Titel

Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Maschine eines

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer als Antrieb verwendeten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs während eines Abbremsens des Fahrzeugs, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Hintergrund der Erfindung

Elektrische Maschinen können in Fahrzeugen als Antrieb verwendet werden, z.B. in einem Hybridfahrzeug zusammen mit einer Brennkraftmaschine oder als alleinige Antriebsart in einem Elektrofahrzeug. Dabei ist mittels der elektrischen Maschine auch ein Abbremsen des Fahrzeugs möglich, z.B. im Wege der sog. Re- kuperation.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung beschäftigt sich mit Fahrzeugen, bei denen eine elektrische Maschine als Antrieb verwendet wird. Wie erwähnt, kann mittels der elektrischen Maschine das Fahrzeug auch abgebremst werden, z.B. im Wege der sog. Reku- peration. Üblich ist hierbei jedoch bisher kein Abbremsen bis in den Stillstand; hierfür können mechanische Bremssysteme zum Einsatz kommen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mittels einer elektrischen Maschine ein Fahrzeug auch bis in den Stillstand abgebremst werden kann. Hierfür ist ein drehzahlgeregelter Betrieb der elektrischen Maschine nötig, ein drehmomentengeregelter Betrieb eignet sich hierfür in der Regel nicht. In der DE 10 2019 205 180 A1 wird ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs, das einen elektrischen Antriebsmotor umfasst, vorgestellt, wobei das Fahrzeug unter Verwendung einer Geschwindigkeitsregelung des elektrischen Antriebs motors zum Stillstand gebracht wird.

Das Fahrzeug kann dann, wenn es auf diese Weise bis zum Stillstand abgebremst worden ist, auch, insbesondere bei einer Fahrbahnneigung, im Stillstand gehalten werden. Das hierfür nötige Haltemoment kann zunächst rein elektrisch, also über die elektrische Maschine aufgebracht werden. Damit kann ein Wegrollen verhindert werden, bevor z.B. ein mechanisches Bremssystem die Haltefunktion (auch als "Hillhold' -Funktion bezeichnet) übernimmt.

Für verschiedene Funktionen in Fahrzeugen ist im Sinne sog. funktionaler Sicherheit in aller Regel eine Überwachung zweckdienlich, teils auch gesetzlich vorgeschrieben. Damit kann eine sichere Arbeitsweise der konkreten Funktion bzw. des hierfür verwendeten Systems - im vorliegenden Fall also insbesondere die elektrische Maschine bzw. die für deren Betrieb nötigen Komponenten - überprüft werden und bei Bedarf, d.h. bei einem Fehlverhalten, kann eingegriffen werden.

Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, den Betrieb einer als Antrieb verwendeten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs zu überwachen, und zwar während eines Abbremsens des Fahrzeugs mittels eines drehzahlgeregelten Betriebs dieser elektrischen Maschine in einen Stillstand. Das Überwachen erfolgt insbesondere zumindest bis zum Erreichen des Stillstands, weiter insbesondere auch noch, nachdem der Stillstand erreicht worden ist, also während eines Haltens des Fahrzeugs im Stillstand mittels des drehzahlgeregelten Betriebs der elektrischen Maschine, z.B. für eine gewisse Zeitdauer oder das Eintreten eines bestimmten Ereignisses, beispielsweise bis ein mechanisches Bremssystem die Haltefunktion (bzw. allgemein ein Halten des Fahrzeugs im Stillstand) übernommen hat. Ebenso kann das Überwachen aber auch erst ab Erreichen des Stillstands - oder des hypothetischen Erreichens des Stillstands, d.h. wenn eine Solldrehzahl bei null ist, auch wenn die Istdrehzahl dies nicht sein sollte - gestartet werden, oder auch unabhängig davon (d.h. unabhängig davon, ob vorher abgebremst worden ist) während eines Haltens im Stillstand erfolgen.

