DE102016003628A1 - System und Verfahren zur Desensibilisierung der Antriebs- und Bremsschlupfregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb - Google Patents

System und Verfahren zur Desensibilisierung der Antriebs- und Bremsschlupfregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb Download PDF

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Valentin Ivanov
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Phil Barber
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Schlupfregelung in einem Elektrofahrzeug mit Einzelradantrieb. Das entsprechende Regelungssystem ist mit den Funktionen der direkten Schlupfregelung erweitert, die die Brems- und Antriebseffizienz auch bei unebenen Fahrbahnverhältnissen verbessern. Die Räder (101–104) werden im vorgeschlagenen System durch die einzelnen Aktoren individuell geregelt. Im Bremsmodus wirken sowohl die Reibbremsen (117–120) und die Elektromotoren (109–112) als Aktoren. In einem Antriebsmodus arbeiten nur Elektromotoren (109–112) als Aktoren. Eine Schlupfregelungseinheit (204) definiert den gewünschten Radschlupf und generiert die Reaktionsdrehmomente, die den Radschlupf für jedes entsprechende Rad 101–104 regeln. Die Schlupfregelungseinheit (204) umfasst eine Desensibilisierungseinheit (206), die die Unebenheit der Fahrbahnoberfläche erkennt und einen Korrekturkoeffizienten Kdesens_i für die Berechnung der Reaktionsdrehmomente einsetzt, um die erforderliche Bremsleistung und das Fahrverhalten im Brems- und Antriebsmodus gewährleisten zu können. Die Informationen von den Raddrehzahlsensoren (203) werden in der Desensibilisierungseinheit (206) für die Erkennung der Fahrbahnunebenheiten verwendet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von elektrischen Fahrzeugen und Verfahren und Vorrichtungen zur individuellen Regelung der Raddrehmomente im Antriebs- und Bremsmodus und des Radschlupfs bei der Fahrt auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche.
  • Die meisten der bekannten Lösungen für die Schlupfregelung in Antiblockiersystemen (ABS) und Antriebsschlupfregelungssystemen (ASR) sind für den Betrieb auf ebenen Fahrbahnoberflächen ausgelegt. Schwierigkeiten bei der Schlupfregelung können jedoch während der Fahrt auf unebener Fahrbahn auftreten. Eine entsprechende Korrektur der Kontrollstrategien im ABS oder ASR sollte dann durchgeführt werden, um die erforderliche Brems- und Antriebsleistung unabhängig von den Straßenbedingungen zu erreichen. Durch die Erkennung von unebenen Straßenverhältnissen kann eine entsprechende Regelung im Bremsmodus den Bremsweg deutlich verringern und die Fahrzeugsicherheit verbessern. Im Antriebsmodus auf unebener Fahrbahn kann die angepasste Antriebsschlupfregelung die erforderliche Fahrbarkeit gewährleisten. Die Analyse der relevanten Patentschriften zeigt auf eine Reihe von Methoden für die Erkennung von unebenen Fahrbahnoberflächen und die entsprechende Desensibilisierung der Regelvorgänge im Brems- und Antriebsmodus auf.
  • Im Patent US 5,522,652 ist das Fahrzeug mit einem ABS ausgestattet, welches die Radbeschleunigung bzw. -verzögerung regelt. Die Fahrt auf unebener Fahrbahn verursacht Schwingungen der Radverzögerung. Das System erfasst und speichert die Spitzenwerte der Radverzögerung. Mit Hilfe dieser Informationen entscheidet der Regelalgorithmus über die Fahrbahnverhältnisse. Wird die Fahrbahn als uneben erkannt, wird die ABS-Aktivierung gesperrt. Dies wird durch die Verschiebung der radverzögerungsbezogenen ABS-Regelschwellen erreicht. Solange die Radverzögerung keine verschobenen Regelschwellen überschreitet, wird das ABS nicht aktiviert.
