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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs, welches ein Getriebe mit mindestens einem Achsdifferential mindestens einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs, eine elektrische Maschine zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit zum Ansteuern der elektrischen Maschine, welche eine Momentensteuereinheit und eine Ansteuereinheit aufweist, umfasst. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeugs, welches ein Getriebe mit mindestens einem Achsdifferential mindestens einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs, eine elektrische Maschine zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit zum Ansteuern der elektrischen Maschine, welche eine Momentensteuereinheit und eine Ansteuereinheit aufweist, umfasst.
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Stand der Technik
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DE 10 2011 088 729 A1 bezieht sich auf eine Drehzahlfenster-basierte Regelstrategie für eine Elektromaschine. Es wird eine Motorsteuerung offenbart, die zum Steuern einer Elektromaschine, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs dient. Die Motorsteuerung umfasst einen Eingangsanschluss zum Eingeben einer für ein von der Elektromaschine zu liefern gewünschtes Drehmoment in der indikativen gewünschten Sollgrößen und zum Eingeben für eine mechanische Betriebsgrenze der Elektromaschinen indikativen Grenzgröße. Des Weiteren umfasst die Motorsteuerung einen Prozessor zum Ausgeben einer für ein von der Elektromaschine tatsächlich zu lieferndes Drehmoment indikativ in der tatsächlichen Sollgröße, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die tatsächliche Sollgröße basierend auf der gewünschten Sollgröße und der Grenzgröße zu bestimmen. Die Motorsteuerung ist als Umrichter ausgebildet zum Umrichten eines Gleichstroms in einem Betriebsstrom für die Elektromaschine, wobei der Betriebsstrom ein insbesondere dreiphasiger Wechselstrom ist und der Umrichter so gestaltet ist, dass dieser den Betriebsstrom basierend auf der tatsächlichen Sollgröße erzeugt.
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DE 10 2016 203 113 A1 bezieht sich auf ein Steuerungssystem zur Verteilung eines Antriebsmoments und ein Fahrzeug mit einem derartigen Steuerungssystem. Als Steuerungssystem dient der Verteilung eines Antriebsmoments zwischen einem linken und einem rechten Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs über ein Differentialgetriebe. Das Antriebsmoment wird über einem mit dem Differentialgetriebe gekoppelten Elektromotor bereitgestellt. Das bereitgestellte Antriebsmoment wird durch eine Drehzahlregung des Elektromotors und einen einstellbaren Bremseingriff an einem der Antriebsräder derart verteilt, dass bei jeweils unterschiedlichen am linken und rechten Antriebsrad wirkenden Reibwerten zu einem mit den Antriebsrädern in Kontakt stehenden Untergrund das jeweils verfügbare Antriebsmoment am Antriebsrad mit dem höheren Reibwert höher ist als an dem Antriebsrad, an dem der niedrigere Reibwert vorgelegt ist. So wird ein wirksames Vortriebsmoment weitestgehend über dasjenige der Antriebsräder übertragen, welches den höheren Reibwert aufweist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, welches ein derartiges Steuerungssystem umfasst. Das Steuerungssystem umfasst ein Steuergerät sowie Sensoren zur Erfassung der Raddrehzahlen, Radbremsen zum individuellen Abbremsen der Antriebsräder und/oder wenigstens eine Aktoreinheit zur einstellbaren Betätigung der den Antriebsrädern jeweils zugeordneten Radbremsen.
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Eine Vorrichtung zum Regeln eines Motors, insbesondere eines Fahrzeugmotors, ist aus der
EP 2 810 132 B1 bekannt.