Hierbei wird eine Differenz bzw. Abweichung zwischen einer Istdrehzahl und einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine bestimmt. Bei der Solldrehzahl handelt es sich insbesondere um eine Drehzahl, die im Rahmen des Abbremsens bzw. ggf. bei Stillstand beim Betrieb einzunehmen ist. Die Solldrehzahl fällt typischerweise während des Abbremsens immer weiter ab und wird bei Erreichen des Stillstands und danach null sein. Die Istdrehzahl kann hierbei z.B. mittels eines Sensors erfasst und an eine ausführende Recheneinheit übermittelt werden, wo sie mit der vorgegebenen Solldrehzahl verrechnet werden kann. Denkbar ist aber auch, dass die Drehzahl anhand von Betriebsgrößen der elektrischen Maschine bestimmt wird.

Es werden dann ein oder mehrere Kriterien basierend auf der Differenz bzw. Abweichung (zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl, also einer Drehzahldifferenz bzw. Drehzahlabweichung) geprüft. Wenn das eine oder zumindest eines der mehreren Kriterien erfüllt ist, wird auf einen Fehler des Betriebs der elektrischen Maschine erkannt. Es kann dann z.B. eine Fehlerreaktion erfolgen, z.B. eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Gegenmaßnahme (als Fehlerreaktion) eingeleitet werden, wie z.B. ein (dann ggf. frühzeitiges) Verwenden des mechanischen Bremssystems zum Abbremsen bzw. Halten des Fahrzeugs im Stillstand. Es gibt verschiedene bevorzugte Kriterien, die alleine oder in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können. Bei mehreren Kriterien kann z.B. gefordert sein, dass eines von mehreren oder zwei oder drei oder alle davon erfüllt sein müssen.

Insbesondere kann z.B. je nach Kriterium ein geeigneter Schwellwert z.B. für die Differenz definiert sein, bei dessen Überschreiten das Kriterium als erfüllt gilt. Da- mit wird letztlich überprüft, ob die Solldrehzahl tatsächlich eingehalten wird, zumindest innerhalb gewisser Toleranzen, und ob ein Stillstand oder Quasi-Stillstand erreicht wird. Ebenso kann z.B. ein Schwellwert für eine Zeit definiert sein, für die eine Differenz längstens anliegen oder einen Schwellwert überschreiten darf, bevor auf einen Fehler erkannt wird. Solche Schwellwerte, oder allgemein die Kriterien, können auch von Randbedingungen oder Einflussfaktoren wie z.B. Raddurchmessern des Fahrzeugs, einem Gewicht des Fahrzeugs oder anderen Fahrzeugeigenschaften abhängig gemacht werden. Verschiede bevorzugte Kriterien werden nachfolgend näher erläutert.

Dabei wird nicht oder nicht nur eine bestimmte Komponente wie ein Inverter der elektrischen Maschine oder ein zu deren Ansteuerung verwendetes Steuergerät überwacht, sondern der Betrieb der elektrischen Maschine an sich. Damit wird ein Fehler erkannt, unabhängig davon, wo genau, d.h. in welcher Komponente oder ggf. auf welchem Weg zwischen Komponenten, sich der Fehler ereignet hat.

Ein bevorzugtes Kriterium ist, dass geprüft wird, ob die Drehzahlabweichung, insbesondere ein Absolutwert der Drehzahlabweichung, einen zugehörigen Schwellwert häufiger als eine vorgegebene Anzahl überschreitet. Ein weiteres bevorzugtes Kriterium ist, dass geprüft wird, ob die Drehzahlabweichung, insbesondere ein Absolutwert der Drehzahlabweichung, einen zugehörigen Schwellwert für länger als eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet. Ein weiteres bevorzugtes Kriterium ist, dass geprüft wird, ob ein zeitliches Integral der Drehzahlabweichung, insbesondere ein Absolutwert des Integrals, einen zugehörigen Schwellwert überschreitet, insbesondere für länger als eine vorgegebene Zeitdauer. Ein weiteres bevorzugtes Kriterium ist, dass geprüft wird, ob Vorzeichenwechsel beim Bestimmen der Drehzahlabweichung häufiger als eine vorgegebene Anzahl auftreten.

