KR20240029785A - 2 개의 전기 모터를 가진 1 개 또는 2 개의 전기 구동 축을 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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마틴 휴버
펠릭스 바이어
루돌프 돔니
피터 랑탈러
귄터 필라트
유르겐 토흐터만
레네 슈타이네크
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아페엘 리스트 게엠바흐
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Abstract

본 발명은 전기 모터(EM1, EM2)를 갖는 차량의 1 개 또는 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하는 방법(100)에 관한 것으로, 전기 모터 각각은 각각의 동력 전달 경로(3, 4)를 통해 출력부(2, 2a, 2b)에 연결되며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 전기 모터(EM1, EM2) 및/또는 동력 전달 경로(3, 4)의 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 인가된 속도 및 토크에 대한 값을 결정하는 단계(101a); 미리 정의된 기간 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소 (5)의 손상 조건의 값을 결정하는 단계; 및 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건을 고려하여 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하는 단계(107).

Description

2 개의 전기 모터를 가진 1 개 또는 2 개의 전기 구동 축을 제어하는 방법 및 시스템
본 발명은 각각 전기 모터를 갖춘 차량의 2 개의 전기 구동 축을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이고, 제1 전기 모터는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로를 통해 제1 출력부에 연결되고, 제2 전기 모터는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로를 통해 제2 출력부에 연결되며, 또는 본 발명은 출력부를 공동으로 구동하는 2 개의 전기 모터로 전기 구동 축을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이고, 제1 전기 모터는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로를 통해 출력부에 연결되고 제2 전기 모터는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로를 통해 출력부에 연결된다.
2개의 전기 모터에 의해 구동되는 다수의 파워트레인 및 소위 e-축이 선행 기술로부터 알려져 있다.
예를 들어, 문헌 DE 10 2011 121 819 A1은 차량용 2 개의 구동 유닛을 갖는 파워트레인을 개시하며, 하나의 구동 유닛은 각 경우에 부분 변속기에 기계적으로 결합되어 작동된다. 구동 유닛은 전기 구동 유닛으로 설계되고 각 경우 부분 변속기에 기계적으로 직접 결합되고 별도로 또는 함께 동작될 수 있다.
문헌 EP 2 450 597 A1은 2 개의 모터를 갖춘 전기 차량에 사용되는 전기 파워트레인용 제어 디바이스 및 방법을 개시한다. 제어 디바이스 및 방법의 목적은 동력을 중단하지 않고 기어 변속을 달성하는 것이다.
그러한 파워트레인의 제어는 효율에 기반할 수 있다("Shifting strategy and optimization for multi-mode E-axles", F. Bayer, cti Symposium, Berlin 2020 참조).
본 발명의 목적은 2 개의 전기 모터를 갖춘 전기 구동 축의 장기 신뢰성을 증가시키거나 보다 예측 가능하게 만드는 것이다. 특히 본 발명의 목적은 전기 구동 축의 중요한 구성요소의 서비스 수명을 연장하는 것이다.
이러하 목적은 독립 청구항에 따른 방법 및 시스템에 의해 달성된다. 유리한 실시예는 종속 청구항에 청구된다.
본 발명은 전기 모터를 각각 갖는 차량의 2 개의 전기 구동 축을 제어하는 방법에 관한 것이고, 제1 전기 모터는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로를 통해 제1 출력부에 연결되고 제2 전기 모터는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로를 통해 제2 출력부에 연결되고, 또는 본 발명은 본 발명은 출력부를 공동으로 구동하는 2 개의 전기 모터로 전기 구동 축을 제어하는 방법에 관한 것이고, 제1 전기 모터는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로를 통해 출력부에 연결되고 제2 전기 모터는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로를 통해 출력부에 연결되고, 다음 단계를 포함한다:
● 전기 모터 및/또는 동력 전달 경로의 적어도 하나의 기계 구성요소에 인가된 속도 및 토크에 대한 값을 결정하는 단계;
● 인가된 속도의 값 및 인가된 토크의 값에 따라 적어도 하나의 기계 구성요소에 관한 손상 입력의 값을 결정하고 미리 정의된 기간(period of time) 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소의 손상 조건의 값을 결정하는 단계; 및
● 적어도 하나의 기계 구성요소의 손상 조건 또는 상대 손상 조건을 고려하여, 2 개의 전기 구동 축의 경우에 전기 구동 축들을 제어하거나, 또는 1 개의 전기 구동 축의 경우에 전기 구동 축을 제어하는 단계.
전기 모터는 기본적으로 모터 또는 발전기로 동작될 수 있는 전기 기계로 이해된다. 본 발명에 따른 기계적 구성요소는 바람직하게는 기어 또는 베어링이다.
본 발명의 맥락 내에서 손상 입력의 값은 구성요소의 현재 동작에 의해 구성요소가 손상되는 정도이다. 바람직하게, 기계 구성요소에 대해, 주어진 시간에서의 손상 입력은 그 시점에 기계 구성요소에 인가된 토크로부터, 그리고 기계 구성요소의 회전 속도로부터 결정된다. 전기 구성요소의 경우에서, 전기 구성요소의 온도는 손상 입력의 값을 결정하는데 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락 내에서 손상 조건의 값은 구성요소가 동작된 이후 현재까지 발생된 손상 입력의 합계이다. 그에 따라, 각 구성요소가 동작되는 시간의 비율이 고려된다.
구성요소가 이러한 구성요소에 대해 최대 권장 손상 조건에 도달하는 경우, 초과되지 않아야 하는 확률 실패에 도달한다. 구성요소는 원하는 서비스 수명에 도달했을 때 최대 권장 손상 조건을 초과하지 아니해야 한다. 원하는 서비스 수명 동안 최대 권장 손상 조건을 고려하고 시간이 지남에 따라 균일한 손상을 가정하는 경우, 결과는 각 시점에 대한 최대 비례 손상 조건이 된다.
본 발명의 의미 내에서 상대 손상 조건의 값은 당시의 최대 비례 손상 조건에 대한 현재 손상 상태의 비율, 특히 몫이다.
본 발명에 따르면, 동력 전달 경로에 의해 형성된 출력부와 전기 모터의 연결은 또한 분리 요소, 예를 들어 클러치를 제공할 수 있어 연결이 일시적으로 끊어질수도 있다.
2 개의 전기 모터는 바람직하게는 각 경우에 제1 출력부 또는 제2 출력부를 갖는 다중 속도 변속기를 통해 연결된다. 각 출력부에는, 개별 동력 전달 경로 각각의 동력과 토크가 입력된다. 그러한 배치에서, 동력 전달 경로 사이의 동력 또는 토크의 분배는 최대 동력이 요구되지 않는다면 소정의 한계 내에서 자유롭게 선택되고 변경될 수 있다.
본 발명은 전기 구동 축을 제어할 때 기계 구성 요소의 손상 조건을 고려한다는 아이디어에 기초한다.
출력 속도와 출력 토크에 의해 정의되는 전기 구동 축의 소정의 동작 지점이 필요한 경우, 이 동작 지점을 실현하기 위한 동작 전략 측면에서 다양한 가능성이나 자유도가 있다.