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Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb und einem mit diesem verbundenen an einer angetriebenen Achse vorgesehenen Achsdifferential weisen eine sehr hohe Dynamik hinsichtlich der auftretenden Antriebsmomente auf. Dadurch kann es speziell bei inhomogenen Reibwertverhältnissen zu stark unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten zwischen dem linken und dem rechten Rad einer angetriebenen Achse kommen. Die daraus resultierende hohe Differenzgeschwindigkeit stellt eine starke mechanische Belastung des Achsdifferentials der angetriebenen Achse dar. Es kann zu Schädigungen des Achsdifferentials und resultierend daraus im schlimmsten Fall zu einem Totalausfall des Antriebsstrangs kommen. Der Fahrkomfort leidet ebenfalls aufgrund auftretender Geräusche und mit diesen einhergehender Vibrationen. Ein korrigierender Eingriff bekannter Radregelsysteme z. B. ESP-TCS, kommt nur nach Ablauf einer Zeitspanne d. h. verspätet zur Wirkung. Die Ursache dafür ist unter anderem in langen Signallaufzeiten, welche auch als Latenzen bezeichnet werden, zwischen den beteiligten Steuergeräten in der Work-Kette im Fahrzeug zu suchen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen. Das Antriebssystem umfasst dabei ein Getriebe mit mindestens einem Achsdifferential mindestens einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs, eine elektrische Maschine zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit zum Ansteuern der elektrischen Maschine. Die Invertereinheit weist dabei eine Momentensteuereinheit und eine Ansteuereinheit auf.
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Von der Momentensteuereinheit wird eine Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine erfasst. Von der Momentensteuereinheit wird aus der Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine und einer Solldrehzahl eine Regelabweichung berechnet. Von einem Regler der Momentensteuereinheit wird aus der Regelabweichung ein Korrekturmoment berechnet. Von der Momentensteuereinheit wird aus dem Korrekturmoment und einem Vorgabemoment ein Zielmoment berechnet. Von der Ansteuereinheit wird aus dem Zielmoment ein Zielstrom berechnet. Die elektrische Maschine wird von der Ansteuereinheit mit dem berechneten Zielstrom angesteuert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sorgt ein Regelkreis direkt in der Invertereinheit für eine unmittelbare schnelle unterlagerte Drehzahlregelung der elektrischen Maschine und unterstützt damit einen äußeren Regelkreis zur Regelung der Radgeschwindigkeiten. Damit werden zu hohe Raddrehzahlen beziehungsweise zu hohe Differenzdrehzahlen zwischen den einzelnen angetriebenen Rädern einer Antriebsachse bereits im Ansatz vermieden. Die unterlagerte Drehzahlregelung in der Invertereinheit wird unter bestimmten Bedingungen nun selbstständig aktiv. Aufgrund der dadurch geringeren Differenzdrehzahlen zwischen den angetriebenen Rädern wird das Achsdifferential in der von der elektrischen Maschine angetriebenen Achse mechanisch weniger stark belastet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Momentensteuereinheit eine Schutzeinheit auf. Dabei wird die Solldrehzahl von der Schutzeinheit berechnet.
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Die Solldrehzahl kann von der Schutzeinheit beispielsweise aus Drehzahlsignalen von allen Rädern des Elektrofahrzeugs berechnet werden, insbesondere durch Mittelwertbildung.
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Die Solldrehzahl kann von der Schutzeinheit aber auch ausschließlich aus Drehzahlsignalen von Rädern einer nicht-angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs berechnet werden, insbesondere durch Mittelwertbildung.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Solldrehzahl von einem separaten ESP-System (elektronisches Stabilitätsprogramm) berechnet und zu der Momentensteuereinheit der Invertereinheit übertragen. Dabei wird eine situationsbezogen passende Solldrehzahl von dem ESP-System an die Invertereinheit über eine entsprechende Datenschnittstelle übermittelt. Die schnelle unterlagerte Drehzahlregelung erfolgt innerhalb der Invertereinheit. Der zusätzliche Kommunikationsaufwand zwischen dem ESP-System und der Invertereinheit bleibt überschaubar gering.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird von einem separaten ESP-System ein Kontrollmodussignal erzeugt und zu der Momentensteuereinheit der Invertereinheit übertragen. Das Kontrollmodussignal signalisiert der Invertereinheit mögliche Fahrzustände des Elektrofahrzeugs, beispielsweise Freirollen, TCS-Eingriff (Traction Control System), ABS-Eingriff (Antiblockiersystem) oder DTC-Eingriff (Drag Torque Control).