Zweckmäßigerweise kann auch ein Umschaltkriterium verwendet werden, mit dem zwischen verschiedenen Kriterien umgeschaltet werden kann; hierbei kann z.B. von einem zu einem anderen Kriterium umgeschaltet werden, es kann ein weiteres Kriterium hinzugenommen werden, oder es kann ein Kriterium (wenn zunächst mehr als eines verwendet wird) weggenommen werden. Ebenso kann mit einem solchen Umschaltkriterium z.B. der Schwellwert eines oder mehrerer Kriterien geändert werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN- Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Figuren 2 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist schematisch ein Fahrzeug 100 dargestellt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Beispielhaft ist das Fahrzeug 100 auf einer Straße 102 gezeigt, die geneigt ist; das Fahrzeug kann sich z.B. im Stillstand befinden. Das Fahrzeug weist eine elektrische Maschine 110 mit Inverter 112 auf, wobei die elektrische Maschine 110 insbesondere als Antrieb für das Fahrzeug verwendet wird, d.h. es handelt sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug oder ggf. auch ein Hybridfahrzeug. Weiterhin weist das Fahrzeug einen Energiespeicher 114, z.B. eine Batterie, für die elektrische Maschine 110 auf.

Weiterhin weist das Fahrzeug 100 ein mechanisches Bremssystem mit beispielhaft zwei Komponenten 116, 118 auf, z.B. Reibbremsen. Dieses mechanische Bremssystem kann grundsätzlich zum Abbremsen des Fahrzeugs und insbesondere zum Halten im Stilstand, auch für die sog. "Hillhold' -Funktion, verwendet werden.

Weiterhin weist das Fahrzeug eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 120 auf, die z.B. zum Ansteuern der elektrischen Maschine 110 bzw. des Inverters 112 dienen kann und insbesondere zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Damit kann insbesondere mittels der elektrischen Maschine 110, und zwar im drehzahlgeregelten Betrieb, das Fahrzeug 100 in den Stillstand abgebremst werden und dann auch im Stillstand gehalten werden. Es kann hiermit also insbesondere auch die sog. "Hillhold' -Funktion durchgeführt werden, zumindest für eine gewisse Zeitdauer.

In den Figuren 2 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, jeweils als Ablaufdiagramme, dargestellt. Dabei werden jeweils verschiedene Kriterien verwendet, bei denen jeweils basierend auf einer Drehzahldifferenz bzw. Drehzahlabweichung geprüft wird, ob das Kriterium erfüllt ist. Dies erfolgt insbesondere in Prüfpfaden, denen mit verschiedenen Schritten bzw. Prüfschritten gefolgt werden kann.

In Figur 2 wird ein Kriterium K1 verwendet, bei dem geprüft wird, ob ein Absolutwert der Drehzahlabweichung einen zugehörigen Schwellwert häufiger als eine vorgegebene Anzahl überschreitet, und ein Kriterium K2, bei dem geprüft wird, ob der Absolutwert der Drehzahlabweichung einen zugehörigen Schwellwert für länger als eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet. Wenn eines der beiden Kriterien erfüllt ist, wird auf einen Fehler erkannt.

Hierzu wird zunächst in Schritt 200 aus einer Istdrehzahl nist der elektrischen Maschine und einer Solldrehzahl n _S0 n der elektrischen Maschine die Drehzahlabweichung ndiff bestimmt wird. In Schritt 210 wird für die Drehzahlabweichung nditr der Absolutwert (Betrag) bestimmt. Dieser wird dann in Schritt 220 mit einem zugehörigen Schwellwert ndiff_c verglichen. Das Bestimmen der Drehzahlabweichung ndiff kann insbesondere kontinuierlich oder wiederholt erfolgen.