한편, 동력 전달 경로에 다단 변속기(multi-speed transmission)가 있는 경우, 각 변속기에 대해 기어가 선택될 수 있다. 그러나, 2 개의 전기 모터 중 어느 것도 최대 속도를 초과하지 않는 기어 조합만 허용된다는 점에 유의해야 한다. 변속기에 의해 예를 들어, 변속기를 중립 위치로 전환하여 하나의 동력 전달 경로가 분리된 경우, 다른 동력 전달 경로는 모든 동력을 제공할 수 있어야 하고, 즉, 제2 전기 모터는 필요한 모든 토크를 적용할 수 있어야 한다. 가능한 각 기어 조합에 대해, 2 개의 전기 모터 또는 동력 전달 경로 사이의 토크 분배는 동작 전략에서 정의되어야 하는 제2 자유도이다.
2 개의 전기 모터의 토크 합계에 가중치를 부여해야 하며 각 변속비는 필요한 출력 토크에 대응하여야 한다. 이는, 전기 모터 중 하나의 토크가, 다른 전기 모터 상의 결과 토크가 최대 허용 토크를 초과하지 않는 범위 내에서, 자유롭게 선택될 수 있음을 의미한다. 그러므로, 전기 구동 축에 필요한 출력 토크가 낮을수록 전기 모터의 토크를 선택하게 될 때의 범위가 넓어진다.
본 발명에 의해, 그 시점까지 발생한 손상 조건은 현재 각 관련 기계 구성요소에 대해 모니터링될 수 있다. 손상 조건은 관련 동작 기간을 고려하여 구성요소가 사용된 이후 현재까지 발생한 손상 입력으로부터 결정되고, 즉, 손상 입력을 누적하여 결정된다. 주어진 시점의 손상 입력은 그 시점에 인가된 토크 및 속도로부터 결과적으로 계산된다. 이는, 이전 시점의 손상 조건에 그동안 발생한 손상 입력(들)을 더해 현재 손상 조건이 결정될 수 있음을 의미한다. 이러한 손상 입력은 해당 시점의 구성요소의 회전 속도와 기계 구성요소에 인가된 토크로부터 계산된다. 손상 조건의 결정된 값은 동작 전략의 적용에만 관련된 것이 아니다. 손상 조건을 모니터링하면 구성요소를 교체해야 하는지 여부를 결정할 때에도 도움이 된다. 유지보수 간격은 차량의 손상 조건에 관한 정보를 기반으로 차량별로 조정될 수 있으며, 정비소 약속은 물론 최종 고객과의 차량 일정 등 필요한 기록 항목도 제공될 수 있다. 이는 비용 절감 외에도 파워트레인 고장 확률도 줄여준다.
이러한 타입의 서비스는 ECU, 차량 제조업체의 클라우드 서비스 또는 제3자 제공업체를 통해 제공될 수 있다. 이러한 조치는 예측 유지보수라는 항목으로 요약될 수 있다.
기계 구성요소의 각 손상 조건에 대한 지식은 차대 관리(fleet management)에도 유용할 수 있다. 이러한 방식으로, 운전자 또는 차대 운영자는 구성요소를 보호하기 위한 조치를 구현해야 하는지 또는 계속해서 운영 효율성에 초점을 맞춰야 하는지 여부를 결정할 수 있다. 구성요소의 손상 조건에 대한 정보를 기반으로 하여 차대 운영자는 또한 더 해롭거나 덜 해로울 가능성이 있는 여행에서 차량을 특별하게 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법에 따르면, 2 개의 전기 구동 축의 경우, 또는 1 개의 전기 구동 축의 경우, 전기 구동 축은 서로 관련된 서로 다른 동력 전달 경로의 손상 조건 또는 상대 손상 조건을 고려하는 방식으로 제어되고, 특히 서로 다른 동력 전달 경로의 손상 조건 또는 상대 손상 조건이 가능한 한 균형을 이루는 방식으로 제어된다.
바람직하게, 전기 구동 축의 시스템 설계는 각 구성요소에 대한 최대 허용 또는 권장 손상 조건과 원하는 서비스 수명을 정의한다. 바람직하게, 구성요소의 기하학적 구조(예를 들어, 스퍼 기어에 대한 기어 폭 및 반경)이 고려된다. 이 최대 권장 손상 조건을 초과하면 고려 중인 기계 구성요소의 고장 확률이 높아진다. 본 발명에 의해, 전기 구동 축 또는 전기 구동 축들은 이제 남은 서비스 수명, 즉 고려되는 기계 구성요소의 최대 권장 손상 조건에 도달할 때까지의 시간 및/또는 고장 확률이 각 경우에 상대적으로 균형을 이루고 있는 방식으로 제어될 수 있다. 한편으로는, 이는 시스템 전체의 서비스 수명을 연장시키며, 다른 한편으로는 기계 구성요소를 수리하거나 교체하기 위해 고장 확률과 작업장 방문 횟수를 줄이는 것이 바람직하다.
부가적으로, 본 방법의 추가 유리한 실시예에서, 전기 구동 축들을 제어하기 위한 2 개의 전기 구동 축의 경우에서, 또는 전기 구동 축을 제어하기 위한 1 개의 전기 구동 축에서, 2 개의 동력 전달 경로 중 적어도 하나의 변속비 또는 2 개의 전기 모터들 간의 동력 분배는, 적어도 하나의 기계 구성요소가 응력을 받지 않도록 또는 단지 정의된 방식으로만 조정된다. 이러한 방식으로 기계 구성요소의 균일한 마모도 달성될 수 있다.
적어도 하나의 기계 구성요소와 관련된 손상 입력이 모니터링된다. 바람직하게, 현재의 손상 조건은, 미리 정의된 일정한 간격으로, 그 시점의 전체 서비스 수명에 대한 최대 비례 손상 조건과 비교되는데, 즉 상대 손상 조건이 결정된다. 이러한 간격은 시간 기반 방식으로 정의할 수 있지만 웹 기반 방식으로도 정의할 수 있다.
적어도 하나의 기계 구성요소의 손상 조건 또는 상대 손상 조건이 임계값을 초과하는 경우, 이 실시예에 따르면 2 개의 조치 사이에서 선택이 이루어질 수 있다. 바람직하게는 2 개의 조치가 모두 사용될 수도 있다:
제1 조치는 해당 구성요소의 동력 전달 경로에서 전달 전략을 적용하는 것이다. 이 기계 구성요소가 개별 기어에서만 영향을 받는 경우 이러한 기어를 피하여 기계 구성요소가 활성화되는 시간 비율을 줄이려는 시도가 이루어진다. 기계 구성요소가 다단 변속기의 모든 기어에 포함되어 있고 이것이 구동렬의 변속 요소(shift element)의 구동 측 상에 위치하는 경우, 가장 높은 변속비가 선택되어야 한다. 변속비가 높을수록 해당 전기 모터의 부하 지점이 더 높은 속도와 더 낮은 토크로 이동하므로 일반적으로 손상 입력이 줄어든다. 물론, 기어 변경은 성능 저하 없이 예를 들어, 전기 모터의 속도 또는 토크 제한에 의해 제한되지 않는 경우, 원하는 부하 지점이 새 기어에서도 감당할 수 있는 경우에만 가능하다. 이 경우, 2 개의 동력 전달 경로들 사이의 동력 및 토크 분배는 변경되지 않는다.