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Vorgabemoment von einem separaten Fahrzeugsteuergerät (VCU, Vehicle Control Unit) berechnet und zu der Momentensteuereinheit der Invertereinheit übertragen.
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Es wird auch ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen. Das Antriebssystem umfasst dabei ein Getriebe mit mindestens einem Achsdifferential mindestens einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs, eine elektrische Maschine zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit zum Ansteuern der elektrischen Maschine. Die Invertereinheit weist eine Momentensteuereinheit und eine Ansteuereinheit auf.
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Die Momentensteuereinheit erfasst eine Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine. Die Momentensteuereinheit berechnet aus der Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine und einer Solldrehzahl eine Regelabweichung. Die Momentensteuereinheit weist einen Regler auf, der aus der Regelabweichung ein Korrekturmoment berechnet. Die Momentensteuereinheit berechnet aus dem Korrekturmoment und einem Vorgabemoment ein Zielmoment. Die Ansteuereinheit berechnet aus dem Zielmoment einen Zielstrom. Die Ansteuereinheit steuert die elektrische Maschine mit dem berechneten Zielstrom an.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Momentensteuereinheit eine Schutzeinheit auf. Dabei berechnet die Schutzeinheit die Solldrehzahl.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Antriebssystem ferner ein separates ESP-System (elektronisches Stabilitätsprogramm). Das ESP-System berechnet die Solldrehzahl und überträgt die Solldrehzahl zu der Momentensteuereinheit der Invertereinheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Antriebssystem ferner ein separates Fahrzeugsteuergerät (VCU, Vehicle Control Unit). Das Fahrzeugsteuergerät berechnet das Vorgabemoment und überträgt das Vorgabemoment zu der Momentensteuereinheit der Invertereinheit.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Regelkonzept dar, welches eine Kombination aus einer externer Drehzahlvorgabe und einer internen Drehzahlregelung in der Invertereinheit umfasst. Hierdurch wird dem Ansatz der langen Signallaufzeiten begegnet, die auch als Latenzen bezeichnet werden, welche insbesondere bei vorgegebener Architektur im Steuergeräteverbund aus ESP, VCU und Invertereinheit häufig Probleme bereitet. Bei bisherigen Lösungen wird bei durchdrehenden Rädern das Antriebsmoment der mindestens einen elektrischen Maschine über die klassische TCS-Regelung des ESP reduziert. Die alleinige Reduktion des Antriebsmoments durch die TCS-Funktion kommt jedoch aufgrund der Latenzen nur verspätet zur Wirkung, sodass stark durchdrehende Antriebsräder bei niedrigem Reibwert die Folge sein können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung treten durch die schnelle unterlagerte Drehzahlregelung direkt in der Invertereinheit keine nennenswerten Latenzen auf. Somit werden hohe Drehzahldifferenzen der Räder sowie ein Durchdrehen der Antriebsräder, insbesondere während einer Anfahrphase des Elektrofahrzeugs, weitgehend vermieden. Das erfindungsgemäße Regelkonzept dient also vorteilhaft zum Schutz eines Getriebes, insbesondere eines Achsdifferentials einer angetriebenen Achse eines Elektrofahrzeugs
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform und
- 3 ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt ein Antriebssystem 100 für ein Elektrofahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Antriebssystem 100 gemäß der ersten Ausführungsform kommt insbesondere in einem Elektrofahrzeug mit einer klassischen ESP-TCS-Architektur zum Einsatz. Das Antriebssystem 100 gemäß der ersten Ausführungsform eignet sich nur zum Einsatz in Elektrofahrzeugen mit Frontantrieb oder mit Heckantrieb.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ein hier nicht dargestelltes Getriebe mit einem Achsdifferential einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs. Das Antriebssystem 100 umfasst ferner eine elektrische Maschine 54 zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit 30 zum Ansteuern der elektrischen Maschine 54. Die Invertereinheit 30 weist eine Momentensteuereinheit 32 und eine Ansteuereinheit 52 auf. Die Invertereinheit 30 ist mit einer hier nicht dargestellten Batterie verbunden, welche eine Gleichspannung zur Verfügung stellt.