Für das erste genannte Kriterium K1 wird nun ein Zähler für eine Anzahl Z jedes Mal, wenn der Absolutwert den Schwellwert ndiff_c überschreitet, erhöht. Insbesondere kann der Zähler auch erhöht werden, wenn der Absolutwert kurzzeitig unter den Schwellwert ndiff_c sinkt und diesen dann wieder überschreitet. In Schritt 230 wird diese Anzahl Z dann mit einem zugehörigen Schwellwert Zc verglichen. Wenn die Anzahl Z den Schwellwert Zc überschreitet, wird in Schritt 240 auf einen Fehler F erkannt.

Für das zweite genannte Kriterium K2 wird ein Zeitmesser bzw. Timer (bzw. eine Uhr) für eine Zeit bzw. Zeitdauer T jedes Mal gestartet, wenn der Absolutwert den Schwellwert ndiff_c überschreitet. So kann der Timer z.B. laufen, solange der Absolutwert oberhalb des Schwellwerts ndiff_c liegt. In Schritt 250 wird diese Zeit T dann mit einem zugehörigen Schwellwert Tc (bei diesem Schwellwert handelt es sich um eine vorgegebene Zeitdauer) verglichen. Wenn die Zeit T den Schwellwert Tc überschreitet, wird, in Schritt 240, auf einen Fehler erkannt. In diesem Beispiel wird sowohl auf einen Fehler F erkannt, sobald (mindestens) eines der zwei verwendeten Kriterien K1 , K2 erfüllt ist, als auch, wenn beide Kriterien K1 , K2 erfüllt sind.

In Figur 3 wird zusätzlich zu dem Beispiel in Figur 2 ein Kriterium K3 verwendet, bei dem geprüft wird, ob ein Absolutwert eines zeitlichen Integrals der Drehzahlabweichung einen zugehörigen Schwellwert überschreitet.

Für dieses Kriterium wird in Schritt 310 ein zeitliches Integral der Drehzahlabweichung ndiff bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Wert des Integrals mit der Zeit (also z.B. während des Abbremsens) kleiner und größer und insbesondere auch negativ werden kann, so dass in Schritt 320 dessen Absolutwert bestimmt wird. In Schritt 330 wird dieser Absolutwert dann mit einem zugehörigen Schwellwert Inte verglichen. Wenn der Absolutwert des Integrals den Schwellwert Inte überschreitet, wird in Schritt 240 auf einen Fehler F erkannt.

In diesem Fall wird sowohl auf einen Fehler erkannt, sobald eines der drei verwendeten Kriterien K1 , K2, K3 erfüllt ist, als auch, wenn alle drei Kriterien K1 , K2, K3 erfüllt sind.

In Figur 4 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem genau wie in Figur 3 die drei Kriterien K1 , K2 und K3 verwendet werden. Ein Unterschied besteht jedoch darin, dass auf einen Fehler erkannt wird, wenn das Kriterium K3 erfüllt ist, oder wenn die Kriterien K1 und K2 erfüllt sind, oder wenn alle Kriterien K1 , K2, K3 erfüllt sind. Wenn nur das Kriterium K1 oder nur das Kriterium K2 erfüllt ist, wird hingegen nicht auf einen Fehler erkannt.

In Figur 5 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem das Kriterium K2 und ein Kriterium K3‘ verwendet werden; das Kriterium K3‘ ist ein Kriterium, bei dem geprüft wird, ob das Integral der Drehzahlabweichung bzw. dessen Absolutwert den zugehörigen Schwellwert für länger als eine vorgegebene Zeitdauer überschreitet. Es handelt sich also um ein abgewandeltes Kriterium K3. Hierbei kann z.B. derselbe Timer für die Zeit T und damit der zugehörige Schwellwert Tc wie für das Kriterium K2 verwendet werden; denkbar wäre jedoch auch ein separater Timer mit separatem Schwellwert bzw. vorgegebener Zeitdauer.

