Beschreibung

Titel

Verfahren zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs.

Stand der Technik

Zur Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen wird in Hybridfahrzeugen neben einem Verbrennungsmotor ein Elektromotor eingesetzt. Dabei wird der Verbrennungsmotor in vorbestimmten Betriebsmodi mittels einer Trennkupplung von einem Antriebsstrang getrennt und automatisch gestoppt und das Fahrzeug wird elektromotorisch betrieben, wobei die Energie durch eine Hochvoltbatterie bereitgestellt wird. Dieser Zustand wird als eDrive bezeichnet, wobei dessen Dauer in erster Linie von einem gewünschten Bewegungszustand des Fahrzeugs, vor allem jedoch von der Kapazität des Energiespeichers abhängt. Entlädt sich die Hochvoltbatterie derart, dass eine vorbestimmte Energieschwelle unterschritten wird, so wird der Verbrennungsmotor automatisch an den Antriebsstrang durch das Schließen der Trennkupplung angekuppelt und gestartet. Durch eine Umschaltung des Elektromotors in einen generatorischen Betrieb kann erneut Leistung in dem so genannten Rekuperationsmodus in die Hochvoltbatterie zurückgespeist werden, wodurch diese geladen wird. Die Startenergie bei der Durchführung der automatischen Lade- und Entladevorgänge hängt jedoch von der jeweiligen und beispielsweise im Steuergerät hinterlegten Betriebsstrategie ab. Diese richtet sich grundlegend nach der Beschaffenheit der Hochvoltbatterie aus, da diese systembedingt nicht tief entladen werden darf.

Fig. 6 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Hybhdfahrzeugs umfassend einen Verbrennungsmotor 601 , eine Trennkupplung 603, einen Elektromotor 605, einen Transmissionswandler 607 und beispielsweise eine automatische Kupplung 609, der der Transmissionswandler 607 zugeordnet ist. Daneben umfasst das Hybridfahrzeug ein Hochvoltsystem zum Betreiben des Elektromotors 605 mit einer Hochvoltbatterie, einer Leistungselektronik sowie einem Spannungswandler.

Fig. 5 verdeutlicht die wesentlichen Komponenten eines Parallel-Hybrids, der einen Verbrennungsmotor 501 , einen Kraftstofftank 503, einen Elektromotor 505 sowie eine Kupplung, die beispielsweise als eine Trennkupplung 507 oder als eine Anfahrkupplung 509 ausgebildet sein kann, umfasst. Ferner sind eine Hochvoltbatterie 511 und ein Inverter 513 vorgesehen.

Zum Erreichen der vorstehend genannten Vorteile des Hybrid-Konzeptes ist es von entscheidender Bedeutung, dass insbesondere die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Komponenten fehlerfrei über eine gewisse Betriebslaufzeit arbeiten. Hierzu wird beispielsweise gefordert, dass jede Komponente mindestens 7.000 Betriebsstunden oder eine Laufleistung von mindestens 300.000 km oder eine Anzahl von Startvorgängen von mindestens 1.200.000 schadlos überstehen soll. Daher ist es wichtig, das Betriebsalter der jeweiligen Komponente oder deren bethebsaltersbedingten Betriebszustand zu erfassen. Die DE 10 2005 042 062 A1 beschreibt diesbezüglich ein Prognoseverfahren für Bauteile von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, bei dem ein Betriebszustand eines Bauteils auf der Basis einer Reaktion des Bauteils auf ein Testsignal bestimmt wird. Dieses Verfahren ist jedoch kompliziert und erfordert ein gezieltes Ansteuern eines jeden Bauteils.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass das Betriebsalter einer Komponente eines Hybridfahrzeugs durch das Erfassen von Zustandsänderungen