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Das Antriebssystem 100 umfasst auch ein ESP-System 14, das ein TCS-Modul 16 (Traction Control System) aufweist. Das ESP-System 14 weist ferner ein Raddrehzahlmodul 18 zur Erfassung eines Drehzahlsignals 20 eines vorderen linken Rades, eines Drehzahlsignals 22 eines vorderen rechten Rades, eines Drehzahlsignals 24 eines hinteren linken Rades und eines Drehzahlsignals 26 eines hinteren rechten Rades auf.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ferner ein Fahrzeugsteuergerät 10. Das ESP-System 14 ermittelt ein TCS-Sollmoment 28 und überträgt dieses an das Fahrzeugsteuergerät 10. Das Fahrzeugsteuergerät 10 weist ein Momentmodul 12, das beispielsweise aus einer Stellung eines Gaspedals des Elektrofahrzeugs und aus dem TCS-Sollmoment 28 ein Vorgabemoment 50 berechnet und an die Momentensteuereinheit 32 überträgt.
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Die Momentensteuereinheit 32 weist eine Schutzeinheit 34 auf, zu welcher die von dem Raddrehzahlmodul 18 erfassten Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 übertragen werden, und welche eine Solldrehzahl 62 der elektrische Maschine 54 berechnet. Vorliegend berechnet die Schutzeinheit 34 die Solldrehzahl 62 ausschließlich aus Drehzahlsignalen 20, 22, 24, 26 von Rädern einer nicht-angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs.
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Die Momentensteuereinheit 32 erfasst eine Ist-Drehzahl 40 der elektrischen Maschine 54. Die Ist-Drehzahl 40 und die Solldrehzahl 62 werden einem Subtraktionspunkt 36 zugeführt, von welchem eine Regelabweichung 46 als Differenz zwischen der Ist-Drehzahl 40 und der Solldrehzahl 62 berechnet wird.
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Die Momentensteuereinheit 32 weist einen Regler 42 auf, dem die Regelabweichung 46 zugeführt wird. Die Schutzeinheit 34 berechnet auch ein Modussignal 43 und überträgt dieses an den Regler 42. Der Regler 42 berechnet aus der Regelabweichung 46 und dem Modussignal 43 ein Korrekturmoment 44.
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Das Korrekturmoment 44 und das Vorgabemoment 50 werden einem Summationspunkt 48 zugeführt, von welchem ein Zielmoment 51 als Summe aus dem Korrekturmoment 44 und dem Vorgabemoment 50 berechnet wird. Die Ansteuereinheit 52 berechnet aus dem Zielmoment 51 einen Zielstrom 57 und steuert die elektrische Maschine 54 mit dem Zielstrom 57 an.
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Das TCS-Sollmoment 28 wird nach Koordination mit anderen Anforderungen in dem Fahrzeugsteuergerät 10 an die Invertereinheit 30 gesendet. Zusätzlich sind Schnittstellen zur Erfassung der Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 des Raddrehzahlmoduls 18 vorhanden. Die dynamische Schutzfunktion für das Achsdifferenzial erfolgt zumindest während der Latenzphase in der Invertereinheit 30 lediglich auf Basis der Ist-Drehzahl 40 und der Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26.