  • Der aus dem Patent US 5,627,755 bekannte Ansatz betrifft ein ABS mit Schlupfregelung. Die Raddrehzahlsensoren werden im ABS verwendet, um die Radbeschleunigung oder -verzögerung abzuleiten. Die Spitzenwerte der Radverzögerung werden für die Berechnung eines Korrekturfaktors gespeichert, der weiter für eine Desensibilisierung der Schlupfregelung verwendet wird. Um eine falsche Aktivierung des ABS zu verhindern, werden die Schlupfregelschwellen unter Berücksichtigung des Desensibilisierungsfaktors verschoben. Das ABS wird auf unebener Fahrbahn nicht aktiviert, bis der aktuelle Radschlupf eine modifizierte Regelschwelle erreicht.
  • Das Patent US 6,952,637 schlägt einen Fahrbahnunebenheitsgrad-Index als Index für die Klassifizierung der Straßenoberflächen vor. Der entsprechende Parameter wird für die Verbesserung der ABS-, der ASR- und der Gierstabilitäts-Regelfunktionen durch eine Modifizierung der Aktivierungsschwellen und Regelziele verwendet. Um den Fahrbahnunebenheitsgrad-Index abzuleiten, ist das Signal des Federwegs in der Radaufhängung grundsätzlich erforderlich. Das Signal wird unter Berücksichtigung der typischen Sprungfrequenz von 10 Hz gefiltert und der Filterdurchlassbereich ist auf 10...15 Hz eingestellt. Der Fahrbahnunebenheitsgrad-Index wird durch einen Spitzenwertdetektor berechnet. Die Schlupfreferenzwerte im ASR und ABS werden dann unter Berücksichtigung vom Fahrbahnunebenheitsgrad-Index aktualisiert, um die erforderliche Leistung im Brems- oder Antriebsmodus zu erzielen.
  • Das Patent US 7,591,170 beschreibt die Prinzipien für die Erfassung der Fahrbahnunebenheit im Fall eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Durch die Verwendung des Kurbelwellenpositionssignals werden die normierten Abtastwerte mit einem bestimmten Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob unebene Fahrbahnbedingungen auftreten. Ein Filter wird verwendet, um die Signalkomponenten zu entfernen, die außerhalb der zur unebenen Fahrbahn entsprechenden Frequenz liegen. Die Angabe der unebenen Fahrbahnbedingungen wird verwendet, um ein Motorfehlzündungserfassungssystem abzuschalten.
  • das Patent US 7,739,019 beschreibt eine Vorrichtung zum Detektieren der unebenen Fahrbahnoberfläche mit einem Vertikal-Beschleunigungssensor. Für die unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten werden bestimmte Schwellen der Vertikalbeschleunigung definiert. Die Erreichung eines Schwellenwerts der Vertikalbeschleunigung wird als Indikator für unebene Straßenverhältnisse genutzt. Die Angabe der unebenen Fahrbahn wird dann in einem schwingungsempfindlichen System wie z. B. einem kontinuierlich variablen Getriebe (CVT), einem automatischen Getriebe, in Gaspedal-Positionssensoren oder in Motordrehzahl-Sensoren verwendet. Speziell ist im Patent US 7,739,019 das CVT mit der Spannung auf einem Riemen als Betriebsparameter dargestellt. Der Spanndruck wird auf dem CVT-Riemen erhöht, wenn das Signal vom Grenzwertvergleichsmodul übermittelt ist.
  • Die Patentanmeldung US 2009/0132120 A1 beschreibt eine harmonische Analyse-Methode, die Informationen von den Radgeschwindigkeitssensoren verwendet, um die unebenen Fahrbahnbedingungen zu detektieren. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren können die unebenen Fahrbahnbedingungen durch Amplitude, Phase und/oder spektrale Energie der bestimmten Harmonischen identifiziert werden. Insbesondere wird die Amplitude der vorgegebenen Frequenz mit einem vorbestimmten Amplitudenbereich in einem vorgegebenen Frequenzbereich verglichen, um die unebenen Fahrbahnbedingungen zu erfassen.