der Komponente erfolgen kann. Eine Zustandsänderung wird erfindungsgemäß dann erfasst, wenn ein Zustandsübergang zwischen einem ersten vorbestimmten Zustand der Komponente und einem zweiten vorbestimmten Zustand der Komponente feststellbar ist. Beispielsweise kann als eine Zustandsänderung ein öffnen oder ein Schließen oder ein Betätigen einer Trennkupplung erfasst werden. Durch eine fortlaufende Aufsummierung der erfassten Zustandsänderungen kann somit zuverlässig auf das beispielsweise in einer Anzahl der Zustandsänderungen gezählte Betriebsalter der Komponente geschlossen werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs, mit Erfassen einer Zustandsänderung der Komponente und ändern eines Zustandszählwertes bei Vorliegen der Zustandsänderung, wobei der Zustandszählwert auf das Betriebsalter der Komponente hinweist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Komponente eine Kupplung oder ein Getriebe oder ein Wechselrichter oder eine Kraftstoffpumpe oder ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als die Zustandsänderung ein Zustandsübergang zwischen einem ersten vorbestimmten Zustand der

Komponente und einem zweiten vorbestimmten Zustand der Komponente erfasst, insbesondere ein öffnen oder Schließen einer Kupplung oder eine Drehmomentänderung oder ein Getriebegangwechsel oder eine änderung einer elektrischen Leistung oder ein öffnen einer Bremse oder ein Schließen einer Bremse oder ein Zünden eines Verbrennungsmotors oder ein Anfahren eines Elektromotors oder ein Anhalten der Komponente oder eine Inbetriebnahme der Komponente oder ein Direktstart eines Antriebs des Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder ein Impulsstart eines Antriebs, insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder ein angerissener Start eines Antriebs,

insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder eine Kupplungsadaption.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Zustandszählwert ein Zustandszählerstand, der um ein vorbestimmtes oder um ein zustandsspezifisches Inkrement oder Dekrement erhöht oder vermindert wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird in dem Schritt des Erfassens der Zustandsänderung eine änderung eines vorbestimmten Zustandes aus einer Mehrzahl von Zuständen erfasst.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine weitere Zustandsänderung der Komponente, die sich von der Zustandsänderung unterscheidet, erfasst, wobei bei Vorliegen der weiteren Zustandsänderung der Zustandswert oder ein weiterer Zustandswert erfasst wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs, mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Zustandsänderung der Komponente und einem Zustandszähler, der ausgebildet ist, einen Zustandszählwert bei Vorliegen der Zustandsänderung zu ändern, wobei der Zustandszählwert auf das Betriebsalter der Komponente hinweist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung ausgebildet, eine weitere Zustandsänderung der Komponente zu erfassen, die sich von der Zustandsänderung unterscheidet, und wobei der Zustandszähler ausgebildet ist, bei Vorliegen der weiteren Zustandsänderung den Zustandswert oder einen weiteren Zustandswert zu ändern, insbesondere zu erhöhen oder zu vermindern.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung ausgebildet, einen Zustandsübergang zwischen einem ersten vorbestimmten Zustand der

Komponente und einem zweiten vorbestimmten Zustand der Komponente zu erfassen, insbesondere ein öffnen oder ein Schließen einer Kupplung oder eine Drehmomentänderung oder einen Getriebegangwechsel oder eine änderung einer elektrischen Leistung oder ein öffnen einer Bremse oder ein Schließen einer Bremse oder ein Zünden eines Verbrennungsmotors oder ein Anfahren eines Elektromotors oder ein Anhalten der Komponente oder eine Inbetriebnahme der Komponente oder einen Direktstart eines Antriebs des Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder einen Impulsstart eines Antriebs, insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder einen angerissenen Start eines Antriebs, insbesondere eines Verbrennungsantriebs oder eines elektrischen Antriebs, oder eine Kupplungsadaption.

Die Erfindung betrifft ferner eine programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, die ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.

Zeichnungen

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente;

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Betriebsalters einer Komponente;

Fig. 5 ein Parallel-Hybridsystem; und

Fig. 6 ein Parallel-Hybridsystem.

Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs, bei dem im Schritt 101 eine Zustandsänderung erfasst wird und bei dem im Schritt 103 bei Vorliegen der Zustandsänderung ein Zustandszählwert geändert, beispielsweise erhöht oder vermindert wird.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer zu dem Verfahren aus Fig. 1 korrespondierenden Vorrichtung zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente mit einer Erfassungseinrichtung 201 zum Erfassen einer Zustandsänderung der Komponente und einem Zustandszähler 203, der einen Zustandszählwert bei Vorliegen der Zustandsänderung ändert, insbesondere erhöht oder vermindert. Der resultierende Zustandszählwert weist auf das Betriebsalter der Komponente des Hybridfahrzeugs hin und kann beispielsweise mittels eines Testers ausgelesen werden. Weitergehende Funktionalität der Vorrichtung aus Fig. 2 ergibt sich direkt aus den Funktionsschritten des Verfahrens zum Erfassen des Betriebsalters der Komponente.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen eines

Betriebsalters einer Komponente eines Hybridfahrzeugs, insbesondere zum Erfassen eines Betriebsalters eines Aktuators zur Ansteuerung einer Trennkupplung. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Vergleichselement 301 , ein zweites Vergleichselement 303 und ein logisches Verknüpfungselement 305, beispielsweise ein Oder-Glied, das einem Ausgang des ersten Vergleichselements

301 und einem Ausgang des zweiten Vergleichselements 303 nachgeschaltet ist. Ein Ausgang des Verknüpfungselementes 305 ist mit einem Bitsetzelement 307 verbunden, dessen Ausgang mit einem Detektionselement 309 verbunden ist. Ein Ausgang des Detektionselements 309 ist über ein optionales Steuerungselement 311 mit einem Zähler verbunden, der ein Additionselement 313, ein Speicher 315 und ein weiteres Bitsetzelement 317 aufweist. Der Speicher 315 ist vorgesehen, einen gegenwärtigen Zählwert zu speichern und bereitzustellen. Die Bitsetzelemente 307 und 317 sind beispielsweise vorgesehen, permanent eine logische "1", beispielsweise in der Form eines geeigneten Spannungswertes, auszugeben.

An einem ersten Eingang 319 des ersten Vergleichselementes 301 wird beispielsweise ein Signal angelegt, das beispielsweise einem Kupplungsverfahrweg entspricht, also einem Ausrückweg, den ein Kupplungssteller zurücklegt, bis eine Kupplung schließt. An einen zweiten Eingang 321 des ersten Vergleichselements 301 wird beispielsweise ein erster Schwellwert angelegt, der einem Kupplungsverfahrweg bei einer geöffneten Kupplung entspricht, beispielsweise 5 mm oder 10 mm. Das erste Vergleichselement 301 überprüft, ob beide Signale gleich sind oder ob das an dem ersten Eingang 319 anliegende Signal größer als der erste Schwellwert ist.

An einem Eingang 323 des zweiten Vergleichselementes 303 wird ein Signal angelegt, das einem zweiten Schwellwert entspricht, der beispielsweise einem Kupplungsverfahrweg bei einer geschlossenen Kupplung entspricht, beispielsweise 15 mm oder 18 mm. Das zweite Vergleichselement 303 empfängt ferner das an dem ersten Eingang 319 des ersten Vergleichselementes anliegende Signal und gibt ein Vergleichsergebnis an das Verknüpfungselement 305 aus. Das Verknüpfungselement 305 vergleicht das Vergleichsergebnis mit einem Ausgang des ersten Vergleichselementes 301 , wobei das Bitsetzelement 307 bei Vorliegen einer Zustandsänderung beispielsweise ein Bit setzt. Der Detektor 301 ist ausgebildet, das Bit beispielsweise mit der steigenden Flanke zu

erfassen und das Erfassungsergebnis dem optionalen Element 311 zuzuführen, das beispielsweise eine Eins ausgibt, falls die steigende Flanke eine Zustandsänderung erfasst hat. Somit zählt die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung beispielsweise die Anzahl der Betätigungen eines Aktuators der Kupplung, die beispielsweise über einen Werkstatttester ausgelesen werden kann. Dadurch ist es möglich, einen Rückschluss auf die Laufzeit des Aktuators zu schließen, was beispielsweise unter Verwendung einer in einem Steuergerät des Aktuators oder des Motors implementierten Logikschaltung erfolgen kann.