제2 조치는 동력 전달 경로 간의 동력 또는 토크 분배를 조정하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 기계 구성요소가 배치된 동력 전달 경로에서는 다른 동력 전달 경로를 희생하여 동력 또는 토크가 감소된다. 이는 다른 동력 전달 경로가 대응하는 더 높은 동력 또는 토크를 제공해야 함을 의미한다. 이 조치는 영향을 받는 동력 전달 경로에서 모든 기계 구성요소의 손상 입력을 줄인다. 이는 동력 전달 경로의 여러 구성요소가 영향을 받는 경우에도 조치가 가능하다는 것을 의미한다. 2 개의 동력 전달 경로 사이의 토크 분배의 조정은 예를 들어 영향을 받는 동력 전달 경로에서 각각의 전기 모터의 최대 가능한 토크 또는 최대 가능한 동력을 감소시킴으로써 간접적으로 수행될 수 있다. 그후 방법은 더 심하게 손상된 동력 전달 경로에서 토크를 줄이면서 토크 분배 제어를 우선시한다. 토크 분배와 관련된 경계 조건을 고려한 이상적인 동력 분배의 선택은 효율성을 기반으로 수행될 수 있다. 토크를 줄임으로써 2 개의 동력 전달 경로의 남은 서비스 수명이 균등화될 수 있다.
따라서, 또 다른 유리한 실시예에서 방법은 다음 단계를 포함한다:
● 적어도 하나의 기계 구성요소의 손상 조건 또는 상대 손상 조건에 대한 현재 값이 제1 한계값을 초과하는지 여부를 검증하는 단계; 및
● 제1 한계값이 초과되는 경우, 특히 제공된 토크로 인한 손상 입력에 따라 제1 전기 모터에 의해 제공되는 토크 및/또는 제2 전기 모터에 의해 제공되는 토크에 대한 임계값을 정의하는 단계, 여기서 2 개의 전기 구동 축의 경우, 전기 구동 축들은 토크 임계값을 고려하여 제어되며, 1 개의 전기 구동 축인 경우, 전기 구동 축은 토크 임계값을 고려하여 제어된다.
전기 모터에 의해 제공되는 토크 임계값은 바람직하게는 이 전기 모터가 동작될 수 있는 최대 토크를 나타낸다. 임계 값이 낮으면 필요한 동력이 더 심하게 손상된 동력 전달 경로에 의해 처리되는 시간의 비율이 줄어든다. 이는 손상 조건이 제1 한계 값을 초과하는 적어도 하나의 기계 구성요소의 보존으로 이어진다.
임계값에 대한 준수는 또한 바람직하게는 적어도 하나의 기계적 구성요소에 관해 위에서 설명된 조치를 통해 달성된다.
그러므로, 방법의 추가 유리한 실시예에서, 전기 구동 차축들을 제어하기 위한 2 개의 전기 구동 축의 경우, 또는 전기 구동 차축을 제어하기 위한 1 개의 전기 구동 차축의 경우, 2 개의 동력 전달 경로 중 적어도 하나의 변속비는 임계 값이 정의된 전기 모터가 서로 다른 동작 모드에서 서로 다른 속도로 동작될 수 있는 방식으로 조정되거나, 또는 2 개의 전기 모터 간의 동력 분배는 임계 값이 정의된 전기 모터가 더 적은 토크를 제공하거나 흡수해야 하는 방식으로 조정된다.
기계 구성요소에 대한 손상의 주된 이유는 이들에 인가되는 토크 때문이다. 그러므로, 동일한 동력으로 속도를 높이거나 동일한 속도에서 동력을 줄임으로써, 손상 입력은 토크를 감소시켜 줄어들 수 있다.
설명된 조치들 중 어느 것이 바람직한지는. 바람직하게는 각각의 효율성을 고려하여 결정된다.
방법의 또 다른 유리한 실시예에서, 손상 조건는 다음과 같이 결정된다:
또는
,
여기서, n은 속도, T는 토크, t는 시간 증분, p는 적어도 하나의 기계 구성요소에 대한 손상 입력의 세기를 나타내는 파라미터이며, 파라미터 p는 각 기계 구성요소별로 지정된다.
그러므로, 본 실시예의 손상 조건은 소정의 기간에 걸쳐 이산 시간 손상 입력이 누적된 것이다. 바람직하게는, 차량의 개별 구성요소에 대한 손상 입력은 차량이 서비스를 시작한 날부터 전체 수명 주기에 걸쳐 기록된다. 이러한 방식으로 개별 구성요소의 손상 조건를 정확하게 예측할 수 있다.
또 다른 유리한 실시예에서, 방법은 또한 다음 단계를 포함한다:
적어도 하나의 전기 구성요소의 온도에 대한 값을 결정하는 단계;
미리 정의된 기간에 걸쳐 손상 입력으로 인한 손상 조건 및 온도 값에 따라 적어도 하나의 전기 구성요소에 대한 손상 입력 값을 결정하는 단계,
여기서 2 개의 전기 구동 축의 경우에 전기 구동 축들 또는 1 개의 전기 구동 축의 경우에 전기 구동 축은 적어도 하나의 전기 구성요소의 손상 조건을 고려하여 추가적으로 제어된다.
전기 구성요소의 경우, 예를 들어, 전기 모터나 인버터의 경우, 수명은 구성요소 온도에 의해 크게 영향을 받는다. 전기 구성요소의 과열은 서비스 수명을 단축시키므로 가능한 한 피해야 한다. 제어 전략을 적응적으로 조정하면 전기 모터나 인버터가 과열될 가능성이 줄어들고 구성요소 수명이 늘어난다. 이를 위해서는, 각 구성요소의 온도를 관찰하는 것이 필요하며, 즉 예를 들어 전기 모터 및 인버터에 온도 센서를 장착하는 것이 필요하다. 전기 모터 또는 인버터의 온도가 미리 결정된 최대 온도를 초과하는 경우, 제어기는 다음 조치를 취하여 이 구성요소의 열 부하를 완화할 수 있다:
전기 구동 축에 필요한 동력은 주로 영향을 받지 않는 동력 전달 경로를 통해 인가된다. 너무 뜨겁거나 과열된 구성요소를 갖춘 동력 전달 경로는 이제 아직 부족한 동력을 제공한다는 점에서 지원적인 의미에서만 활성화된다. 그후 동력 분배는 더 차가운 구성요소를 위해 이동한다. 과열된 구성요소로부터 소비되는 동력이 줄어들어 추가 가열이 방지되거나 냉각된다.
전기 구동 축에 필요한 동력이 하나의 동력 전달 경로를 통해서만 인가될 수 있는 경우, 영향을 받는 구성요소가 위치한 동력 전달 경로는, 필요한 경우 상류에 위치할 수 있는 변속기를 통해 분리될 수 있다.
이 2 개의 조치 중 하나가 수행되고 영향을 받은 구성요소가 허용 가능한 온도 범위로 돌아온 후에는 이러한 조치는 다시 중단될 수 있다.
이에 따라서, 또 다른 유리한 실시예에서, 방법은 또한 다음 단계를 포함할 수 있다:
전기 구성요소의 손상 조건 또는 상대 손상 조건에 대한 현재 값이 제2 한계값을 초과하는지 여부를 검증하는 단계; 및
제2 한계값이 초과되는 경우, 특히 온도에 의해 야기된 손상 입력에 따라 제1 전기 모터 및/또는 제2 전기 모터에 의해 제공되는 동력에 대한 임계값을 정의하는 단계, 여기서 2 개의 전기 구동 축의 경우의 전기 구동 축들, 또는 1 개의 전기 구동 축인 경우의 전기 구동 축은 제공된 동력에 대한 임계 값을 고려하여 제어된다.
제공되는 동력에 대한 임계값을 정의함으로써 온도 측면에서 손상 입력이 제한될 수 있다. 결과적으로, 각 서비스 수명에 대해 정당한 값에 도달할 때까지 손상 조건의 증가가 감소될 수 있다.
