DE102012216517A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs - Google Patents

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines mehrachsigen Fahrzeugs mit elektrischen Antriebsmotoren an jedem Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse wird im Falle einer Abweichung des von einem elektrischen Antriebsmotor erzeugten Antriebsmoments von einem Sollmoment ein kompensierendes Moment von einem einstellbaren Fahrzeugaggregat erzeugt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines mehrachsigen Fahrzeugs mit elektrischen Antriebsmotoren am linken bzw. rechten Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse.
  • Stand der Technik
  • Bekannt sind elektromotorische Antriebskonzepte in Kraftfahrzeugen mit radindividuell angeordneten elektrischen Antriebsmotoren. Hierbei werden die linken und rechten Fahrzeugräder an einer gemeinsamen Fahrzeugachse von jeweils einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben. Es kommt sowohl der Antrieb der Vorderräder als auch der Hinterräder oder sämtlicher Fahrzeugräder in Betracht. Die elektrischen Antriebsmotoren müssen so angesteuert werden, dass das jeweils abgegebene Antriebsmoment einem Sollmoment entspricht, welches von der aktuellen Fahrsituation abhängig ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem mehrachsigen Fahrzeug mit mindestens zwei radindividuellen elektrischen Antriebsmotoren die Fahrstabilität auch im Falle einer Störung des abgegebenen Antriebsmoments sicherzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf ein mehrachsiges Fahrzeug mit mindestens zwei elektrischen, radindividuellen Antriebsmotoren, die sich am linken bzw. rechten Fahrzeugrad einer gemeinsamen Fahrzeugachse des Fahrzeugs befinden. Grundsätzlich kann es sich um ein Fahrzeug mit ausschließlich elektromotorischem Antrieb handeln, wobei gegebenenfalls auch Hybrid-Fahrzeuge mit einer Kombination von elektromotorischem Antrieb mit einer Brennkraftmaschine in Betracht kommt. Die beiden radindividuellen elektrischen Antriebsmotoren befinden sich entweder an der Vorderachse, der Hinterachse oder an beiden bzw. sämtlichen Achsen des Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist zumindest zwei Fahrzeugachsen auf, gegebenenfalls kommen auch Fahrzeuge mit mehr als zwei Fahrzeugachsen in Betracht.
  • Die elektrischen Antriebsmotoren an den beiden Rädern einer Fahrzeugachse sind individuell ansteuerbar, so dass das abgegebene Antriebsmoment auf die jeweilige, aktuelle Situation angepasst werden kann. Um im Falle eines Fehlers bzw. einer Störung im abgegebenen Antriebsmoment eines elektrischen Antriebsmotors ein entstehendes Giermoment um die Fahrzeughochachse aufzuheben, zumindest aber zu reduzieren, wird im Fahrzeug ein kompensierendes Giermoment von einem einstellbaren Fahrzeugaggregat bereitgestellt. Der Fehler bzw. die Störung in der Bereitstellung des Antriebsmomentes im elektrischen Antriebsmotor wird anhand einer Abweichung des vom Antriebsmotor erzeugten, tatsächlichen Ist-Antriebsmomentes von einem vorgegebenen Sollmoment erkannt. Liegt eine derartige Abweichung vor bzw. übersteigt die Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert, wird als ausgleichende Maßnahme das kompensierende Giermoment von dem einstellbaren Fahrzeugaggregat erzeugt. Dadurch ist gewährleistet, dass das durch die Fehlfunktion des elektrischen Antriebsmotors entstehende Giermoment nicht zu einer Fahrinstabilität führt. Das kompensierende Giermoment des einstellbaren Fahrzeugaggregates wirkt dem Störgiermoment entgegen, welches durch die Leistungsstörung des Antriebsmotors entsteht.
  • Bei der Leistungsstörung handelt es sich in der Regel um eine Leistungsminderung, so dass das tatsächlich abgegebene Antriebsmoment kleiner ist als das Sollmoment. Grundsätzlich kommt als Leistungsstörung aber auch ein höheres Antriebsmoment im Vergleich zum Sollmoment in Betracht.
