DE102022100508A1 - Antriebssystem zum Betrieb eines Fahrzeugs - Google Patents

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Yilan Huang
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Abstract

Es ist ein Antriebssystem (10) zum Betrieb eines Fahrzeugs vorgesehen, mit einem mechanischen Stellelement (20) zur Einstellung eines Betriebsparameters des Fahrzeugs, einer ersten elektrischen Maschine (12) zur elektrischen Erzeugung einer Stellleistung zum Ansteuern des von dem Stellelement (20) eingestellten Betriebsparameters, einer zweiten elektrischen Maschine (14) zur elektrischen Erzeugung eines der Einstellung des Betriebsparameters entgegengerichteten Widerstandsmoments (T2) an dem Stellelement (20) und einer Steuereinrichtung (22) zur Vorgabe des von der zweiten elektrischen Maschine (14) erzeugten Widerstandsmoments (T2) in Abhängigkeit von einer aktuellen Stellung des Stellelements (20), einen aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine (12). Durch die Berücksichtigung der aktuellen Stellung des Stellelements (20), dem aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine (12) für das Widerstandsmoment (T2) kann ein intuitiv erfassbares haptisches Feedback generiert werden, das eine intuitive Steuerung eines elektrisch steuerbaren Fahrzeugs ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Betrieb eines Fahrzeugs, mit dessen Hilfe das Fahrzeug über ein Steer-by-wire Konzept betrieben werden kann.
  • Aus DE 10 2007 050 552 B3 ist ein mit Hilfe einer elektrischen Maschine antreibbares Fahrzeug bekannt, bei dem ein Fahrer mit Hilfe einer Tretkurbel die Leistung der elektrischen Maschine steuert. Ein Bordrechner ermittelt in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine Solldrehzahl für die Tretkurbel, wobei ein an der Tretkurbel angreifendes Bremsmoment erhöht wird, wenn die Solldrehzahl überschritten wird, und das an der Tretkurbel angreifende Bremsmoment verringert wird, wenn die Solldrehzahl unterschritten wird.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis ein über ein Steer-by-wire Konzept elektrisch steuerbares Fahrzeug intuitiv zu steuern.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine intuitive Steuerung eines elektrisch steuerbaren Fahrzeugs ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Antriebssystem zum Betrieb eines Fahrzeugs, mit einem mechanischen Stellelement zur Einstellung eines Betriebsparameters des Fahrzeugs, einer ersten elektrischen Maschine zur elektrischen Erzeugung einer Stellleistung zum Ansteuern des von dem Stellelement eingestellten Betriebsparameters, einer zweiten elektrischen Maschine zur elektrischen Erzeugung eines der Einstellung des Betriebsparameters entgegengerichteten Widerstandsmoments an dem Stellelement und einer Steuereinrichtung zur Vorgabe des von der zweiten elektrischen Maschine erzeugten Widerstandsmoments in Abhängigkeit von einer aktuellen Stellung des Stellelements, einen aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine.
  • Ein Fahrer beziehungsweise eine Fahrerin des Fahrzeugs kann mit Hilfe des mechanischen Stellelements in einer herkömmlichen Weise, wie er bzw. sie das bei einem konventionell mechanisch gesteuerten Fahrzeug gewohnt ist, einen Betriebsparameter, beispielsweise einen Lenkwinkel, eine Fahrgeschwindigkeit, eine Bremskraft und/oder ähnliches, beeinflussen. Bei einem Steer-by-wire Konzept ist jedoch eine mechanische Verbindung zwischen dem mechanischen Stellelement und einer Fahrzeugkomponente, die von dem Stellelement beeinflusst werden soll, unterbrochen und durch eine elektrische Verbindung ersetzt. Das durch die Unterbrechung der mechanischen Verbindung weggefallene haptische Feedback kann mit Hilfe der zweiten elektrischen Maschine simuliert werden. Wenn die in Reaktion auf den Stelleingriff des mechanischen Stellelements an der Fahrzeugkomponente angreifende erste elektrische Maschine eine höhere elektrische Leistung bereitstellen muss, um den von dem Stellelement eingestellten Betriebsparameter zu erreichen, kann die Steuereinrichtung ein hierzu korrespondierendes, beispielsweise proportionales, Widerstandsmoment an dem mechanischen Stellelement anlegen. Dies entspricht im Wesentlichen dem haptischen Feedback bei einem konventionellen mechanisch gesteuerten Fahrzeug, bei dem das Widerstandsmoment an dem Stellelement größer wird, je größer der Aufwand ist, den gewünschten Betriebspunkt zu erreichen. Dies ermöglicht es ausgehend von einer Neutralstellung des Stellelements das Widerstandsmoment ansteigen zu lassen, wobei das Ausmaß der Änderung des Widerstandsmoment nicht allein von der aktuellen Stellung des Stellelements bezogen auf die Neutralstellung abhängt, sondern auch von dem Wert, insbesondere Betrag, des Betriebsparameters und dem Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass beispielsweise bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit ein Lenkereinschlag mit einem höheren Widerstandsmoment verbunden sein sollte als bei einer niedrigen Geschwindigkeit, was über den Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine zum Einlenken des zugehörigen Fahrzeugrads gut abgebildet werden kann. Ein zu starker mechanischer Stelleingriff, der bei einem Steer-by-wire Konzept ansonsten zu befürchten wäre, kann dadurch intuitiv vermieden werden. Durch die Berücksichtigung der aktuellen Stellung des Stellelements, dem aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine für das Widerstandsmoment kann ein intuitiv erfassbares haptisches Feedback generiert werden, das eine intuitive Steuerung eines elektrisch steuerbaren Fahrzeugs ermöglicht.