Gemäß einem Aspekt kann zum Zählen der Zustandsänderungen ein Zähler eingesetzt werden, der beispielsweise auch in einem

Kupplungsansteuerungsmodul zum Zählen der Anzahl der Kupplungsbetätigungen eingesetzt wird, um eine Entscheidung über eine notwendige kupplungsfähige Adaption einzutriggern. Ein Zählwert dieses Zählers kann in einer Logik als beispielsweise ein Eingangssignal verwendet werden. Dabei werden die Kupplungsbetätigungen bzw. die Aktuatorensteuerungen während eines

Fahrzyklus beispielsweise in einem NV-RAM (Non-Volatile-RAM) gespeichert. Mit Beenden des aktuellen Fahrzyklus, beispielsweise bei ausgeschalteter Zündung, können die gezählten Fahrtereignisse beispielsweise in einem EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read OnIy Memory) gespeichert werden. Der Zähler der Funktion im NV-RAM kann beispielsweise bei erfolgter Zündung mit dem Wert 0 initialisiert werden, so dass die Kupplungsbetätigungen bzw. Aktuatorensteuerungen im aktuellen Fahrzyklus gezählt werden können. Die in dem EEPROM abgelegten Zählerwerte können dann im Motor-Nachlauf an ein Steuergerät des Aktuators übergeben werden. Somit können die Kupplungsbetätigungen bzw. die Aktuatoransteuerungen auf einem Aktuator gespeichert werden, so dass bei einem Ausbau bzw. Umbau des Aktuators die Laufzeitinformation nicht verloren geht. Mit der Abspeicherung des Zählers kann ferner auch die gesamte mit der jeweiligen Komponente zurückgelegte Fahrleistung festgehalten werden. Dazu kann beispielsweise die relativ zurückgelegte Wegstrecke erfasst und an die Zählfunktion übermittelt werden.

Wird die Speicherung der Zählerdaten für den Nachlauf erkannt, so kann die relativ pro Fahrzyklus zurückgelegte Wegstrecke in einem Zähler aufsummiert werden. Dieser Zähler kann an das Steuergerät der jeweiligen Komponente übergeben werden, womit die tatsächliche Laufleistung erfasst werden kann. Für einen Fahrzeugdauerlauf kann es ferner sinnvoll sein, dass die Zähler auf der Ebene der Motorsteuerung und beispielsweise nicht auf der Ebene des Stellers beispielsweise bei einem Programmstandswechsel zurückgesetzt werden können. Dadurch besteht ferner die Möglichkeit, programmstandsindividuelle Unterschiede beim Fahrzeugdauerlauf zu extrahieren und auszuwerten.

Beispielsweise können zur Erfassung der Zustandsänderung Start- bzw. Stopp- Zyklen eines Hybridsystems gezählt werden, um von Stellerkomponenten und Aktoren, die maßgeblich am Start- und Stopp-Verhalten des Hybridfahrzeugs beteiligt sind, zu erfassen. Diese Informationen können beispielsweise in einer Felddatenbank angelegt und zur Analyse von Start- bzw. Stopp-Zyklen herangezogen werden. Durch eine Rückspeisung der so gewonnenen

Informationen ist es ferner möglich, diese bereits während der Konstruktion beispielsweise bei einer Auslegung oder Einhaltung des Lastenheftes, während der Funktionsentwicklung der Software, bei der beispielsweise Feldergebnisse oder Funktionsbedarf festgelegt werden, oder bei den Applikationen, beispielsweise bei einer Auslegung der Bedeutung der jeweiligen Applikation für das Hybridsystem, berücksichtigt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen beispielsweise mit einem Werkstatttester verbunden werden, wobei für die Auswertungen der jeweiligen Fehler eine Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei kann beispielsweise eine Plattform- Testerschnittstelle umkonfiguriert werden, um die Zustandszählwerte zu übernehmen und weiterzuleiten.