  • Des Weiteren kommen sowohl Leistungsstörungen an nur einem elektrischen Antriebsmotor als auch an mehreren elektrischen Antriebsmotoren in Betracht. Maßgebend ist das resultierende Störmoment um die Hochachse, welches durch die Leistungsstörung der elektrischen Antriebsmotoren entsteht und das über den Eingriff über das Fahrzeugaggregat zumindest teilweise kompensiert wird.
  • Die Störung kann in einem Regel- bzw. Steuergerät auftreten, über das der elektrische Antriebsmotor angesteuert wird, in einer Leistungsendstufe, im Bereich der Verkabelung oder im elektrischen Antriebsmotor selbst. Die kompensierenden Momente können so aufgebracht werden, dass der Vortrieb des Fahrzeugs beibehalten wird.
  • Bei dem einstellbaren Fahrzeugaggregat, über das das kompensierende Giermoment erzeugt wird, handelt es sich um eine Fahrzeugeinrichtung, die nicht mit dem elektrischen Antriebsmotor identisch ist, welcher die Leistungsstörung aufweist. Bei dem einstellbaren Fahrzeugaggregat kann es sich um einen der sonstigen elektrischen Antriebsmotoren im Fahrzeug handeln. In Betracht kommt grundsätzlich aber jedes Fahrzeugaggregat, über das die Fahrdynamik des Fahrzeugs beeinflussbar ist, beispielsweise die Fahrzeugbremse mit radindividuellem Eingriff zur Erzeugung verschiedener Radbremsmomente, um eine Antriebsschlupfregelung (ASR) zur Einstellung radindividueller Antriebsmomente oder um ein aktives Lenksystem zur Vorgabe eines Radlenkwinkels, der durch den Eingriff eines Überlagerungsgetriebes von der Fahrervorgabe abweichen kann. Der Eingriff zur Erzeugung des kompensierenden Giermomentes kann entweder über eine direkte Ansteuerung des Fahrzeugaggregates erfolgen oder über ein übergeordnetes Fahrerassistenzsystem, beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), bei dem verschiedene Fahrzeugkomponenten bzw. -aggregate zu einer übergeordneten Einheit zusammengeschaltet sind.
  • Wird beispielsweise ein Leistungsabfall an einem elektrischen Antriebsmotor an einem Fahrzeugrad festgestellt, so kann am elektrischen Antriebsmotor des gegenüberliegenden Fahrzeugrades an der gleichen Fahrzeugachse das abgegebene Antriebsmoment entsprechend reduziert werden, insbesondere auf die gleiche Höhe. Hierdurch wird der Entstehung des Störgiermomentes entgegengewirkt. Sofern an zwei Fahrzeugachsen an jedem Rad der Achsen jeweils ein elektrischer Antriebsmotor angeordnet ist, so kann das Antriebsmoment am Rad der anderen Achse auf der gleichen Fahrzeugseite erhöht werden. Hierdurch wird ein kompensierendes Giermoment erzeugt, welches dem Störgiermoment entgegengerichtet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Vortrieb des Fahrzeugs nicht verringert wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung hängt das kompensierende Moment von der Zeitdauer der Abweichung des Antriebsmomentes von dem leistungsgestörten Antriebsmotor vom Sollmoment ab. Hierbei kann grundsätzlich zwischen einer kurzzeitigen und einer dauerhaften Leistungsstörung unterschieden werden. Bei einer kurzzeitigen Leistungsstörung genügt gegebenenfalls ein Momentenimpuls als kompensierendes Moment, welcher zum Beispiel über einen zweiten elektrischen Antriebsmotor durch Verringerung oder Erhöhung des Antriebsmomentes erzeugt wird. Bei dauerhaften Leistungsstörungen wird das kompensierende Moment vorteilhafterweise ebenfalls dauerhaft aufgebracht. Zweckmäßigerweise wird die Dauer des kompensierenden Moments an die Dauer der Leistungsstörung angepasst.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung bleibt während der Dauer der Abweichung des Antriebsmoments vom Sollmoment die Funktionalität eines oder mehrerer Fahrerassistenzsysteme aufrechterhalten. Hierdurch soll vermieden werden, dass die Funktionalität eines Fahrdynamikregelungssystems bei einem erkannten Fehler im Fahrzeug bzw. dem elektrischen Antriebsmotor eingeschränkt wird. Sobald ein derartiger Fehler im elektrischen Antriebsmotor bzw. einer Komponente zur Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors erkannt wird, kann es vorteilhaft sein, eine Degradation bzw. Einschränkung der Funktionalität des Fahrdynamikregelungssystems zumindest für die Dauer der Leistungsstörung des elektrischen Antriebsmotors zu verhindern oder nur eine geringfügige Einschränkung zuzulassen, um zu gewährleisten, dass die ungewünschte Störgierbewegung durch das Fahrdynamikregelungssystem ausgeregelt werden kann. Zudem ist durch das Aufrechterhalten der Funktionalität gewährleistet, dass die Maßnahmen, welche zur Erzeugung des kompensierenden Momentes ergriffen werden, nicht ihrerseits zu einem unerwünschten Fahrzustand im Fahrzeug führen.