  • Die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine können insbesondere im Motorbetrieb betrieben werden. Vorzugsweise kann die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine auch im Generatorbetrieb betrieben werden, beispielsweise um bei angreifenden Rückstellkräften, die eine Neutralstellung der zugehörigen Fahrzeugkomponente beziehungsweise des Stellelements anstreben, elektrische Energie zu erzeugen. Die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine sind insbesondere mit einer wiederaufladbaren Batterie, insbesondere mit derselben Batterie, verbunden, aus der sie elektrische Energie zum Betrieb beziehen können.
  • Das mechanische Stellelement kann von einem Fahrer oder einer Fahrerin unmittelbar betätigt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Hand oder eines Fußes. Das Stellelement kann beispielsweise verdreht, verschwenkt und/oder verschoben werden, um den Betriebsparameter zu verändern.
  • Der Steuereinrichtung können von geeigneten Messeinrichtungen ermittelte Messwerte für die aktuelle Stellung des Stellelements, dem aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine zugeführt werden. Insbesondere können die der Steuereinrichtung zugeführten Daten zumindest teilweise über einen sowieso vorgesehenen Datenbus, beispielsweise einen CAN-Bus, zugeführt werden. Die Daten können einen Eingangsport der Steuereinrichtung zugeführt werden und in einer Rechnereinheit innerhalb der Steuereinrichtung verarbeitet werden. Das in der Rechnereinheit der Steuereinrichtung berechnete Widerstandsmoment kann über einen Ausgangsport der Steuereinrichtung der zweiten elektrischen Maschine beziehungsweise einer Regeleinrichtung der zweiten elektrischen Maschine zugeführt werden, um das von der Regeleinrichtung vorgegebene Widerstandsmoment ansteuern und/oder regeln zu können.
  • Insbesondere ist die Steuereinrichtung hergerichtet, zusätzlich ein Antriebsmoment für die erste elektrische Maschine in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung des Stellelements, dem aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine vorzugeben. Dadurch kann die Steuereinrichtung nicht nur das von der zweiten elektrischen Maschine bereitzustellende Widerstandsmoment, sondern auch das von der ersten elektrischen Maschine bereitzustellende Antriebsmoment vorgeben. Der Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine kann dadurch von der Steuereinrichtung aktiv an die aktuelle Stellung des Stellelements und den aktuellen Wert des Betriebsparameters angepasst werden, was wiederum Auswirkungen auf das von der Steuereinrichtung vorgegebene Widerstandsmoment der zweiten elektrischen Maschine hat. Dies ermöglicht es eine möglichst intuitive Steuerung für den Fahrer beziehungsweise die Fahrerin bereitzustellen.
  • Vorzugsweise ist in der Steuereinrichtung ein designierter Verlauf des Widerstandsmoments und/oder des Antriebsmoment in Abhängigkeit von einem Verlauf des Betriebsparameters vorgegeben. Dies ermöglicht eine einfache Regelstrategie in der Steuereinrichtung, bei der ein linearer Verlauf des Widerstandsmoments und/oder des Antriebsmoment in Abhängigkeit des Betriebsparameters lediglich von einem weiteren Parameter, beispielsweise eine über den aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine abgeschätzten Fahrgeschwindigkeit, korrigiert wird.
  • Besonders bevorzugt sind das mechanische Stellelement und eine zur Einstellung des Betriebsparameters vorgesehene Fahrzeugkomponente mechanisch entkoppelt, wobei eine Koppelung des Stellelements mit der Fahrzeugkomponente ausschließlich über eine elektrische Verbindung, insbesondere über die Steuereinrichtung, vorgesehen ist. Das Antriebssystem ist dadurch als ein Steer-by-wire Konzept ausgestaltet. Verschleißbehaftete mechanische Verbindungen sind vermieden und durch elektrische Leitungen ersetzt, wobei mit Hilfe der Steuereinrichtung ein intuitives haptisches Feedback erhalten bleibt.