Wie vorstehend erwähnt kann das erfindungsgemäße Konzept zum Erfassen eines Betriebsalters von beliebigen Komponenten eines Hybridfahrzeugs eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein Zähler für einen Fahrzeuggesamtfahrzyklus, für die Gesamtanzahl der Fahrzeugstarts und/oder für die Gesamtanzahl der Fahrzeugstopps beispielsweise über die gesamte Fahrzeuglaufleistung eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Betriebsalter komponentenspezifisch zu erfassen, indem beispielsweise jeweils ein Zähler für die Gesamtanzahl der Starts der Komponente, für die Gesamtzahl der Stopps der Komponente sowie für die Gesamtanzahl der Starts und der Stopps der Komponente eingesetzt werden kann. Dabei können insbesondere die Zustandsänderungen eines Kupplungsstellers effizient erfasst werden. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es ferner, eine Gesamtanzahl der Direktstarts, eine Gesamtanzahl der Impulsstarts, eine Gesamtanzahl der angerissenen Starts oder eine Gesamtanzahl von Kupplungsadaptionen zu erfassen, wobei die Zählerstände beispielsweise in Abhängigkeit von einer Startart ausgewählt werden können. Somit können hybridfahrzeugspezifische

Betriebsmodi bei der Erfassung des Betriebsalters des Fahrzeugs oder der jeweiligen Fahrzeugkomponente, beispielsweise des Kupplungsstellers, berücksichtigt werden.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung 401 zum Erfassen eines Betriebsalters einer Komponente auf der Basis eines Modells der Komponente sowie von einer Mehrzahl von Systemparametern, die der Vorrichtung 401 über eine Mehrzahl von Eingängen zugeführt wird. Handelt es sich bei der Komponente beispielsweise um ein Kupplungssystem, so kann an einem ersten Eingang 403 eine Temperatur des Kupplungsbelags, die gemessen oder geschätzt sein kann, bereitgestellt werden. Ferner können über einen Eingang 405 eine Differenzdrehzahl zwischen einer Drehzahl eines Elektromotors und eines Verbrennungsmotors, über einen Eingang 407 eine Momentendifferenz zwischen einem Moment des Elektromotors und einem Moment des Elektromotors, über einen Eingang 409 eine Eingabe darüber, wie lange sich die Kupplung im Schlupfzustand befindet bzw. über die Wirkzeit

(slip-time), sowie über einen Eingang 411 eine Eingabe darüber, welche Startart vorliegt, bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann optional über einen Eingang 413 die Angabe betreffend die Abkühlzeit des Reibbelages bereitgestellt werden. Optional kann der Vorrichtung 401 der Zählerstand übermittelt werden, der die Anzahl der Zustandsänderungen des Kupplungssystems anzeigt. Die Komponente 401 verknüpft die an ihren Eingängen anliegenden Parameter mit beispielsweise einer Kennlinie, die empirisch oder mithilfe von Simulationen bestimmt werden kann, um die Betriebsalterung des Kupplungssystems zu bestimmen. Diese Betriebsalterung kann je nach Startart unterschiedlich sein, so dass beispielsweise bei einem Komfortstart die Betriebsalterung weniger ausgeprägt ist als bei einem Leistungsstart oder bei einem Momentenstart. Die Vorrichtung 401 weist ferner einen Ausgang 415 auf, über den der ermittelte Betriebsalterungswert ausgegeben wird. Darüber hinaus können beispielsweise über einen Tester sowohl der Zähler, der die Anzahl der Zustandsänderungen wie beispielsweise der Betätigungen anzeigt und der aus dem Modell resultierende Betriebsalterungswert ausgegeben werden.