  • Das Patentdokument US 2013/080014 A1 stellt eine Methode zur Unterscheidung des Fahrbetriebs zwischen einer Straßen- und einer Geländefahrt vor. Die Erfassung der Fahrbahnbedingungen wird mit Hilfe eines Sensorsystems realisiert (das Messprinzip wurde im Dokument jedoch nicht detailliert beschreiben). Optional kann der Geländefahrmodus von einem Bediener oder Fahrer des Fahrzeugs durch eine mit der Bremssteuereinheit verbundene Eingabevorrichtung manuell aktiviert werden. Im Geländemodus bleibt die Bremsschlupfregelung auf der Hinterachse des Fahrzeugs aktiv bis zum Zustand, dass der Bremsschlupf auf mindestens einem Rad der Vorderachse gleich oder kleiner als eine festgelegte Bremsschlupfgrenze ist.
  • Reduzierte Schlupfschwellen im Gelände-Fahrmodus werden in dem aus der Patentanmeldung US 2005/140207 A1 bekannten System verwendet. Die Schlupfregelung wird hierbei individuell für jedes Rad durchgeführt. Der Gelände-Fahrmodus wird automatisch deaktiviert, wenn eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht ist. Unter Gelände-Bedingungen arbeitet das ABS im Normalbetrieb mit Fahrzeuggeschwindigkeiten über 40 km/h und wechselt zu einem Tiefzyklus-Modus innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs von 40 bis 15 km/h. Der Sperrmodus wird aktiviert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich von 15 bis 0 km/h ist. Das vorgestellte Verfahren der Desensibilisierung ist charakterisiert durch einen stufenlosen Übergang zwischen dem normalen ABS-Betrieb und dem Tiefzyklus-Modus. Der Tiefzyklus-Modus ist gekennzeichnet durch längere Bremsdruckaufbauphasen mit einer erhöhten Schlupfschwelle und das Druckhalten für eine zusätzliche Zeit von etwa 200 ms beim Erreichen der Radblockierung.
  • Das Patent US 5,952,564 beschreibt die Bremsung auf einer unebenen Fahrbahn sowie das Auftreten von Bremsrubbeln. Die Erfassung einer unebenen Straßenoberfläche oder von durch Bremsrubbeln auftretender Schwingungen wird mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Insbesondere werden die Perioden der Radschwingungen, der korrigierten Beschleunigung, der Drehmomentschwingungen sowie die Phasenmessungen und/oder das Amplitudenverhältnis zwischen Radbeschleunigung und Drehmoment analysiert und mit bestimmten Schwellenwerten verglichen. Diese Informationen werden zum Umschalten zwischen den ABS-Betriebsmodi verwendet. Insbesondere reduziert das ABS den Bremshydraulikdruck im für unebene Fahrbahnen vorgesehenen Modus oder erhöht wahlweise den Bremshydraulikdruck an zumindest einem der Antriebsräder.
  • Aus dem Stand der Technik sind lediglich Lösungen bekannt, mit denen die robuste ABS-Regelung auf unebener Fahrbahnoberfläche für ein Elektrofahrzeug realisiert werden kann, wobei jeweils der eigentliche Regelalgorithmus nicht vollständig offenbart wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die aufgezeigten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein System und ein dazugehöriges Verfahren zur Desensibilisierung der Antriebs- und Bremsschlupfregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb bereitzustellen, mit denen die erforderliche Brems- und Antriebsleistung unabhängig von den Straßenbedingungen realisiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und fünften Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt:
  • 1 – den prinzipiellen Aufbau eines Antriebs- und Bremssystems eines Elektrofahrzeuges mit Einzelradantrieb
  • 2 – ein Blockdiagramm der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs
  • 3 – ein Blockdiagramm der Desensibilisierungseinheit
  • 4 – ein Beispiel der Bearbeitung eines Radbeschleunigungssignals zum Ermitteln des Unebenheits-Index im Desensibilisierungsalgorithmus
  • 5 – ein Beispiel des Unebenheits-Index und der Regelschwellen zum Ermitteln einer unebenen Fahrbahn im Desensibilisierungsalgorithmus
  • In 1 ist der erfindungsgemäße prinzipielle Aufbau eines Antriebs- und Bremssystems mit einem elektrischen Bremssystem und einem Reibungsbremssystem für ein Elektrofahrzeug mit Einzelradantrieb dargestellt. Es umfasst insbesondere eine Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) mit der Desensibilisierungsfunktion für die normale und unebene Fahrbahn. Die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) realisiert die Funktionen der Ermittlung der Bedarfsmomente an den Rädern (101 bis 104) und der entsprechenden Schlupfregelung.