Ergänzend wird hier nun ein Umschaltkriterium UK verwendet, mit dem zwischen dem Kriterium K2 und dem Kriterium K3‘ umgeschaltet wird. Hierzu wird in Schritt 510 geprüft, ob die Solldrehzahl n _S0 n bei null liegt, also ob der Stillstand erreicht sein sollte. Falls dem so ist, kann in Schritt 520 ein Ausgang gesetzt werden, um einen Umschalt-Timer für eine Umschalt-Zeit T‘ zu starten. In Schritt 530 wird diese Umschalt-Zeit T‘ dann mit einem zugehörigen Schwellwert T‘c (bei diesem Schwellwert handelt es sich um eine vorgegebene Zeitdauer) verglichen. Wenn die Umschalt-Zeit T‘ den Schwellwert T‘c überschreitet, wird in Schritt 540 von Kriterium K2 auf Kriterium K3‘ umgeschaltet. Da hier für beide Kriterien derselbe Timer verwendet wird, ist es ausreichend, den Eingang des Timers zu ändern. Mit anderen Worten wird also während des Abbremsens zunächst ein Kriterium verwendet, und kurz nachdem die Solldrehzahl n _S0 n bei null liegt, ein anderes, um den Betrieb der elektrischen Maschine zu überwachen.

In Figur 6 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem das Kriterium K2, das Kriterium K3, ein Kriterium K4 sowie das Umschaltkriterium UK verwendet werden; das Kriterium K4 ist ein Kriterium, bei dem geprüft wird, ob Vorzeichenwechsel beim Bestimmen der Drehzahlabweichung nditr häufiger als eine vorgegebene Anzahl auftreten. Hierzu wird in Schritt 610 bestimmt, ob ein Vorzeichenwechsel aufritt. Dabei wird ein Zähler für eine Anzahl Z‘ an Vorzeichenwechseln jedes Mal, wenn ein solcher auftritt, hochgezählt. In Schritt 620 wird diese Anzahl Z‘ dann mit einem zugehörigen Schwellwert Z‘c verglichen. Wenn die Anzahl Z‘ den Schwellwert Z‘c überschreitet, wird in Schritt 240 auf einen Fehler F erkannt.

Das Umschaltkriterium UK wird hier derart verwendet, dass von den Kriterien K3 und K4 auf das Kriterium K2 umgeschaltet wird; dies erfolgt in Schritt 640. Solange das Umschaltkriterium nicht erfüllt ist, wird also auf einen Fehler erkannt, wenn Kriterium K3 oder K4 erfüllt ist oder beide erfüllt sind, und sobald das Umschaltkriterium erfüllt ist, wird auf einen Fehler erkannt, wenn Kriterium K2 erfüllt ist. In Figur 7 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem das Kriterium K2 sowie das Umschaltkriterium UK verwendet werden. Das Umschaltkriterium UK wird hier nun verwendet, um in Schritt 740 den Schwellwert, mit dem der Absolutwert der Drehzahlabweichung ndiff in Schritt 220 verglichen wird, zu ändern. Solange das Um- schaltkriterium nicht erfüllt ist, wird der Schwellwert ndiff_c verwendet, sobald jedoch das Umschaltkriterium erfüllt ist, wird ein anderer Schwellwert n‘difr_c verwendet.

Der Schwellwert n‘difr_c kann z.B. kleiner als der Schwellwert ndiff_c sein, wodurch ein engeres Toleranzband für die Drehzahlabweichung erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann vor Vorteil, wenn der Stillstand bereits erreicht ist und ein Einschwingvorgang der Drehzahl abgeschlossen ist oder sein sollte; eine zulässige Dauer kann hier über den Schwellwert T’c gesteuert werden.