또 다른 유리한 실시예에서, 전기 구성요소는 온도 값에 따라 냉각된다. 결과적으로 손상 입력은 감소될 수 있다.
또 다른 유리한 실시예에서, 방법은 다음 단계를 포함한다:
● 적어도 하나의 기계 구성요소 및/또는 적어도 하나의 전기 구성요소에 대한 기준 손상 조건을 제공하는 단계; 및
● 결정된 손상 조건 및 기준 손상 조건에 기초하여 상대 손상 조건을 결정하는 단계, 여기서 제1 한계 값 및/또는 제2 한계 값은 상대 손상 조건과 관련하여 정의된다.
차량 구성요소의 설계를 통해, 서비스 수명 동안 허용 가능한 손상 입력과, 이에 따른 이러한 원하는 서비스 수명이 종료 시에 최대 허용 가능한 손상 조건은 일반적으로 각 구성요소에 대해 알려져 있다. 소정의 시점까지 발생된 손상 입력은 함께 손상 조건을 초래하며, 이 지점까지의 최대 비례 손상 입력, 즉 허용 가능한 손상 조건과 비교될 수 있으며, 이러한 방식으로 상대 손상 조건 R이 결정될 수 있다. 이러한 상대 손상 조건 R과 관련하여, 손상 입력을 조정하기 위한 조치는 취해질 수 있다.
상대 손상 조건 R의 값은 바람직하게는 다음과 같이 해석될 수 있다:
● R>1:
구성요소가 이전과 동일한 응력을 계속 받게 되는 경우, 원하는 서비스 수명은 달성되지 않을 수도 있다. 원하는 서비스 수명이 끝나기 전에 구성요소의 고장이 발생할 가능성이 높다.
● R=1:
구성요소가 이전과 동일한 응력을 계속 받게 되는 경우, 이러한 구성요소에 대해 원하는 서비스 수명이 달성될 가능성이 높다.
● R<1:
구성요소가 이전과 동일한 응력을 계속 받게 되는 경우, 동일한 사용 패턴으로 원하는 서비스 수명이 초과될 가능성이 높다. 원하는 서비스 수명이 종료되기 전에 구성요소의 고장이 발생할 가능성은 거의 없다.
방법의 또 다른 유리한 실시예에서, 2 개의 전기 모터를 제어할 때, 2 개의 전기 구동 축의 경우 전기 구동 축의 효율도 고려되거나, 1 개의 전기 구동 차축의 경우 전기 구동 축의 효율도 고려되고, 제1 및 제2 전기 모터의 동점 지점 쌍은 토크에 대한 임계 값 및/또는 동력에 대한 임계 값 내에 유지되면서, 효율 측면에서 최적화된 동작이 2 개의 전기 모터 중 적어도 하나에서 달성되는 방식으로 선택된다.
방법의 또 다른 유리한 실시예에서, 토크 피크 및/또는 전력 피크를 감쇠하기 위한 임계 값 또는 임계 값들은 제1 및/또는 제2 전기 모터에 의해 초과될 수 있다.
임계 값을 유연하게 적용할 수 있기 때문에, 마치 이 동력을 영구적으로 사용해야 하는 것처럼 구성요소를 설계하지 않고도 더 높은 동력이나 토크가 제공될 수 있다. 이는 제공되는 동력, 시스템 효율 및 중량 사이에서 적절한 절충안이 달성된다.
추가 특징 및 장점은 도면을 참조하여 다음 설명에서 설명된다.
각 경우에 적어도 부분적으로 개략적으로:
도 1a: 차량의 전기 구동 축의 예시적인 실시예를 도시하고;
도 1b: 차량의 2 개의 전기 구동 축의 예시적인 실시예를 도시하고;
도 2a: 1 개의 전기 구동 축의 제1 예시적인 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시하고;
도 2b: 2 개의 전기 구동 축의 제1 예시적인 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시하고;
도 3a: 전기 구동 축의 제2 예시적인 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시하고;
도 3b: 2 개의 전기 구동 축의 제2 예시적 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시하고;
도 4: 전기 구동 축을 제어하는 방법의 예시적인 실시예의 블록도를 도시하고;
도 5a: 최대 비례 손상 조건의 시간에 따른 진행과 관련하여 손상 조건의 시간에 따른 진행을 보여주는 다이어그램을 도시하고;
도 5b: 상대 손상 조건의 시간 경과에 따른 진행을 도시하고;
도 6: 전기 구동 축의 전기 모터 간의 서로 다른 토크 분배를 보여주는 다이어그램을 도시하고;
도 7: 전기 모터에 의해 제공되는 토크에 대한 임계 값을 정의하기 위한 과정의 예시적인 실시예를 도시하고;
도 8: 전기 구동 축의 2 개의 전기 모터 사이의 토크 분배를 정의하는 과정의 블록 다이어그램을 도시하고;
도 9: 전기 구동 축에 대한 제어 전략의 예와 관련된 다양한 다이어그램을 도시하며; 그리고
도 10: 2 개의 전기 모터로 전기 구동 축을 제어하는 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1a는 전기 구동 축(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이는 두 개의 전기 모터(EM1 및 EM2)에 의해 구동된다. 이들 전기 모터(EM1, EM2) 각각은 변속기(3, 4)를 통해 토크 전달 방식으로 실제 축(2)에 연결되거나, 또는 클러치가 있는 경우 연결 가능하다.
기계적 배치는 전기 모터(EM1 및 EM2) 둘다가 동시에 축(2)를 구동할 수 있는 방식으로 설계된다.
차축의 구동은 바람직하게는 변속기(3, 4)의 두 동력 토크가 축(2)에서 합쳐지는 방식으로 설계된다. 예를 들어, 이는 스퍼 기어단 또는 공통 차동 장치(common differential)에 의해 실현될 수 있다.
2 개의 변속기(3, 4)는 간단한 스퍼 기어, 즉 단일 속도 변속기로 설계될 수도 있지만 클러치가 있거나 없는 다단 변속기로도 설계될 수 있다.
제1 전기 모터(EM1)로부터 축(2)으로의 제1 동력 전달 경로는 제1 변속기(3)를 통해 형성된다. 제2 전기 모터(EM2)로부터 축(2)으로의 제2 동력 전달 경로는 제2 변속기(4)를 통해 형성된다.
바람직하게, 2개의 변속기(3, 4) 각각은 예를 들어 분리 클러치를 통해 또는 중립 위치에 의해 각각의 동력 전달 경로를 분리하는 옵션을 가진다.
이를 통해 2 개의 전기 모터(EM1, EM2) 중 하나만을 통해 축(2)을 구동할 수 있다. 2개의 전기 모터(EM1, EM2) 각각에는 바람직하게는 인버터(12, 13)를 통해 전력이 공급된다. 바람직하게는, 인버터(12, 13) 각각은 소위 E-축 제어 유닛(14)(EACU)에 의해 각 전기 모터(EM1, EM2)에 대한 목표 토크를 지정하는 제어 유닛을 포함한다. 현재 적용된 토크와 전기 모터(EM1, EM2)의 현재 속도는 E-축 제어 유닛(14)에 의해 제공된다.
바람직하게, 전기 모터(EM1 및 EM2)의 속도는 또한 각 경우에 속도 센서(15, 16)를 통해 측정되고 E-축 제어 유닛(14)에 사용 가능하게 된다.