  • Jedes anzutreibende Rad (101–104) ist mit einem der Elektromotoren (109–112) über Antriebsstrangelemente (113–116) verbunden. Das System umfasst weiterhin für jedes Rad eine Reibungsbremse (117 bis 120), die jeweils ein Reibbremsmoment am betreffenden Rad (101 bis 104) erzeugt. Die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) realisiert im Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung die Funktion der Antriebsregelung und sendet an jeden Elektromotor (109 bis 112) Signale zur Erzeugung eines Antriebsmomentes an den jeweiligen Rädern (101 bis 104). Im Bremsmodus der Fahrzeugbewegung realisiert die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) die Funktion der Bremsregelung und sendet jedem Elektromotor (109 bis 112) Signale zur Erzeugung eines kombinierten Bremsmomentes an den jeweiligen Rädern (101 bis 104).
  • Im Bremsmodus arbeiten die Elektromotoren (109 bis 112) als Generatoren, die die Speichereinheit (131) während der Erzeugung eines Bremsmomentes an einem der Räder (101 bis 104) mit regenerativer elektrischer Energie versorgen. Eine Motorsteuereinheit (123) und eine Bremssteuereinheit (124) definieren die erforderlichen Bedarfsmomente Tem_dem_i und Tfric_dem_i, die durch die entsprechenden Elektromotoren (109 bis 112) und die Reibungsbremsen (117 bis 120) realisiert werden.
  • Die Elektromotoren (109 bis 112) sind mit der Speichereinheit (131) elektrisch verbunden. In Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Fahrzeugs (Antrieb oder Bremsung) wird die elektrische Leistung entweder von der Speichereinheit (131) zu den Elektromotoren (109 bis 112) oder von den Elektromotoren (109–112) zur Speichereinheit (131) entsprechend übertragen. Der Speichersensor (121) detektiert den Ladezustand der Speichereinheit (131). Dabei sind die detektierten Parameter der Lade- und Entladestrom, die Temperatur der Speichereinheit, die Spannung und andere verfügbare Speicherdaten. Die Informationen vom Speichersensor (121) werden von der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) als Restladung der Speichereinheit (131) verarbeitet und für die Begrenzung der Bedarfsmomente Tem_dem_i der Elektromotoren (109 bis 112) verwendet.
  • Auf jedem Rad (101 bis 104) sind Sensoren zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Räder (105 bis 108) montiert. Jeder Sensor (105 bis 108) generiert für die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) jeweils ein Signal der Drehgeschwindigkeit des entsprechenden Rades (101 bis 104). Die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) verwendet diese Informationen für die Begrenzung der Bedarfsmomente Tem_dem_i der Elektromotoren (109 bis 112), für die Prozedur der Fahrzustandsschätzung und für die Definition der Desensibilisierungsfunktionen der Schlupfregelung.
  • Die Sensoren (129 und 127) zum Erfassen der Position des Fahr- oder Bremspedals (130 und 128) messen die Position des Fahr- oder Bremspedals (130 und 128) des Fahrzeugs und erstellen für die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) jeweils ein Signal entsprechend dem tatsächlichen Fahr- oder Bremspedalweg.
  • Der Beschleunigungssensor (126) generiert für die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) ein Signal der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (122) in Fahrtrichtung der Fahrzeugbewegung. Die Information über die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus wird in der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) für die Fahrzustandsschätzung verwendet.
  • Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 der Aufbau der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) und das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlupfregelung beschrieben.
  • 2 zeigt das Blockdiagramm der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125), die die Funktionen der Generierung der Bedarfsmomente im Antriebs- und Bremsmodus, der Schlupfregelung mit der Desensibilisierung, der Fahrzustandsschätzung, der Signalführung und der Verteilung der Regelungsaktionen realisiert.