  • Die Aufrechterhaltung der Funktionalität eines oder mehrerer Fahrerassistenzsysteme bzw. Fahrdynamikregelsysteme wird beispielsweise dadurch gewährleistet, dass während der Dauer der Abweichung des Antriebsmoments vom Sollmoment dem fehlerbehafteten elektrischen Antriebsmotor Plausibilitätsprüfungen für ein oder mehrere Fahrzeugräder, insbesondere für das Rad mit dem fehlerhaften elektrischen Antriebsmotor entweder ausgesetzt oder durch Aufweitung von Grenzwerten angepasst werden. Das Aussetzen oder Anpassen der Plausibilitätsprüfung kann gegebenenfalls zusätzlich auf die Geschwindigkeitsbereiche begrenzt werden, in denen das fehlerhafte Antriebsmoment verhältnismäßig hoch ist und einen Schwellen- bzw. Grenzwert überschreitet. Des Weiteren ist es möglich, zusätzliche Sensorsignale, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs während des Fahrens wiedergeben, bei der Aufrechterhaltung der Funktionalität des Fahrerassistenzsystems bzw. Fahrdynamikregelungssystems zu berücksichtigen. Es können beispielsweise die Schwellen- bzw. Grenzwerte für die Plausibilitätsprüfung eines Gierratesignals aufgeweitet werden, um während der Dauer des fehlerhaft erzeugten Antriebsmoments eine Funktionalitätseinschränkung zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug durchgeführt.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Darstellung ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei radindividuellen elektrischen Antriebsmotoren an der Hinterachse,
  • 2 ein Kraftfahrzeug mit zwei radindividuellen elektrischen Antriebsmotoren an der Vorderachse,
  • 3 ein Kraftfahrzeug mit radindividuellen Antriebsmotoren an der Vorderachse und der Hinterachse,
  • 4 ein Blockschaltbild mit der Systemstruktur zur Erzeugung eines kompensierenden Momentes im Falle einer Abweichung des von einem elektrischen Antriebsmotor erzeugten Antriebsmoments von einem Sollmoment.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 bis 3 zeigen jeweils ein Kraftfahrzeug 1, dessen Vorwärtsrichtung mit dem Pfeil F gekennzeichnet ist. Es handelt sich bei dem Kraftfahrzeug 1 um ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug, wobei die Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 3 sich durch das Antriebskonzept unterscheiden.
  • Gemäß 1 sind zwei elektrische Antriebsmotoren 4, 5 an der Hinterachse 3 des Fahrzeugs 1 angeordnet, welche einen radindividuellen Antrieb ermöglichen. Die elektrischen Antriebsmotoren sind beispielsweise als Radnabenmotoren ausgeführt. Die Vorderachse 2 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ohne Antrieb. Gemäß 2 sind zwei elektrische Antriebsmotoren 6, 7 an der Vorderachse 2 angeordnet, die jeweils einem Rad an der Vorderachse zugeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 handelt es sich um ein Fahrzeug 1 mit insgesamt vier elektrischen Antriebsmotoren 4, 5, 6, 7, die den Fahrzeugrädern an der Hinterachse bzw. der Vorderachse zugeordnet sind.