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Aus den Drehzahlsignalen 20, 22, 24, 26 der nicht angetriebenen Räder lassen sich die Radgeschwindigkeiten und daraus ein Schätzwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs ableiten. Diese kann im einfachsten Fall durch Mittelwertbildung mittels der Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 der beiden nicht angetriebenen Räder des Elektrofahrzeugs geschehen. Für die beiden nicht angetriebenen Räder wird angenommen, dass diese im Antriebsfall nahezu schlupffrei rollen. Der Schätzwert für die Fahrzeuggeschwindigkeit dient als Bezugsgröße zur Bildung der Solldrehzahl 62. Da die Solldrehzahl 62 primär von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt und keine hohe Dynamik aufweist, hat die Latenz zur Erfassung der Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 hierbei keinen störenden Einfluss.
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Die Solldrehzahl 62 wird als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet und wird so gewählt, dass beim Anfahren auf einseitig glattem Untergrund die entstehende Differenzgeschwindigkeit zwischen den angetriebenen Rädern, und damit über dem Achsdifferenzial, moderat bleibt. Die Solldrehzahl 62 soll zudem so gewählt werden, dass die Traktion und das Seitenkraftpotenzial der angetriebenen Räder auf homogener Fahrbahn erhalten bleibt.
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Solange eine Anforderung des TCS-Moduls 16 zur Absenkung des Antriebsmoments die Invertereinheit 30 wegen der Latenz noch nicht erreicht hat, übernimmt die Invertereinheit 30 selbständig im Bedarfsfall die Anpassung des Zielmoments 51 für die elektrische Maschine 54. Sobald die mittlere Radgeschwindigkeit der angetriebenen Räder größer ist als der Sollwert und die entstehende Regelabweichung 46 eine vorgegebene Schwelle überschreitet, berechnet der Regler 42 das Korrekturmoment 44, das dann dem aktuellen extern von dem Fahrzeugsteuergerät 10 vorgegebenen Vorgabemoment 50 überlagert wird.
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Dadurch wird der Überschuss des Antriebsmoments reduziert und das durchdrehende Rad oder beide durchdrehenden Räder stabilisiert. Als Regler 42 kann im einfachsten Fall ein P-Regler oder ein PDT1-Regler verwendet werden. Die Parameter des Reglers 42 werden im Bedarfsfall in Abhängigkeit der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt. Der Arbeitspunkt wird vom dem Fahrzeugsteuergerät 10 sowie von dem ESP-System 14 übernommen. Es erfolgt lediglich eine schnelle dynamische Korrektur des Zielmoments 51 durch den Regler 42. Durch Auswertung der Radgeschwindigkeiten kann auf Fahrsituationen wie Anfahren auf einseitig glattem Untergrund sowie Kurvenfahrt geschlossen werden und es können die Parameter des Reglers 42 darauf hin angepasst werden.
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2 zeigt ein Antriebssystem 100 für ein Elektrofahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Antriebssystem 100 gemäß der zweiten Ausführungsform kommt insbesondere in einem Elektrofahrzeug mit einer erweiterten ESP-TCS-Architektur zum Einsatz. Das Antriebssystem 100 gemäß der zweiten Ausführungsform eignet sich zum Einsatz in Elektrofahrzeugen mit Frontantrieb oder mit Heckantrieb oder mit Allradantrieb.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ein hier nicht dargestelltes Getriebe mit einem Achsdifferential einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs. Es kann auch ein weiteres Achsdifferential einer zweiten angetriebenen Achse vorgesehen sein. Das Antriebssystem 100 umfasst ferner eine elektrische Maschine 54 zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit 30 zum Ansteuern der elektrischen Maschine 54. Die Invertereinheit 30 weist eine Momentensteuereinheit 32 und eine Ansteuereinheit 52 auf. Die Invertereinheit 30 ist mit einer hier nicht dargestellten Batterie verbunden, welche eine Gleichspannung zur Verfügung stellt.
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Das Antriebssystem 100 umfasst auch ein ESP-System 14, das ein TCS-Modul 16 (Traction Control System) aufweist. Das ESP-System 14 weist ferner ein Raddrehzahlmodul 18 zur Erfassung eines Drehzahlsignals 20 eines vorderen linken Rades, eines Drehzahlsignals 22 eines vorderen rechten Rades, eines Drehzahlsignals 24 eines hinteren linken Rades und eines Drehzahlsignals 26 eines hinteren rechten Rades auf.