  • Im Bremsmodus der Fahrzeugbewegung wird in der Einheit zum Erzeugen der Bremsmomente (214) detektiert, wenn der Fahrer das Bremspedal (128) betätigt. In diesem Fall überträgt der Bremspedalsensor (127) die Information über den Bremspedalweg. In Abhängigkeit vom Bremspedalweg und einer Reihe von Regeln berechnet die Einheit zum Erzeugen der Bremsmomente (214) ein Gesamtbremsbedarfsmoment Tbrk_dem: Tbrk_dem = f1(sbrk) (Gleichung 1)
  • Das Gesamtbremsbedarfsmoment wird in Abhängigkeit vom Produkt der vorgegebenen Fahrzeugmasse ma und der Erdbeschleunigung g wie folgt ermittelt:
    Figure DE102016003628A1_0002
  • Im Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung wird in der Einheit zum Erzeugen der Antriebsmomente (205) detektiert, wenn der Fahrer das Fahrpedal (130) betätigt. In diesem Fall überträgt der Fahrpedalsensor (129) die Information über den Fahrpedalweg. In Abhängigkeit vom Fahrpedalweg und einer Reihe von Regeln berechnet die Einheit zum Erzeugen der Antriebsmomente (205) ein Gesamtantriebsbedarfsmoment Tdrv_dem: Tdrv_dem = f2(sdrv) (Gleichung 3)
  • Das Gesamtantriebsbedarfsmoment wird in Abhängigkeit vom Produkt der vorgegebenen Fahrzeugmasse ma und der Erdbeschleunigung g wie folgt ermittelt:
    Figure DE102016003628A1_0003
  • Die Signale der Gesamtbrems- und Gesamtantriebsbedarfsmomente Tbrk_dem und Tdrv_dem werden zum Moduswähler (210) geliefert, der daraus ein Gesamtbedarfsmoment Ttot_dem generiert, wobei das Gesamtbedarfsmoment mit einer Priorität für die Bremsregelung definiert wird, wenn sowohl das Fahr- als auch Bremspedal zufällig gleichzeitig vom Fahrer betätigt werden:
    Figure DE102016003628A1_0004
  • Das Gesamtbedarfsmoment Ttot_dem wird nach dem Moduswähler (210) in der Einheit zur Momentverteilung (211) bearbeitet, die das Gesamtbedarfsmoment Ttot_dem zwischen den Rädern (101 bis 104) verteilt und die zugeteilten Momente Tallc_i generiert. Die Momentbegrenzungen Tlim_i, die durch die Speichereinheit (131) und die Elektromotoren (109 bis 112) bedingt sind, werden in der Einheit zum Energiemanagement (213) definiert und weiterhin in der Einheit zur Momentverteilung (211) verwendet.
  • Die Schlupfregelungseinheit (204) realisiert in der Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs (125) die ASR- und ABS-Funktionen durch eine individuelle Schlupfregelung für jedes Rad (101 bis 104). Die Schlupfregelungseinheit (204) umfasst eine Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes sref_i (209), die den gewünschten Schlupfwert sref_i, für jedes Rad (101 bis 104) bei gegebenen Fahrbahnbedingungen berechnet. Dafür wird der geschätzte Kraftschlussbeiwert μx_i zwischen dem Rad und der Fahrbahn in Fahrtrichtung sowie der geschätzte Wert der Normalkraft Fz_i auf das Rad verwendet. Die Desensibilisierungseinheit (206) identifiziert eine unebene Fahrbahn und desensibilisiert die Regelung in der Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes (208), um die gewünschte Brems- oder Antriebseffizienz zu erreichen. Das Reaktionsmoment Treact_i wird durch den Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i wie folgend desensibilisiert: Tdesens_i = Treact_iKdesens_i, where Kdesens_i ∊ [0; 1] (Gleichung 6)
  • Das resultierende desensibiliserte Reaktionsmoment Tdesens_i wird zu den auf die jeweiligen Räder zugeteilten Momenten Tallc_i unter Berücksichtigung der Vorzeichen addiert. Das Resultat Tdem_i wird weiter in der Einheit zum Bremsblending (212) bearbeitet. Die Einheit zum Bremsblending (212) verwendet eine Reihe von Regeln und das begrenzte Moment Tlim_i von der Einheit zum Energiemanagement (213), um die jeweiligen Bedarfsmomente Tem_dem_i und Tfric_dem_i für die Motorsteuereinheit (123) und die Bremssteuereinheit (124) zu generieren.