  • Es handelt sich bei den in den 1 bis 3 dargestellten Kraftfahrzeugen 1 vorzugsweise um einen ausschließlich elektromotorischen Antrieb. Grundsätzlich möglich sind aber auch Hybridantriebe, bei denen zusätzlich zu den dargestellten elektrischen Antriebsmotoren auch eine weitere Antriebsquelle, insbesondere eine Brennkraftmaschine kommt, was einen ausschließlichen Antrieb über die zusätzliche Antriebsquelle bzw. einen gemischten Betrieb mit einem Antrieb sowohl über die zusätzliche Antriebsquelle als auch über einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren ermöglicht.
  • Für den Fall, dass in einem der elektrischen Antriebsmotoren nicht das gewünschte Sollmoment erzeugt wird, sondern das tatsächlich erzeugte Antriebsmoment vom Sollmoment abweicht, beispielsweise aufgrund eines Fehlers bzw. Schadens im elektrischen Antriebsmotor, im Regel- bzw. Steuergerät oder der Leistungselektronik, werden Gegenmaßnahmen getroffen, um ein kompensierendes Moment zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, dass aufgrund der Abweichung in dem defekten elektrischen Antriebsmotor kein resultierendes Giermoment um die Fahrzeughochachse erzeugt wird, das ein Störmoment darstellen würde.
  • In den 1 bis 3 ist jeweils mit Pfeilen 8 bzw. 9 an verschiedenen Fahrzeugrädern ein abweichendes Moment (durchgezogener Pfeil 8) an einem Antriebsmotor und ein kompensierendes Moment (gestrichelter Pfeil 9) an einem weiteren Antriebsmotor eingetragen. Das abweichende Moment an dem betreffenden Fahrzeugrad wird vom jeweils zugeordneten elektrischen Antriebsmotor erzeugt, der mit einem Fehler behaftet ist. Die Abweichung im Moment gemäß Pfeil 8 ist insbesondere eine Reduzierung gegenüber dem Sollmoment, wobei grundsätzlich auch ein erhöhtes Moment in Betracht kommt.
  • 1 wird über den elektrischen Antriebsmotor 4 am linken Hinterrad ein Ist-Moment 8 erzeugt, welches vom Sollmoment abweicht. Um ein hierdurch entstehendes Giermoment um die Fahrzeughochachse auszugleichen, wird ein kompensierendes Moment 9 am rechten Hinterrad erzeugt, welches gleichgerichtet ist wie das abweichende Ist-Moment 8 am linken Hinterrad. Dies bedeutet, dass die Änderung des wirksamen Momentes am rechten Hinterrad in gleicher Weise ausgeführt wird wie die Änderung am linken Hinterrad. Insgesamt wird auf diese Weise ein störendes Giermoment verhindert, zugleich wird der Vortrieb des Fahrzeugs geändert.
  • Eine entsprechende Ausführung ist in 2 dargestellt, gemäß der am linken Vorderrad ein vom Sollmoment abweichendes Ist-Moment 8 anliegt, zu dessen Kompensation am rechten Vorderrad ein entsprechendes Moment 9 aufgebracht wird, das gleichgerichtet und gleich hoch ist wie das Ist-Moment 8. Auch in diesem Fall wird die Entstehung von Stör-Giermomenten verhindert, jedoch der Vortrieb des Fahrzeuges geändert.
  • In 3 liegt beispielhaft am linken Hinterrad ein vom Sollmoment abweichendes Ist-Moment 8 an, das über ein entgegengesetzt gerichtetes kompensierendes Moment 9 am linken Vorderrad ausgeglichen wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass zum einen störende Giermomente verhindert werden und zum andern der Vortrieb des Fahrzeugs nicht geändert wird.