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Das ESP-System 14 weist auch einen TCS-Sollwertgeber 60 auf. Der TCS-Sollwertgeber 60 berechnet eine Solldrehzahl 62 der elektrischen Maschine 54, die zu der Momentensteuereinheit 32 übertragen wird. Der TCS-Sollwertgeber 60 erzeugt auch ein Kontrollmodussignal 64. Die Momentensteuereinheit 32 weist eine Schutzeinheit 34 auf, zu welcher das Kontrollmodussignal 64 übertragen wird.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ferner ein Fahrzeugsteuergerät 10. Das ESP-System 14 ermittelt ein TCS-Sollmoment 28 und überträgt dieses an das Fahrzeugsteuergerät 10. Das Fahrzeugsteuergerät 10 weist ein Momentmodul 12, das beispielsweise aus einer Stellung eines Gaspedals des Elektrofahrzeugs und aus dem TCS-Sollmoment 28 ein Vorgabemoment 50 berechnet und an die Momentensteuereinheit 32 überträgt.
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Die Momentensteuereinheit 32 erfasst eine Ist-Drehzahl 40 der elektrischen Maschine 54. Die Ist-Drehzahl 40 und die Solldrehzahl 62 werden einem Subtraktionspunkt 36 zugeführt, von welchem eine Regelabweichung 46 als Differenz zwischen der Ist-Drehzahl 40 und der Solldrehzahl 62 berechnet wird.
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Die Momentensteuereinheit 32 weist einen Regler 42 auf, dem die Regelabweichung 46 zugeführt wird. Die Schutzeinheit 34 berechnet aus dem Kontrollmodussignal 64 ein Modussignal 43 und überträgt dieses an den Regler 42. Der Regler 42 berechnet aus der Regelabweichung 46 und dem Modussignal 43 ein Korrekturmoment 44.
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Das Korrekturmoment 44 und das Vorgabemoment 50 werden einem Summationspunkt 48 zugeführt, von welchem ein Zielmoment 51 als Summe aus dem Korrekturmoment 44 und dem Vorgabemoment 50 berechnet wird. Die Ansteuereinheit 52 berechnet aus dem Zielmoment 51 einen Zielstrom 57 und steuert die elektrische Maschine 54 mit dem Zielstrom 57 an.
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Das Vorgabemoment 50 wird nach Koordination mit anderen Anforderungen in dem Fahrzeugsteuergerät 10 an die Invertereinheit 30 gesendet. Zusätzlich wird ein zugehöriges Kontrollmodussignal 64 übertragen. Die Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 für die Radgeschwindigkeiten werden nicht benötigt. Die Drehzahlregelung arbeitet während der Latenzphase lediglich auf Basis der aktuellen Ist-Drehzahl 40 und der Solldrehzahl 62, da das neue TCS-Sollmoment 28 noch nicht verfügbar ist.
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Die Berechnung der Solldrehzahl 62 erfolgt in dem TCS-Sollwertgeber 60 des ESP-Systems 14. Dazu wird die Sollradgeschwindigkeit des TCS-Moduls 16 genutzt, um die zugehörige Solldrehzahl 62 zu bestimmen. Die Sollradgeschwindigkeit des TCS-Moduls 16 wird auch bei passiver TCS Funktion kontinuierlich berechnet und an die Invertereinheit 30 übermittelt. Das zusätzlich übertragene Kontrollmodussignal 64 dient zur Steuerung des Reglers 42 in der Invertereinheit 30.