  • Insbesondere ist die Steuereinrichtung hergerichtet ein Verhältnis des Widerstandsmoments der zweiten elektrischen Maschine zu einem Antriebsmoment der ersten elektrischen Maschine bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs einzustellen. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass ein großer Stelleingriff bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs weniger kritisch als bei einer hohen Geschwindigkeit ist. Beispielsweise ist dadurch ein harter Lenkereinschlag bei hoher Geschwindigkeit so stark erschwert, dass ein Ausbrechen des Kraftfahrzeugs vermieden ist, während ein harter Lenkereinschlag im Stillstand oder bei niedriger Geschwindigkeit, beispielsweise bei einem Einparken, problemlos zugelassen werden kann.
  • Vorzugsweise ist eine Fahrzeugsteuerung zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Fahrzeugsteuerung hergerichtet ist einen mechanischen Eingriff an dem Stellelement anzufordern, wenn das von Steuereinrichtung vorgegebene Widerstandsmoments einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Das Fahrzeug kann von der Fahrzeugsteuerung ohne einen Eingriff des Fahrers oder der Fahrerin betrieben, insbesondere gelenkt, werden. Falls die Steuereinrichtung ein besonders hohes Widerstandsmoment berechnet, das oberhalb des Schwellwerts liegt, kann dies eine kritische Situation indizieren, die möglicherweise von der Fahrzeugsteuerung nicht angemessen aufgelöst werden kann. In diesem Fall kann die Fahrzeugsteuerung eine Übernahme der Fahrzeugsteuerung durch den Fahrer beziehungsweise die Fahrerin anfordern, indem beispielsweise ein hierzu vorgesehenes Warnsignal erzeugt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellelement als Lenkrad eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, als Betriebsparameter ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine an mindestens einer Lenkeinrichtung zum Einlenken eines Kraftfahrzeugrads angreift und die zweite elektrische Maschine an dem Lenker und/oder einem mit dem Lenker verbunden Lenkerschaft angreift. Das Antriebssystem kann dadurch eine Steer-by-wire Lenkung des Kraftfahrzeugs unterstützen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellelement als Gaspedal eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, als Betriebsparameter eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugrads angreift und die zweite elektrische Maschine an dem Gaspedal und/oder einem mit dem Gaspedal verbunden Pedalstange angreift. Das Antriebssystem kann dadurch zusätzlich oder alternativ einen Steer-by-wire Antrieb des Kraftfahrzeugs unterstützen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellelement als Antriebskurbel eines durch Muskelkraft betätigten Fahrrads ausgestaltet ist, als Betriebsparameter eine Beschleunigung oder Geschwindigkeit des Fahrrads vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine an mindestens einem Antriebsrad angreift und die zweite elektrische Maschine an der Antriebskurbel und/oder einer mit der Antriebskurbel verbunden Kurbelwelle angreift. Das Antriebssystem kann einen Steer-by-wire Antrieb des Fahrrads, insbesondere E-Bike, unterstützen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
    • 1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebssystems.
  • Das in 1 dargestellte Antriebssystem 10 weist eine erste elektrische Maschine 12 und eine zweite elektrische Maschine 14 auf, die aus einer gemeinsamen wiederaufladbaren Batterie 16 gespeist werden. Die erste elektrische Maschine 12 ist mit einer Fahrzeugkomponente 18, beispielsweise eine Lenkeinrichtung zum Einlenken eines Fahrzeugrads eines Kraftfahrzeugs, gekoppelt, um ein zum Betrieb der Fahrzeugkomponente 18 erforderliches Antriebsmoment T1 einzuleiten. Die zweite elektrische Maschine 14 ist mit einem von einem Fahrer oder einer Fahrerin betätigbaren mechanischen Stellelement 20, beispielsweise einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs, gekoppelt, um ein einem Auslenken aus einer Neutralstellung entgegengerichtetes Widerstandsmoment T2 einzuleiten.