기계적 손상 입력을 고려한 제어 전략의 경우, E-축 제어 유닛(14)이 전기 모터(EM1, EM2)의 실제 속도, 및 각 동력 전달 경로 또는 영향을 받는 각 구성요소에 적용되는 토크를 더 정확하게 알수록, 이는 더 유리할 수 있다.
실제 축(2)은 결과적으로 차량의 휠(17, 18)을 구동한다.
도 1b는 차량의 2개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이는 2 개의 전기 모터(EM1 및 EM2)에 의해 구동된다. 이들 전기 모터(EM1, EM2) 각각은 변속기(3, 4)를 통해 토크 전달 방식으로 실제 축(2a, 2b)에 연결되거나, 클러치가 있는 경우 연결 가능하다.
기계적 배치는 전기 모터(EM1, EM2) 둘 다가 각각 연결된 축(2a, 2b)을 동시에 구동할 수 있는 방식으로 설계된다.
2개의 변속기(3, 4)는 간단한 스퍼 기어, 즉 단일 속도 변속기로 설계될 수도 있지만 클러치가 있거나 없는 다단 변속기로도 설계될 수 있다.
제1 전기 모터(EM1)로부터 제1 축(2a)으로의 제1 동력 전달 경로는 제1 변속기(3)를 통해 형성된다. 제2 전기 모터(EM2)로부터 제2 축(2b)으로의 제2 동력 전달 경로는 제2 변속기(4)를 통해 형성된다.
바람직하게, 2개의 변속기(3, 4) 각각은 예를 들어 분리 클러치를 통해 또는 중립 위치에 의해 각각의 동력 전달 경로를 분리하는 옵션을 가진다.
2개의 전기 모터(EM1, EM2) 각각에는 인버터(12a, 12b)를 통해 전력이 공급되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 인버터(12a, 12b) 각각은 소위 E-축 제어 유닛(14)(EACU)에 의해 각 전기 모터(EM1, EM2)에 대한 목표 토크를 지정하는 제어 유닛을 포함한다. 현재 적용된 토크 및 전기 모터(EM1, EM2)의 현재 속도는 E-축 제어 유닛(14)에 의해 제공된다.
바람직하게, 전기 모터(EM1 및 EM2)의 속도는 또한 각 경우에 속도 센서(15a, 15b)를 통해 측정되고 E-축 제어 유닛(14)에 사용 가능하게 된다.
기계적 손상 입력을 고려한 제어 전략의 경우, E-축 제어 유닛(14)이 전기 모터(EM1, EM2)의 실제 속도, 및 각 동력 전달 경로 또는 영향을 받는 각 구성요소에 적용되는 토크를 더 정확하게 알수록, 이는 더 유리할 수 있다.
실제 축(2a, 2b)은 결과적으로 차량의 휠(17a, 17b, 18a, 18b)을 구동한다.
도 2a는 전기 구동 축(1)의 제1 예시적인 실시예의 상세도를 도시한다. 이 상세도는 동력 전달 경로의 개별 기어 및 베어링을 도시한다. 이들은 또한 전기 구동 축(1)의 동작 동안에 가장 큰 기계적 손상을 받기 쉬운 구성요소들이다. 실질적으로 제1 동력 전달 경로를 형성하는 제1 변속기(3)는 바람직하게는 제1 스퍼 기어단(8) 및 제2 스퍼 기어단(9, 10)을 가진다. 제2 스퍼 기어단(9, 10)은 변속이 가능하도록 설계되어 있어 두 기어 또는 변속비 간에서 제1 변속비(9)와 제2 변속비(10)를 선택할 수 있다.
실질적으로 제2 동력 전달 경로를 형성하는 제2 변속기(4)도 2 개의 스퍼 기어단(9, 10)을 갖지만, 변속비를 변경할 가능성은 없다. 두 개의 변속기(3, 4)는 바람직하게는 차동 장치(11)를 구동하고, 차동 장치는 결과적으로 실제 축(2)을 구동한다.
도 2b는 차량의 제1 전기 구동 축(1a) 및 제2 전기 구동 축(1b)의 제1 예시적인 실시예의 상세도를 도시한다. 이러한 상세 보기는 동력 전달 경로의 개별 기어 및 베어링을 나타낸다. 이들은 또한 전기 구동 축(1a, 1b)의 동작 동안에 가장 큰 기계적 손상을 받기 쉬운 구성 요소이기도 한다. 실질적으로 제1 동력 전달 경로를 형성하는 제1 변속기(3)는 바람직하게는 제1 스퍼 기어단(8a)과 제2 스퍼 기어단(9a, 10a)을 가진다. 제2 스퍼 기어단(9a, 10a)은 변속 가능하도록(shiftable) 설계되어, 제1 변속비(9a)와 제2 변속비(10a)로서 2개의 기어들 또는 변속비들 사이에서 선택할 수 있다.
실질적으로 제2 동력 전달 경로를 형성하는 제2 변속기(4)도 2개의 스퍼 기어단(9b, 10b)을 갖지만 변속비를 변경할 가능성은 없다. 2 개의 변속기(3, 4)는 바람직하게는 각 경우에 차동 장치(11a, 11b)를 갖고, 이는 결과적으로 실제 축(2a, 2b)을 구동한다.
도 3a는 전기 구동 축(1)의 제2 예시적인 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시한다. 이 예시적인 실시예는 도 2a에 따른 제1 예시적인 실시예와 실질적으로 동일하다. 그러나 후자와 대조적으로, 제2 변속기(4)에는 두 변속비들 사이에서 변속될 수 있는 제2 변속단도 장착된다. 부가적으로, 제1 변속기(3)와 제2 변속기(4)의 중립 위치도 클러치 메커니즘에 의해 실현될 수 있다.
도 3b는 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 제2 예시적인 실시예의 기계 구성요소의 상세도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예는 도 2b에 따른 두 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 갖는 제1 예시적인 실시예와 실질적으로 동일하다. 그러나 후자와 대조적으로, 제2 변속기(4)에는 두 변속비들 사이에서 변속될 수 있는 제2 변속단도 장착된다. 부가적으로, 제1 변속기(3)와 제2 변속기(4)의 중립 위치도 클러치 메커니즘에 의해 실현될 수 있다.
도 4는 출력부(2)를 함께 구동하는 2개의 전기 모터(EM1, EM2)로 전기 구동 축(1)을 제어하는 방법(100)의 예시적인 실시예의 블록도를 도시한다.
이 방법을 사용하면 기계 구성요소의 손상과 상관된 서비스 수명을 모니터링하고 기어 선택의 동작 전략과 2 개의 동력 전달 경로들 사이의 토크 분배에 적응적으로 고려할 수 있다.
제1 단계에서, 기계적 작용으로 인한 손상이 고려된다. 부가적으로, 특히 전기 구성요소의 경우 열 응력으로 인한 손상 입력도 동작 전략에서 고려될 수 있다.
따라서, 제1 단계(101a))에서, 동력 전달 경로의 전달 경로 중 적어도 하나의 기계 구성요소(5) 및 전기 모터에 인가되는 속도 및 토크의 값이 결정된다. 특히, 값은 센서에 의해 직접 또는 간접적으로 측정된다. 토크가 인가되는 이러한 기계 구성요소(5)는 특히 베어링과 기어이다.
제2 단계(102a))에서는 인가된 속도 값과 인가된 토크 값에 따라 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 대한 손상 입력 값이 결정되며, 미리 정의된 기간(period of time) 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건 값이 결정된다.
바람직하게는, 제3 단계(103a))에서, 최대 비례 손상 조건 Dmax(t)는 적어도 하나의 기계 구성요소 및/또는 적어도 하나의 전기 구성요소에 대해 제공된다.
