeschwindigkeit überschreitet, Einsetzen eines Antriebsaktuators, um ein querdynamisches Verhalten des Kraftfahrzeugs zu steuern.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einsetzen des Antriebsaktuators, um das querdynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs zu steuern, das Befehlen der zweiten DU, ein negatives Drehmoment über eine entsprechende Achswelle auf das zweite Straßenrad anzuwenden, beinhaltet, um einen Gierfehler-Ausgleich in Reaktion darauf, dass ein Gierfehler gegenüber der ersten DU einen ersten maximalen Gierfehler-Wert überschreitet, zu induzieren.