  • Die erste elektrische Maschine 12 und die zweite elektrische Maschine 14 sind mit einer Steuereinrichtung 22 verbunden, die von der erste elektrischen Maschine 12 ein erstes Messsignal S1 und von der zweiten elektrischen Maschine 14 ein zweites Messsignal S2 einlesen kann. Bei dem ersten Messignal S1 kann es sich beispielsweise um einen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine 12 handeln, während es sich bei dem zweiten Messsignal S2 um einen aktuellen Lenkereinschlag des als Stellelement 20 fungierenden Lenkers handelt. Die Steuereinrichtung 22 kann daraus ein geeignetes Widerstandsmoment T2 berechnen und der zweiten elektrischen Maschine 14 zuführen und gegebenenfalls auch ein geeignetes Antriebsmoment T1 berechnen und der ersten elektrischen Maschine 12 zuführen. Obwohl das Stellelement 20 von der Fahrzeugkomponente 18 mechanisch entkoppelt ist, kann dadurch ein intuitives haptisches Feedback an dem Stellelement 20 erzeugt werden, das zu der Situation in der Kraftfahrzeugkomponente 18 passt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebssystem
    12
    erste elektrische Maschine
    14
    zweite elektrische Maschine
    16
    Batterie
    18
    Fahrzeugkomponente
    20
    Stellelement
    22
    Steuereinrichtung
    S1
    erstes Messsignal
    S2
    zweites Messsignal
    T1
    Antriebsmoment
    T2
    Widerstandsmoment
  • 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
    • DE 102007050552 B3 [0002]

Claims (9)

  1. Antriebssystem (10) zum Betrieb eines Fahrzeugs, mit einem mechanischen Stellelement (20) zur Einstellung eines Betriebsparameters des Fahrzeugs, einer ersten elektrischen Maschine (12) zur elektrischen Erzeugung einer Stellleistung zum Ansteuern des von dem Stellelement (20) eingestellten Betriebsparameters, einer zweiten elektrischen Maschine (14) zur elektrischen Erzeugung eines der Einstellung des Betriebsparameters entgegengerichteten Widerstandsmoments (T2) an dem Stellelement (20) und einer Steuereinrichtung (22) zur Vorgabe des von der zweiten elektrischen Maschine (14) erzeugten Widerstandsmoments (T2) in Abhängigkeit von einer aktuellen Stellung des Stellelements (20), einen aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine (12).
  2. Antriebssystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (22) hergerichtet ist, zusätzlich ein Antriebsmoment (T1) für die erste elektrische Maschine (12) in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung des Stellelements (20), dem aktuellen Wert des Betriebsparameters und dem aktuellen Lastpunkt der ersten elektrischen Maschine (12) vorzugeben.
  3. Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Steuereinrichtung (22) ein designierter Verlauf des Widerstandsmoments (T2) und/oder des Antriebsmoment (T1) in Abhängigkeit von einem Verlauf des Betriebsparameters vorgegeben ist.
  4. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mechanische Stellelement (20) und eine zur Einstellung des Betriebsparameters vorgesehene Fahrzeugkomponente (18) mechanisch entkoppelt sind, wobei eine Koppelung des Stellelements (20) mit der Fahrzeugkomponente (18) ausschließlich über eine elektrische Verbindung, insbesondere über die Steuereinrichtung (22), vorgesehen ist.
  5. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (22) hergerichtet ist ein Verhältnis des Widerstandsmoments (T2) der zweiten elektrischen Maschine (14) zu einem Antriebsmoment (T1) der ersten elektrischen Maschine (12) bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs einzustellen.
  6. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Fahrzeugsteuerung zum autonomen Betrieb des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Fahrzeugsteuerung hergerichtet ist einen mechanischen Eingriff an dem Stellelement (20) anzufordern, wenn das von Steuereinrichtung (22) vorgegebene Widerstandsmoments (T2) einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
  7. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Stellelement (20) als Lenkrad eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, als Betriebsparameter ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine (12) an mindestens einer Lenkeinrichtung zum Einlenken eines Kraftfahrzeugrads angreift und die zweite elektrische Maschine (14) an dem Lenker und/oder einem mit dem Lenker verbunden Lenkerschaft angreift.
  8. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Stellelement (20) als Gaspedal eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, als Betriebsparameter eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine (12) an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugrads angreift und die zweite elektrische Maschine (14) an dem Gaspedal und/oder einem mit dem Gaspedal verbunden Pedalstange angreift.
  9. Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Stellelement (20) als Antriebskurbel eines durch Muskelkraft betätigten Fahrrads ausgestaltet ist, als Betriebsparameter eine Beschleunigung oder Geschwindigkeit des Fahrrads vorgesehen ist, die erste elektrische Maschine (12) an mindestens einem Antriebsrad angreift und die zweite elektrische Maschine (14) an der Antriebskurbel und/oder einer mit der Antriebskurbel verbunden Kurbelwelle angreift.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007050552B3 (de) 2007-10-23 2008-09-04 Carbike Gmbh Elektrofahrzeug mit einer Motorsteuerung über eine Tretkurbel

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DE102007050552B3 (de) 2007-10-23 2008-09-04 Carbike Gmbh Elektrofahrzeug mit einer Motorsteuerung über eine Tretkurbel

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