  • Der geschätzte Kraftschlussbeiwert μx_i, zwischen einem Rad und der Fahrbahn in Fahrtrichtung, der geschätzte Wert der Normalkraft Fz_i auf ein Rad sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit Vx werden mit einem indirekten Schätzungsverfahren im Fahrzustandsschätzer (207) abgeleitet. Dafür werden die Stromstärke iact_i der Elektromotoren des Antriebsstrangs (201), der aktuelle Bremsdruck Pact_i in den Radbremsen des Reibungsbremssystems (202), die Radgeschwindigkeiten ωwhl_i von den Sensoren (105 bis 108) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Räder sowie die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus ax_act vom Beschleunigungssensor (126) verwendet.
  • Die Einheit zum Energiemanagement (213) verwendet die Signale von den Sensoren (105 bis 108) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Räder und der Speichereinheit (131). Das Ausgangsbegrenzungsmoment Tlim_i definiert das Moment, das durch die Elektromotoren (109–112) eventuell realisiert werden kann.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm der Desensibilisierungseinheit (206), mit der Unebenheiten der Fahrbahn ermittelt und ein Korrekturfaktors Kdesens_i generiert wird, der für die Desensibilisierung der Regelung in der Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes (208) verwendet wird.
  • Die Desensibilisierungseinheit (206) bekommt die Signale der Radgeschwindigkeiten ωwhl_i von den Sensoren (105–108) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Räder. Der Block (301) berechnet die Radbeschleunigungen durch die Ableitung der Signale der Radgeschwindigkeiten ωwhl_i. Das Signal der Radbeschleunigungen wird direkt zum Generator des Unebenheits-Index (303) Über einen Filter (302) gesendet. Der Durchlassbereich des Filters (302) wird unter Berücksichtigung von der Betriebsfrequenz der Schlupfregelung und der typischen Fahrbahnunebenheiten festgelegt und kann in den meisten Fällen zwischen 15 und 20 Hz variiert werden.
  • Der Generator des Unebenheits-Index (303) verwendet eine Reihe von Regeln und berechnet die Variable Ir_i, die die Fahrbahnunebenheit für jedes Rad (101–104) kennzeichnet. Mit Hilfe des Unebenheits-Indexes Ir_i entscheidet der Klassifikator der Fahrbahnoberfläche (304) über den Fahrbahntyp und generiert den Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i. Der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i und das Reaktionsmoment Treact_i wird gemäß der Gleichung 6 für die Berechnung des desensibilisierten Reaktionsmomentes Tdesens_i verwendet.
  • In 4 ist die Berechnung des Unebenheit-Index im Desensibilisierungsalgorithmus dargestellt. Die unteren (404) und oberen (403) Totband-Schwellen werden zum gefilterten Signal der Radbeschleunigung (402) zugegeben. Es wird weiter geprüft, in welchem Bereich das ungefilterte Radbeschleunigungssignal (401) liegt. Liegt das ungefilterte Signal (401) außerhalb des Totband-Bereiches (405) zwischen den Schwellen (404) und (403), wird der Unebenheit-Index inkrementiert. Der Unebenheit-Index wird dekrementiert, wenn er sich im Totband-Bereich 405 befindet. Das Inkrement Iins und das Dekrement Idec sowie die unteren tlow und oberen tup Schwellen sind im Controller vorgegeben. Der Unebenheits-Index Ir_i kann dann wie folgt berechnet werden:
    Figure DE102016003628A1_0005
  • Zusätzliche Regeln und Bedingungen können für das Inkrement Iins und das Dekrement Idec verwendet werden. Zum Beispiel kann der Unebenheits-Index Ir_i nur dann inkrementiert werden, wenn die ungefilterte Radbeschleunigung (401) einen Übergang von der unteren (404) zur oberen (403) Schwelle des Totband-Bereichs (405) erfolgt.