제4 단계(104a))에서는, 결정된 손상조건 Dj(t)와 최대 비례 손상 조건 Dmax(t)에 기초하여 상대 손상 조건 Rj(t)이 결정되고, 이에 따라 제1 한계 값 및/또는 제2 한계 값은 상대적 손상 조건과 관련하여 정의된다.
더욱이, 제5 단계(105a))에서는 손상 조건 값이 제1 한계 값을 초과하는지 여부를 체크하는 것이 바람직하다.
제6 단계(106a))에서, 제1 한계 값을 초과하는 경우, 제1 전기 모터(EM1) 및/또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공되는 토크에 대한 임계 값은 바람직하게는 특히 제공된 토크로 인해 야기된 손상 입력 및/또는 손상 조건에 따라 정의되고, 이에 따라 전기 구동 축은 제공된 동력에 대한 임계 값을 고려하여 제어된다.
마지막으로, 제7 단계(107)에서, 전기 구동 축(1)은 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건을 고려하여 제어된다.
바람직하게는, 전기 구동 축(1)은 서로 관련된 서로 다른 동력 전달 경로(3, 4)의 상대적인 손상 조건 및/또는 현재 손상 입력이 고려되는 방식으로 제어된다. 더욱이, 서로 다른 동력 전달 경로의 상대적인 손상 조건이 최대한 균형을 이루는 방식으로 축이 제어되는 것이 바람직하다.
여기에는 본질적으로 전기 구동 축(1)을 제어하기 위한 두 가지 대안이 있다: 두 개의 동력 전달 경로(3, 4) 중 적어도 하나의 변속비는 적어도 하나의 기계 구성요소(5)가 응력을 받지 않는 방식으로 조정되거나 정의된 방식으로만 조정되거나, 또는 두 전기 모터들(EM1 및 EM2) 사이의 동력 분배는 기계 구성요소가 마찬가지로 응력을 받지 않도록 조정되거나 정의된 방식으로만 조정된다.
또한 바람직하게, 전기 구동 축을 제어하기 위해서, 2개의 동력 전달 경로 중 적어도 하나의 변속비는 임계 값이 정의된 전기 모터(EM1, EM2)가 서로 다른 특히 고속에서의 서로 다른 동작 지점에서 동작될 수 있는 방식으로 조정되거나, 또는 2 개의 전기 모터들 사이의 동력 분배는 임계 값이 정의된 전기 모터(EM1, EM2)가 더 적은 토크를 제공하거나 흡수해야 하는 방식으로 조정된다.
제2 단계(102a))에서, 손상 조건은 바람직하게는 다음 공식에 의해 결정된다:
또는
여기서 n은 속도이고, T는 토크이고, △t는 시간 증분이며, 그리고 p는 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 대한 손상 입력 세기를 지정하는 파라미터이다. 파라미터(p)는 각 기계 구성요소(5)에 대해 지정되어야 한다.
도 4(우측편 분기)에 도시된 바와 같이, 전기 축을 제어하기 위한 방법(100)은 전기 구성요소(상세하게 도시되지 않음)에 대해 병렬로 수행될 수도 있다. 이들 전기 구성요소는 예를 들어 전기 모터(EM1, EM2) 또는 인버터(12a, 12b)의 구성요소이다.
본질적으로, 여기의 단계는 적어도 하나의 기계 구성요소(5), 특히 베어링 또는 기어와 관련된 손상 입력 값을 결정하는 것과 유사하다.
여기에서도 역시, 제1 단계(101b))에서, 적어도 하나의 전기 구성요소의 온도 값이 결정된다.
제2 단계(102b))에서, 온도 값에 따라 적어도 하나의 전기 구성요소에 관련된 손상 입력 값이 결정되며, 그리고 미리 정의된 기간 동안 손상 입력으로 인한 손상 조건도 결정된다.
제3 단계(103b))에서, 적어도 하나의 전기 구성요소의 온도에 대한 기준 손상 조건도 제공된다.
제4 단계(104b))에서, 전기 구성요소(7)의 상대 손상 조건은 결정된 손상 조건 및 기준 손상 조건을 기초로 하여 결정되고, 이에 따라 제2 한계 값은 상대적 손상 조건과 관련하여 정의된다.
제5 단계(105b))에서는 손상 조건 값이 제2 한계 값을 초과하는지 여부를 체크하는 것이 바람직하다.
제6 단계(106b))에서는, 제2 한계 값을 초과하는 경우, 특히 온도에 의해 야기된 손상 입력 및/또는 손상 조건에 따라 제1 전기 모터(EM1) 및/또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공되는 동력에 대한 임계 값이 정의되고, 이에 따라 전기 구동 축은 제공된 동력에 대한 임계 값을 고려하여 제어된다.
열 손상 입력이 고려되는 경우, 전기 구동 축(1)은 제7 단계(107)에서 적어도 하나의 전기 구성요소의 손상 조건을 고려하여 추가로 제어된다.
제7 단계(107)에 더하여 또는 제7 단계(107) 대안으로, 이 경우 제8 단계(108)에서, 적어도 하나의 전기 구성요소는 온도 값에 따라 냉각될 수 있다. 따라서, 전기 구성요소와 관련하여, 부하를 완화하는 두 가지 가능한 방식이 다시 있다. 첫 번째는 전기 구성요소가 할당된 전기 모터의 동력을 줄이는 것이다. 두 번째는 전기 구성요소를 냉각시키는 것이다.
추가로, 이것이 동력 측면에서 가능한 경우, 영향을 받는 전기 구성요소가 위치한 동력 전달 경로 중 하나는 스위칭이 가능하다면, 상류 전달을 통해 연결 해제될 수 있다.
도 5a는 시간에 관련된 손상 조건(D)의 다이어그램을 도시한다. 점선 Dmax(t)는 시간 경과에 따른 최대 비례 손상 조건을 나타내며, 이에 따라 구성요소의 원하는 서비스 수명이 종료될 시에 수평선으로 표시된 최대 권장 손상 조건에 정확하게 도달한다(점선: 선형 증가). 최대 권장 손상 조건을 초과하면 고장 확률이 높아진다. 반면, Dj(t)는 누적된 손상 입력, 즉 실제로 시간(t)에서 구성요소(5)의 손상 조건, 즉 토크 및 속도로부터의 실제 부하로부터 결정된 구성요소에 대한 손상 조건을 나타낸다. 이 곡선 Dj(t)는 단조롭게 증가한다. 다이어그램에서 알 수 있는 바와 같이, 시간(t1)으로부터 계속해서, 이 실제 손상 조건 Dj(t)는 해당 시간에 제공되는 최대 비례 손상 조건 Dmax(t)를 초과한다. 시간(t1) 이후 손상 입력을 줄이기 위한 조치를 취하면 곡선 Dj(t)가 평탄해진다. 이러한 방식으로, 곡선 Dj(t)는 곡선 Dmax(t) 아래로 되돌아갈 수 있다. 시간(t2)에서, 실제 손상 조건의 곡선은 최대 비례 손상 조건 Dmax(t2) 아래로 다시 떨어진다. t1과 t2 사이의 기간에 어떠한 조치도 취하지 않는 경우, 곡선 Di(t)는 평탄화되지 않으며, 원하는 서비스 수명(예를 들어 본 예에서 20 년)이 종료되기 전에 최대 권장 손상 조건에 도달하게 된다. 원하는 서비스 수명이 종료되기 전에 구성요소(5)의 고장 확률이 높아진다.