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Die Regelabweichung 46 wird asymmetrisch begrenzt, da zur Kompensation des Überschussmoments im Antriebstrang eine verstärkte Reduktion des Antriebsmoments durch den Regler 42 notwendig wird. Solange die Anforderung des TCS-Moduls 16 zur Absenkung des Antriebsmoments die Invertereinheit 30 wegen der Latenz noch nicht erreicht hat, übernimmt die Invertereinheit 30 selbständig im Bedarfsfall die Anpassung des Antriebsmoments der elektrischen Maschine 54.
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Sobald die entstehende Regelabweichung 46 eine vorgegebene Schwelle überschreitet, berechnet der Regler 42 ein Korrekturmoment 44, das dann dem aktuellen extern von dem Fahrzeugsteuergerät 10 vorgegebenen Vorgabemoment 50 überlagert wird. Dadurch wird der Überschuss des Antriebsmoments reduziert und das durchdrehende Rad oder beide durchdrehenden Räder stabilisiert.
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Als Regler 42 kann im einfachsten Fall ein P-Regler oder PDT1-Regler verwendet werden. Die Parameter des Reglers 42 werden in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit muss dazu nicht exakt bekannt sein. Sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Invertereinheit 30 nicht ohnehin bekannt sein, so kann diese aus der übertragenen Solldrehzahl 62 bestimmt werden.
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Der Arbeitspunkt wird vom dem Fahrzeugsteuergerät 10 sowie von dem ESP-System 14 übernommen. Es erfolgt eine schnelle dynamische Korrektur des Zielmoments 51 durch den Regler 42. Die Fahrsituationen wie Anfahren auf einseitig glattem Untergrund sowie Kurvenfahrt und die zugehörige Kinematik werden bereits bei der Berechnung der übertragenen Solldrehzahl 62 in dem ESP-System 14 berücksichtigt.
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3 zeigt ein Antriebssystem 100 für ein Elektrofahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Antriebssystem 100 gemäß der dritten Ausführungsform kommt insbesondere in einem Elektrofahrzeug mit einer erweiterten ESP-TCS-Architektur mit zusätzlicher Radsignalinformation zum Einsatz. Das Antriebssystem 100 gemäß der dritten Ausführungsform eignet sich zum Einsatz in Elektrofahrzeugen mit Frontantrieb oder mit Heckantrieb oder mit Allradantrieb.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ein hier nicht dargestelltes Getriebe mit einem Achsdifferential einer angetriebenen Achse des Elektrofahrzeugs. Es kann auch ein weiteres Achsdifferential einer zweiten angetriebenen Achse vorgesehen sein. Das Antriebssystem 100 umfasst ferner eine elektrische Maschine 54 zum Antrieb des Getriebes und eine Invertereinheit 30 zum Ansteuern der elektrischen Maschine 54. Die Invertereinheit 30 weist eine Momentensteuereinheit 32 und eine Ansteuereinheit 52 auf. Die Invertereinheit 30 ist mit einer hier nicht dargestellten Batterie verbunden, welche eine Gleichspannung zur Verfügung stellt.
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Das Antriebssystem 100 umfasst auch ein ESP-System 14, das ein TCS-Modul 16 (Traction Control System) aufweist. Das ESP-System 14 weist ferner ein Raddrehzahlmodul 18 zur Erfassung eines Drehzahlsignals 20 eines vorderen linken Rades, eines Drehzahlsignals 22 eines vorderen rechten Rades, eines Drehzahlsignals 24 eines hinteren linken Rades und eines Drehzahlsignals 26 eines hinteren rechten Rades auf.
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Das ESP-System 14 weist auch einen TCS-Sollwertgeber 60 auf. Der TCS-Sollwertgeber 60 berechnet eine Solldrehzahl 62 der elektrischen Maschine 54, die zu der Momentensteuereinheit 32 übertragen wird. Der TCS-Sollwertgeber 60 erzeugt auch ein Kontrollmodussignal 64. Die Momentensteuereinheit 32 weist eine Schutzeinheit 34 auf, zu welcher das Kontrollmodussignal 64 übertragen wird. Auch die von dem Raddrehzahlmodul 18 erfassten Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 werden Schutzeinheit 34 übertragen.