  • Der Unebenheits-Ausgangsindex wird durch die untere Ilow und obere Iup Sättigungsgrenzen ermittelt:
    Figure DE102016003628A1_0006
  • 5 zeigt ein Beispiel für einen Unebenheits-Index Ir_i und der Regelschwellen zum Ermitteln einer unebenen Fahrbahn im Desensibilisierungsalgorithmus.
  • Der Unebenheit-Index Ir_i (505) variiert zwischen den unteren (504) und oberen (503) Sättigungsgrenzen. Dabei können verschiedene Verfahren für die Bestimmung des Desensibilisierungsfaktors verwendet werden. Im einfachsten Fall hat der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i zwei Zustände, die einer ebenen und unebenen Fahrbahnoberfläche entsprechen. Ist der Unebenheits-Index Ir_i unter der Schwelle (505), ist die Desensibilisierung inaktiv und der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i ist gleich 1. Erreicht der Unebenheit-Index Ir_i die Schwelle (505), wird der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i gleich einem vorgegebenen Wert Kdesens_act im Controller. Sobald die Schwelle (505) einer Variable thdesens im Controller entspricht, kann das Regelgesetz wie folgt definiert sein:
    Figure DE102016003628A1_0007
  • Wahlweise kann der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i als eine Funktion des Unebenheits-Index Ir_i berechnet werden: Kdesens_i = ζ(Ir_i) (Gleichung 10)
  • Dieses Desensibilisierungsverfahren wird mit mehreren glatten Transienten des Reaktionsmoments bei einer unebenen Fahrbahn gekennzeichnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 101–104
    Rad
    105–108
    Sensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Räder
    109–112
    Elektromotoren
    113–116
    Antriebsstrangelemente
    117–120
    Reibungsbremsen
    121
    Sensor zur Erfassung des Zustandes der Speichereinheit
    122
    Fahrzeugaufbau
    123
    Motorsteuereinheit
    124
    Bremssteuereinheit
    125
    Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfs
    126
    Sensor zum Erfassen der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus
    127
    Sensor zum Erfassen der Position des Bremspedals
    128
    Bremspedal
    129
    Sensor zum Erfassen der Position des Fahrpedals
    130
    Fahrpedal
    131
    Speichereinheit
    201
    Stromstärke iact_i der Elektromotoren der Antriebsstränge
    202
    pact_i
    203
    Rad-Drehgeschwindigkeit ωwhl_i
    204
    Einheit zur Regelung des Schlupfes
    205
    Einheit zur Erzeugung der Antriebsmomente
    206
    Desensibilisierungseinheit
    207
    Fahrzustandsschätzer
    208
    Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes
    209
    Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes
    210
    Moduswähler
    211
    Einheit zur Momentverteilung
    212
    Einheit zum Bremsblending
    213
    Einheit zum Energiemanagement
    214
    Einheit zum Erzeugen der Bremsmomente
    301
    Block zur Berechnung der Radbeschleunigungen
    302
    Filter
    303
    Generator des Unebenheits-Index
    304
    Klassifikator der Fahrbahnoberfläche
    401
    ungefiltertes Signal der Radbeschleunigung
    402
    gefiltertes Signal der Radbeschleunigung
    403
    obere Totbandschwelle
    404
    untere Totbandschwelle
    405
    Totbandbereich
    501
    ??
    502
    ??
    503
    obere Sättigungsgrenze des Unebenheits-Indexes Ir_i
    504
    untere Sättigungsgrenze des Unebenheits-Indexes Ir_i
    505
    Unebenheit-Index Ir_i
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 2013/080014 A1 [0009]
    • US 5952564 [0011]

Claims (8)

  1. System zur Desensibilisierung der Antriebs- und Bremsschlupfregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb umfassend: • eine Speichereinheit (131) zum Be- oder Entladen mit elektrischer Energie, • für jedes anzutreibende Rad (101–104) jeweils einen Elektromotor (109–112) zur Erzeugung eines elektrischen Antriebs- oder Bremsmomentes sowie eine Reibungsbremse (117–120) zur Erzeugung eines Reibbremsmomentes, • Sensoreinheiten zum Erfassen des Zustandes der Speichereinheit (121), der Position eines Bremspedals (127), der Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Räder (105–108) sowie der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (126) in Fahrtrichtung und • eine Bremssteuereinheit (124) zum Ermitteln des Reibbremsmomentes und des elektrischen Bremsmoments auf das jeweilige Rad (101–104) dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfes (125) für jedes einzelne Rad (101–104) aufweist, mit der: • die Generierung von Bedarfsmomenten im Antriebs- und Bremsmodus, • die Desensibilisierung der Schlupfregelung unter Berücksichtigung von Fahrbahnunebenheiten, • die Fahrzustandsschätzung, • die Signalführung und • die Verteilung der Regelungsaktionen realisierbar sind.