도 5a에서, 원하는 수명은 예를 들어 20년이다.
도 5b에서, 상대 손상 조건 Rj(t)는 도 5a의 타임라인에 해당하는 다이어그램으로 표시된다.
상대 손상 조건 Rj(t)는 실제 손상 조건 Dj(t)를 주어진 시간(t)에서의 각 최대 비례 손상 조건으로 나눈 결과이다.
t1과 t2 사이의 기간은 상대 손상 조건(R)이 1 이상으로 상승한다는 사실에 의해 특징이 지어진다. 이는 구성요소의 조기 고장을 방지하기 위해 방지되어야 한다. 이에 따라서, 한계 값(Rinc 및 Rdec)은 바람직하게는 도 5b에 점선으로 표시되어 정의되며, 이로부터 추가적인 손상 입력을 줄이기 위한 조치가 취해지거나 철회된다. 예를 들어, 원하는 최대 상대 손상 조건을 지정하는 한계 값(Rinc)으로부터, 손상 입력을 줄이기 위한 조치를 취하거나 늘려야 한다. 반면, Rdec는 손상 입력을 줄이기 위한 조치를 줄일 수 있는 상대 손상 조건 값을 지정한다. 두 한계 값(Rinc 및 Rdec) 모두는 R = 1 이하인 것이 바람직하다.
상대 손상 조건 Rj(t)의 값이 1보다 높아지면, 예를 들어 경고 등이 활성화될 수 있다. 이는 구성요소가 이 지점까지 평균보다 높은 하중을 받았음을 나타낸다.
그러므로 손상 상태(Dmax(t))는 손상 조건에 대한 시간에 따른 한계 값을 나타낸다. 각 구성요소(j)마다 값이 상이하다.
도 5b에서, R = 1 값은 이러한 한계 값에 대응한다.
도 6은 손상 조건의 한계값에 따라 전기모터가 제공하는 토크 또는 동력에 대한 임계 값을 정의하는 과정을 나타낸다.
각 경우에, j는 고려 중인 구성요소를 나타낸다.
도 6은 제1 전기 모터(EM1) 또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공될 토크에 대한 임계 값을 정의하는 과정을 도시한다. 조치는 전기 구동 축의 기계 구성요소(5) 및/또는 전기 구성요소의 과부하를 제거하기 위한 것이다. 상술된 바와 같이, 조치에는 제1 전기 모터(EM1) 또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공될 토크에 대한 임계 값, 또는 제1 전기 모터(EM1) 또는 제2 전기 모터(EM1)의 동작 지점을 보다 높은 속도로 전환시키거나 문제의 전기 모터를 완전하게 분리시키는 스위칭 프로세스, 또는 기계 구성요소(5) 및/또는 전기 구성요소의 냉각이 포함될 수 있다.
토크 제한과 관련하여 과정이 설명된다. 그러나, 이 과정이 다른 측정에도 적용될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백하다.
다음 과정에서, Tmax는 고려 중인 동력 전달 경로의 전기 모터(EM1 또는 EM2)에서 가능한 최대 토크를 지칭한다. 구성요소(j)가 고려 중인 동력 전달 경로에서 관심있는 구성요소 중 하나인 경우, Tj는 이 구성요소(j)의 현재 상대적 손상 조건을 기반으로 한 토크 제한에 대한 제안을 나타낸다. 마지막으로, 토크 제한(Tlim)은 전기 모터에 구현된다. 이는 관심있는 모든 구성요소(j)에 대한 제한 제안(Tj)를 기반으로 하여 선택된다. 따라서 한편으로 Tlim은 Tj이하이고, 다른 한편으로 Tlim은 또한 항상 Tmax보다 작거나 같다. t = 0에서 과정이 시작될 시에 어떠한 구성요소(j)와 관련된 토크 제한 제안(Tj)이 없다. 그러므로, 이 시점에서는 Tj = Tlim = Tmax가 모든 구성요소에 적용된다. 이는 임의의 구성요소(j)에 대한 토크 제한 제안을 기반으로 한 활성 토크 제한이 없으며, 필요한 경우 두 전기 모터(EM1 및 EM2) 모두가 그들의 최대 토크(Tmax)에서 동작될 수 있음을 의미한다.
과정에서의 제1 단계에서, 모든 구성요소(j)와 관련하여 현재 상대적 손상 조건(Rj)이 쿼리된다. 이 시점에서는 토크를 제한하기 위한 조치가 아직 취해지지 않았기 때문에, 블럭도의 우측 분기로 이동된다. 이제 현재의 상대 손상 조건(Rj)가, 조치가 도입되거나 증가될 필요가 있는 최대 원하는 상대 손상 조건(Rinc)보다 큰지 여부가 체크된다. 이러한 경우가 있다면, 새로운 조치가 구성요소와 관련하여 정의된다(이 경우에 토크 제한 제안(Tj)). 반면, 상대 손상 조건(Rj)이 한계값(Rinc)보다 작으면, 어떠한 조치도 취하지 않는다. 이로써, 구성요소(Tj)와 관련된 토크 제한 제안은, 각각의 동력 전달 경로(3, 4)를 구동하는 각각의 전기 모터(EM1, EM2)에서 가능한 최대 토크(Tmax)와 여전히 동일하다.
이러한 체크는 동력 전달 경로(3, 4)의 모든 구성요소에 대해 수행된다. 그 후, 이러한 동력 전달 경로에 대한 활성 토크 제한(Tlim)이 구성요소(j)에 대해 결정된 최소 토크 제한 제안(Tj)으로 설정된다. 그 후, 과정 모두가 다시 시작된다. 이제, 조치, 즉 활성 토크 제한(Tlim)이 있으므로, 과정은 좌측 분기에서 계속된다. 이제, 현재의 상대 손상 조건(Rj)이 서로 다른 3 개의 한계 값과 비교되는 것이 바람직하다. 이미 설명된 바와 같이, Rinc은 조치가 도입되거나 늘려야 하는 원하는 최대 상대 손상 조건이다.
Rdec는 조치가 감소될 수 있는 상대 손상 조건이다.
Rmin는 어떠한 조치도 요구되지 않은 상대 손상 조건이다.
다음 상관 관계가 적용된다:
Rinc > Rdec > Rmin
현재 상대 손상 조건(Rj)이 Rinc보다 크면 조치는 늘어나야 하며, 토크의 경우 이는 토크 제한(Tj)에 대한 임계값이 낮춰줘야 함을 의미한다.
현재 상대 손상 조건(Rj)이 Rmin보다 작으면, 이 구성요소와 관련된 조치가 해제될 수 있다. 이 경우, 이 구성요소와 관련하여, 각 전기 모터(EM1, EM2)의 최대 토크(Tmax)가 제공될 수 있다.
현재 상대 손상 조건(Rj)이 Rdec보다 작지만 Rinc보다 큰 경우에, 각 조치는 줄어들 수 있다. 토크 제한의 경우에, 이는 임계 값이 증가될 수 있음을 의미한다.
현재 상대 손상 조건(Rj)이 Rinc보다 작지만 Rdec보다 큰 경우에, 구성요소(j)에 관련된 조치는 변경되지 않은 상태로 유지되어야 한다.