  • Die Kompensation bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Möglich ist die Erzeugung eines kompensierenden Momentes über eine Einstellung eines weiteren elektrischen Antriebsmotors, also bei 1 über den Antriebsmotor 5, bei 2 über den Antriebsmotor 7 und bei 3 über den Antriebsmotor 6. Zusätzlich oder alternativ ist aber auch ein Eingriff über ein sonstiges einstellbares Fahrzeugaggregat möglich, beispielsweise über ein Fahrdynamikregelsystem bzw. ein Fahrerassistenzsystem. Hierbei kommen Bremseingriffe über die Fahrzeugbremsanlage in Betracht, das Erzeugen eines kompensierenden Lenkwinkels in einem aktiven Lenksystem oder, bei Hybridfahrzeugen, eine Einstellung über das Motormoment des zusätzlichen Antriebsaggregates.
  • In 4 ist in vereinfachter Weise ein Blockschaltdiagramm zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Der Block 10 symbolisiert das Antriebssystem, dem eine Fehlererkennung 11 zugeordnet ist. Sobald im Antriebssystem – in einem oder in mehreren der elektrischen Antriebsmotoren – ein Fehler über die Fehlererkennung 11 festgestellt wird, wird ein Auslösesignal zu einem Block 12 übermittelt, der ein Fahrzeugaggregat symbolisiert, bei dem es sich entweder um einen weiteren elektrischen Antriebsmotor im Fahrzeug handelt und/oder um ein sonstiges Fahrzeugaggregat wie zum Beispiel ein Fahrdynamikregelsystem bzw. ein Fahrerassistenzsystem. Grundsätzlich kommen alle Fahrzeugaggregate in Betracht, über die der Fahrzustand des Fahrzeugs bzw. die Fahrdynamik beeinflusst werden kann, also zum Beispiel ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder die Fahrzeugbremse, die im Rahmen eines Antiblockiersystems (ABS) ansteuerbar ist. Bei einem aktiven Lenksystem, welches mit einem Überlagerungslenkgetriebe zur Erzeugung eines Zusatzlenkwinkels ausgestattet ist, kann unabhängig von der Fahrervorgabe die Position der Radlenkwinkel beeinflusst werden, wodurch ebenfalls ein kompensierendes Moment erzeugt werden kann, das einem Stör-Giermoment entgegenwirkt. Über das aktive Lenksystem wird eine kompensierende Kraft in Fahrzeugquerrichtung erzeugt.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb eines mehrachsigen Fahrzeugs mit elektrischen Antriebsmotoren (4 bis 7) an jedem Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung des von einem elektrischen Antriebsmotor (4 bis 7) erzeugten Antriebsmoments von einem Sollmoment ein kompensierendes Moment (9) von einem einstellbaren Fahrzeugaggregat (12) erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Moment (9) über ein verändertes Antriebsmoment eines zweiten elektrischen Antriebsmotors erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment des zweiten elektrischen Antriebsmotors an der gleichen Fahrzeugachse (2, 3) verändert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment eines oder beider elektrischer Antriebsmotoren an einer zweiten Fahrzeugachse (2, 3) verändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Moment (9) über ein Fahrerassistenzsystem erzeugt wird, beispielsweise über ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Moment (9) über eine Änderung der Radbremsmomente erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Moment über eine Änderung eines Radlenkwinkels in einem aktiven Lenksystem des Fahrzeugs erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Moment (9) von der Zeitdauer der Abweichung des Antriebsmoments von dem Sollmoment abhängt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dauer der Abweichung des Antriebsmoments vom Sollmoment die Funktionalität eines Fahrerassistenzsystems aufrecht erhalten bleibt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dauer der Abweichung des Antriebsmoments vom Sollmoment Plausibilitätsprüfungen ausgesetzt und/oder Überwachungsschwellenwerte, beispielsweise für Raddrehzahlen oder für die Gierrate, aufgeweitet werden.
  11. Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  12. Fahrzeug mit elektrischen Antriebsmotoren (4 bis 7) an jedem Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse (2, 3) und mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 10.
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