  2. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Regeln des Antriebs- und Bremsschlupfes (125) eine Einheit zur Ermittlung des Fahrzeugzustands (207), eine Einheit zum Energiemanagement (213), je eine Einheit zum Erzeugen von Antriebs- und Bremsmomenten (205), (214), eine Einheit zur Auswahl des Betriebsmodus (210), eine Einheit zur Regelung des Schlupfes (204), eine Einheit zur Momentverteilung (211) und eine Einheit zur Erzeugung eines kombinierten Bremsmomentes (212) aufweist.
  3. System nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Regelung des Schlupfes (204) eine Einheit zur Generierung eines Referenzschlupfes (209), eine Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes (208) und eine Einheit zur Desensibilisierung (206) aufweist.
  4. System nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Desensibilisierung (206) eine Einheit zur Klassifizierung der Fahrbahnoberfläche (304) und eine Einheit zur Generierung eines Unebenheits-Indexes Ir_i (303) umfasst.
  5. Verfahren zur Desensibilisierung der Antriebs- und Bremsschlupfregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Schritte: • Erfassung der Antriebs- und Brems-Bedarfsmomente Tdrv_dem und Tbrk_dem, die von den Elektromotoren (109–112) und den Reibungsbremsen (117–120) an jedem Rad (101–104) generiert werden sollen; • Ermittlung des Gesamtbedarfsmomentes Ttot_dem; • Aufteilung des Gesamtbedarfsmomentes Ttot_dem auf die einzelnen Räder (101–104); • Berechnung des Referenzschlupfes sref_i für jedes Rad (101–104) unter Berücksichtigung eines geschätzten Kraftschlussbeiwertes μx-i zwischen dem jeweiligen Rad und der Fahrbahn in Fahrbahnrichtung sowie einer geschätzten Normalkraft Fz-i auf das jeweilige Rad; • Ermittlung der aktuellen Radschlupfes sact_i für jedes Rad (101–104) aus der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus ax_act, dem aktuellen Bremsdruck Pact_i, der Stromstärke der Elektromotoren iact_i und den Radgeschwindigkeiten ωwhl_i; • Berechnung des Reaktionsmomentes Treact_i für jedes Rad aus dem Referenzschlupf sref_i, dem aktuellen Radschlupf sact_i und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx; • Berechnung des Desensibilisierungsfaktors Kdesens_i in Abhängigkeit von der Fahrbahnunebenheit; • Berechnung der desensibilisierten Reaktionsmomente Tdesens_i für jedes Rad (101–104) durch Multiplikation des jeweiligen Reaktionsmomentes Treact_i mit dem jeweiligen Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i; • Berechnung der Bedarfsmomente Tdem_i für jedes Rad (101–104) durch Addition des Reaktionsmomentes Treact_i und der aufgeteilten Bedarfsmomente Tallc_i, wobei die jeweiligen Vorzeichen berücksichtigt werden; und • Aufteilung der generierten Bedarfsmomente Tdem_i für jedes Rad (101–104) zwischen den Elektromotoren (109–112) und den Reibungsbremsen (117–120).
  6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer gleichzeitigen Betätigung des Fahr- und Bremspedals das Gesamtbedarfsmoment Ttot_dem mit einer Priorität für die Bremsregelung definiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i nach vordefinierten Regelgesetzen angepasst wird, wobei ein geschätzter Unebenheits-Index verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Desensibilisierungsfaktor Kdesens_i als eine Funktion des Unebenheits-Index Ir_i berechnet wird.
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