DE102011119845A1

DE102011119845A1 - Verfahren zur Simulation des Fahrverhaltens von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen mit Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102011119845A1
Application number: DE102011119845A
Authority: DE
Inventors: Max Kellner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Simulation des Fahrverhaltens von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, welche mit einem Elektroantrieb ausgestattet sind, umfassend ein Stellelement in Form eines Pedals, Hebels oder Drehgriffs, mittels dem die Drehzahl des Antriebs vorgegeben wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass gleichzeitig über ein weiteres Stellelement in Form eines zusätzlichen Pedals, Hebels oder Drehgriffs, welche nachstehend als Kupplung bezeichnet wird, das Drehmoment des Antriebs direkt verändert werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Simulation des Fahrverhaltens von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, die mit einem Elektroantrieb ausgestattet sind.
Stand der Technik
Fahrzeuge mit Elektromotorantrieb werden üblicherweise mit direktem Kraftschluss von Motor zum Antriebsstrang ausgeführt. Durch entsprechende Regelung des Motors mittels eines Stellelements in Form eines Pedals, Hebels oder Drehgriffs zur Regulierung der Drehzahl des Antriebs wird ein für den Fahrbetrieb angepasstes Drehmoment im Antriebsstrang erreicht, welches prinzipiell bereits bei Stillstand des Fahrzeugs und kleinen Drehzahlen (also beim Anfahren) maximal zur Verfügung steht und das bei weiter steigender Drehzahl entlang einer Hyperbel abfällt. Somit erübrigen sich prinzipiell sämtliche vom Verbrennungsmotor bekannten, durch den Fahrzeugführer zu betätigenden Bedienelemente wie Schaltung und Kupplung.
Der Nachteil bekannter elektrischer Antriebe besteht jedoch darin, dass durch den Fahrzeugführer keine manuelle Beeinflussung des Drehmoments vorgenommen werden kann. Speziell im Motorsport (bspw. bei Geschicklichkeitsprüfungen in schwerem Gelände, engl. Trials) ist jedoch ein extrem feinfühliger Krafteinsatz gefordert und kann mit der bei Elektromotoren üblichen indirekten Drehmomentregelung über den Gasgriff bzw. das Gaspedal im Wettbewerbseinsatz nicht erreicht werden.
Darstellung der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, das jahrzehntelang bewährte Fahrverhalten der Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen mit Elektroantrieb zu simulieren. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, dem Fahrzeugführer ein zusätzliches Stellelement zur direkten Beeinflussung des Drehmoments im Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist ein Verfahren zur Simulation des Fahrverhaltens von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen mit Elektroantrieb der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig über ein weiteres Stellelement in Form eines zusätzlichen Pedals, Hebels oder Drehgriffs (nachstehend als „Kupplung” bezeichnet) das Drehmoment des Antriebs direkt verändert werden kann.
Ein minimales Drehmoment des Antriebs kann hierbei vorgegeben werden, welches bereits in neutraler Stellung der Kupplung anliegt und nur durch Betätigung der Kupplung auf Null reduziert werden kann. Wird die Kupplung dagegen nicht verwendet, steht die volle Antriebsleistung zur Verfügung.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Kupplung ein elektrisches Widerstandsbauelement auf, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind (Potentiometer). Hierdurch lässt sich eine Veränderung des angelegten Antriebsmoments von 100% bis 0% einstellen. Hierzu wird ein stetig einstellbarer Spannungsteiler eingesetzt.
Darüber hinaus können aber ebenso andere Bauteile verwendet werden, die den Weg oder Drehwinkel des Pedals oder des Drehgriffs in ein digitales Signal umsetzen. Als besonders bevorzugt lassen sich bspw. digitale Stellglieder/Geber basierend auf dem CAN Standard verwenden, welche im automotiven Bereich eingesetzt werden. In dieser Ausführungsform könnte am Kontroller als Schnittstelle ein digitaler Eingang verwendet werden (bspw. der CAN-Bus).
Zur Simulierung eines Leerlaufs kann vorzugsweise immer ein minimales Drehmoment (z. B. 10%) voreingestellt sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
In der Zeichnung zeigt
1 eine beispielhafte Beschaltung eines handelsüblichen Drehzahlstellers.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt die Beschaltung eines handelsüblichen Drehzahlstellers mit den beiden Eingängen A8, A9. Die dargestellten Potentiometer 8, 9 dienen üblicherweise zur Regulierung der Drehzahl- oder des Drehmoments (Gasgriff/Accelerator) und, meist optional, zur Regulierung eines veränderlichen Bremsmomenfs, das der Motor unterstützend zur mechanischen Bremse zur Verfügung stellen kann (Bremse/Footbrake).
Auf den ersten Eingang A8 wird, wie üblich, ein Stellelement in Form eines Pedals, Hebels oder Drehgriffs mit Potentiometer angeschlossen. Eine zusätzlich montierte Kupplung in Form eines zusätzlichen Pedals, Hebels oder Drehgriffs mit eingebautem Potentiometer liefert am zweiten Eingang A4 eine Spannung (von bspw. 0–5 Volt) analog zur Stellung dieses Stellelements.
Deren Höhe gibt den Wunsch des Fahrers ober eine Veränderung des angelegten Antriebs- und besonders bevorzugt zusätzlich des Bremsmoments von 100% bis 0% vor.