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Das Antriebssystem 100 umfasst ferner ein Fahrzeugsteuergerät 10. Das ESP-System 14 ermittelt ein TCS-Sollmoment 28 und überträgt dieses an das Fahrzeugsteuergerät 10. Das Fahrzeugsteuergerät 10 weist ein Momentmodul 12, das beispielsweise aus einer Stellung eines Gaspedals des Elektrofahrzeugs und aus dem TCS-Sollmoment 28 ein Vorgabemoment 50 berechnet und an die Momentensteuereinheit 32 überträgt.
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Die Momentensteuereinheit 32 erfasst eine Ist-Drehzahl 40 der elektrischen Maschine 54. Die Ist-Drehzahl 40 und die Solldrehzahl 62 werden einem Subtraktionspunkt 36 zugeführt, von welchem eine Regelabweichung 46 als Differenz zwischen der Ist-Drehzahl 40 und der Solldrehzahl 62 berechnet wird.
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Die Momentensteuereinheit 32 weist einen Regler 42 auf, dem die Regelabweichung 46 zugeführt wird. Die Schutzeinheit 34 berechnet aus dem Kontrollmodussignal 64 ein Modussignal 43 und überträgt dieses an den Regler 42. Der Regler 42 berechnet aus der Regelabweichung 46 und dem Modussignal 43 ein Korrekturmoment 44.
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Das Korrekturmoment 44 und das Vorgabemoment 50 werden einem Summationspunkt 48 zugeführt, von welchem ein Zielmoment 51 als Summe aus dem Korrekturmoment 44 und dem Vorgabemoment 50 berechnet wird. Die Ansteuereinheit 52 berechnet aus dem Zielmoment 51 einen Zielstrom 57 und steuert die elektrische Maschine 54 mit dem Zielstrom 57 an.
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Das Vorgabemoment 50 wird nach Koordination mit anderen Anforderungen in dem Fahrzeugsteuergerät 10 an die Invertereinheit 30 gesendet. Zusätzlich wird ein zugehöriges Kontrollmodussignal 64 übertragen. Zusätzlich müssen die Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 für die Radgeschwindigkeiten vorhanden sein.
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Die Drehzahlregelung arbeitet während der Latenzphase lediglich auf Basis der aktuellen Ist-Drehzahl 40 und der Solldrehzahl 62, da das neue TCS-Sollmoment 28 noch nicht verfügbar ist. Die Drehzahlsignale 20, 22, 24, 26 werden dazu genutzt, die einzelnen Fahrsituationen noch genauer voneinander zu unterscheiden. Mit Hilfe der Differenz der Raddrehzahlen an der angetriebenen Achse kann die Situation „Anfahren auf einseitig glattem Untergrund“ besser unterschieden werden von der Situation „Anfahren auf homogenem Reibwert“ mit symmetrisch durchdrehenden Rädern.
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Die Berechnung der Solldrehzahl 62 erfolgt in dem TCS-Sollwertgeber 60 des ESP-Systems 14. Dazu wird die Sollradgeschwindigkeit des TCS-Moduls 16 genutzt, um die zugehörige Solldrehzahl 62 zu bestimmen. Die Sollradgeschwindigkeit des TCS-Moduls 16 wird auch bei passiver TCS Funktion kontinuierlich berechnet und an die Invertereinheit 30 übermittelt. Das zusätzlich übertragene Kontrollmodussignal 64 dient zur Steuerung des Reglers 42 in der Invertereinheit 30.
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Als Regler 42 kann im einfachsten Fall ein P-Regler oder PDT1-Regler verwendet werden. Die Parameter des Reglers 42 werden in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit muss dazu nicht exakt bekannt sein. Sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Invertereinheit 30 nicht ohnehin bekannt sein, so kann diese aus der übertragenen Solldrehzahl 62 bestimmt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088729 A1 [0002]
- DE 102016203113 A1 [0003]
- EP 2810132 B1 [0004]