Das Signal wird entsprechend der angehängten Spezifikation (RFC110601, Punkt 2 bis 3.2) verrechnet. Dies soll an nachfolgenden Beispielen verdeutlicht werden: Beispiel zur Limitierung der Antriebsleistung:

Beschleunigung = 66%	Kupplung = 100%	Antriebsleistung = 66%
Beschleunigung = 66%	Kupplung = 80%	Antriebsleistung = 52%
Beschleunigung = 66%	Kupplung = 40%	Antriebsleistung = 26%
Beschleunigung = 66%	Kupplung = 20%	Antriebsleistung = 13%

Beispiel zur Limitierung der neutralen Bremsleistung (NBrake):

NBrake = 35%	Kupplung = 100%	Bremsleistung = 35%
NBrake = 35%	Kupplung = 80%	Bremsleistung = 28%
NBrake = 35%	Kupplung = 40%	Bremsleistung = 14%
NBrake = 35%	Kupplung = 20%	Bremsleistung = 7%

Als Resultat steht bei gezogener Kupplung keine Antriebs- und Bremskraft durch den Motor zur Verfügung. Nicht betätigte Kupplung bewirkt hingegen die volle Leistungsabgabe in den Antriebsstrang mit entsprechender Vortriebs- und Bremswirkung.
Liste der Bezugsziffern

A1

Forward Switch

A2

Reverse Switch

A3

Foot Switch/Belly Switch

A4

Seat/Tiller Switch

A5

Speed 1/Inch Fwd

A6

Speed 2/Inch Rev

A7

Speed 3/Handbrake Switch

A8

Accelertor/Footbrake

A9

Accelertor/Footbrake

A10

Keyswitch

A11

Contactor Coil Supply

A12

Line Contactor

A13

Electric Brake Contactor

A14

Power Steer Contactor

A15

+12 V Supply

A16

5 V Potentiometer Supply

B5

CAN L

B6

CAN H

B7

+12 V Supply

B8

0 V

C1

Speed Encoder

C2

Direction Encoder

C4

Motor Thermistor/Steering Pot.

C5

+12 V Supply

C6

0 V

M

Motor

F

Fuse

P

Pre-charge

Claims

Verfahren zur Simulation des Fahrverhaltens von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, welche mit einem Elektroantrieb ausgestattet sind, umfassend ein Stellelement in Form eines Pedals, Hebels oder Drehgriffs, mittels dem die Drehzahl des Antriebs vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig über ein weiteres Stellelement in Form eines zusätzlichen Pedals, Hebels oder Drehgriffs, welche nachstehend als Kupplung bezeichnet wird, das Drehmoment des Antriebs direkt verändert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Simulierung eines Leerlaufs ein minimales Drehmoment voreingestellt ist, welche nur durch Betätigung der Kupplung auf Null reduziert werden kann
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nicht-Betätigung der Kupplung die volle Antriebsleistung zur Verfügung steht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung gleichzeitig zur Regulierung eines veränderlichen Bremsmoments vorgesehen ist, das der Motor unterstützend zur mechanischen Bremse zur Verfügung stellen kann.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung ein elektrisches Widerstandsbauelement aufweist, dessen Widerstandswerte mechanisch durch Drehen oder Verschieben veränderbar sind, mittels dem sich eine Veränderung des angelegten Antriebs- und/oder Bremsmoments von 100% bis 0% einstellen lässt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaltung eines Drehzahlstellers mit den Eingängen A8, A9 in der Weise erfolgt, dass auf den ersten Eingang A9 ein Stellelement in Form eines Pedals, Hebels oder Drehgriffs mit Potentiometer angeschlossen wird und die zusätzlich montierte Kupplung mit eingebautem Potentiometer am zweiten Eingang A9 eine Spannung analog zur Stellung dieses Stellelements liefert.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung digitale Stellglieder/Geber aufweist, die den Weg oder den Drehwinkel des Pedals oder des Drehgriffs in ein digitales Signal umsetzen, vorzugsweise basierend auf dem CAN Standard.