이러한 하위 프로세스는 또한 모든 구성요소(j)에 대해서도 반복된다. 그러면 활성 토크 제한(Tlim)은 각 동력 전달 경로(3, 4)에 있는 구성요소(j)에 대한 가장 강한 조치의 각각의 임계 값에 대응하도록 각 동력 전달 경로(3, 4)에 대해 설정된다. 토크와 관련하여, 이는 활성 토크 제한(Tlim)이 모든 구성요소(j)에 걸쳐 토크 제한 제안(Tj)의 최소값에 해당한다는 것을 의미한다.
도 7은 제1 전기 모터(EM1) 및 제2 전기 모터(EM2)의 모터 특성을 각각 나타내는 2개의 다이어그램을 도시한다. 각각의 경우, 토크는 모터 속도 위에 표시된다.
두 개의 다이어그램에 기초하여, 제1 전기 모터(EM1)와 제2 전기 모터(EM2) 사이의 토크 분배는 두 개의 전기 모터(EM1, EM2)에서 주어진 동력과 주어진 속도(n1, n2)에서 결정될 수 있다. 제1 전기 모터(EM1) 또는 상기 제1 전기 모터가 제공되는 제1 동력 전달 경로(3)에 대해, 활성 토크 제한(Tlim)이 있다.
따라서, 제1 전기 모터(EM1)에 의해 제공되는 토크가 Tlim보다 작은 토크 분배 쌍만이 선택될 수 있다. 그렇지 않으면, 토크 분배는 전기 구동 축(1)의 효율성 측면에서 최적화된 동작을 달성하는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다.
도 8은 시스템의 전체 효율을 고려하여 이러한 토크 분포가 선택되는 과정을 나타낸다.
이 과정에 대한 사양은 총 출력부(2a, 2b)에서 필요한 부하점 및 동력 전달 경로(3, 4) 중 하나 또는 둘 다에서 가능한 활성 토크 제한(Tlim)이다. 토크 제한(Tlim)이 있는 경우, 토크 분배는 효율에 초점을 맞추고 활성 토크 제한(Tlim)을 고려하여 결정된다. 이에 대한 해결책이 없다면, 이와 대조적으로 토크 분배는 토크 제한을 고려함 없이 효율에 초점을 맞춰 결정된다.
제1 장소에 활성 토크 제한(Tlim)이 없는 경우에도 동일하게 적용된다.
도 9는 시간에 따른 토크를 나타내는 4개의 다이어그램 (a), (b), (c) (d)를 보여 주며, 도 8에 따른 제어 전략이 사용되는 구체적인 예이다. 도 9a 및 도 9b 각각은 제1 전기 모터(EM1)에 의해 제공되는 이산 시간 토크를 나타낸다.
반면, 도 9c 및 도 9d는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공되는 토크 값을 나타낸다. 도 9a 및 9c에서, 활성 토크 제한(Tlim)이 없다. 반면, 도 9b 및 도 9d에서는, 제1 전기 모터(EM1)에 대한 토크 제한(Tlim)이 있다.
제1 전기 모터(EM1)에 요청된 토크가 이러한 제1 전기 모터(EM1) 또는 제1 동력 전달 경로(3)와 관련하여 활성 토크 제한(Tlim)을 초과하는 경우, 도 9b 및 9d에 도시된 바와 같이, 과도하게 요청된 토크는 제2 전기 모터(EM2)에 전달된다. 이는 지정된 시간(t1, t2, t3) 동안 더 큰 토크(T)를 전달해야 제1 전기 모터(EM1)가 제공된 토크(T)를 줄일 수 있다. 이는, 제2 전기 모터(EM2)도 이미 동력 제한 또는 토크 제한(Tmax)에서 전달되고 있기 때문에 이후 시간(t4, t5, t6)에서는 더 이상 가능하지 않다. 이 경우, 필요한 토크를 제공하기 위해, 토크 재분배를 피하고 활성 토크 제한(Tlim)을 무시하는 것이 바람직하다.
도 10은 2개의 전기 모터(EM1, EM2)로 전기 구동 축(1)을 제어하는 시스템(20)을 도시한다.
이러한 시스템(20)은 바람직하게는 동력 전달 경로(3, 4)의 적어도 하나의 기계 구성요소(5) 및/또는 전기 모터(EM1, EM2)에 인가되는 속도 및 토크의 값을 결정하기 위한 수단(21), 특히 센서를 가진다. 더욱이, 이러한 시스템(20)은 바람직하게는 인가된 속도의 값과 인가된 토크의 값에 따라 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 관한 손상 입력의 값을 결정하고 미리 정의된 기간 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건의 값을 결정하는 수단(22)을 가진다. 마지막으로, 이러한 시스템(20)은 바람직하게는 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건을 고려하여 전기 구동 축(1)을 제어하기 위한 수단(23)을 가진다.
본 발명의 맥락 내에서 수단은 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 특히 바람직하게는 메모리 및/또는 버스 시스템에 연결된 프로세싱 유닛, 특히 디지털 프로세싱 유닛, 특히 마이크로프로세서 유닛(CPU) 및/또는 하나 이상의 프로그램 또는 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. CPU는 저장 시스템에 저장된 프로그램으로 구현된 명령어를 처리하고, 데이터 버스로부터 입력 신호를 캡처하고, 그리고/또는 데이터 버스에 출력 신호를 발생하도록 설계될 수 있다. 저장 시스템은 하나 이상의, 특히 서로 다른 저장 매체, 특히 광학, 자기, 솔리드-스테이트 및/또는 다른 비휘발성 매체를 포함할 수 있다. 프로그램은 여기에 설명된 방법을 구현하거나 수행할 수 있도록 설계되어 CPU가 이러한 방법의 단계를 실행하도록 할 수 있다.
바람직하게는, 시스템(20)은 방법(100)의 추가 단계를 수행하기 위한 추가 수단을 가진다. 또한 바람직하게, 적어도 일부 수단, 특히 전체 시스템(20)은 E-축 제어 유닛(14)에 통합되는 것이 바람직하다.
예시적인 실시예는 단지 예일 뿐이며 보호, 적용 및 구조의 범위를 제한하려는 의도가 전혀 없다는 점에 유의해야 한다. 오히려, 앞선 설명은 통상의 기술자에게 적어도 하나의 예시적인 실시예의 구현을 위한 가이드를 제공하며, 그에 따라 청구항 및 기능에 대한 동등한 설명으로 인해 발생된 보호의 권리 범위로부터 벗어남 없이, 특히 설명된 구성요소의 기능 및 배치와 관련하여 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 전기 모터(EM1, EM2)를 각각 갖는 차량의 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하거나, 출력부를 함께 구동하는 2 개의 전기 모터(EM1, EM2)를 갖는 전기 구동 축(1)을 제어하는 방법으로서, 전기 모터(EM1, EM2)를 각각 갖는 차량의 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하는 경우에, 제1 전기 모터(EM1)는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로(3)를 통해 제1 출력부(2a)에 연결되고 제2 전기 모터(EM2)는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로(4)를 통해 제2 출력부(2b)에 연결되고, 출력부를 함께 구동하는 2 개의 전기 모터(EM1, EM2)를 갖는 전기 구동 축(1)을 제어하는 경우에, 제1 전기 모터(EM1)는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로(3)를 통해 출력부에 연결되고, 제2 전기 모터(EM2)는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로(4)를 통해 출력부에 연결되는, 전기 구동 축을 제어하는 방법(100)에 있어서,
    전기 모터(EM1, EM2) 및/또는 동력 전달 경로(3, 4)의 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 인가되는 속도 및 토크에 대한 값을 결정하는 단계(101a);
    인가된 속도의 값 및 인가된 토크의 값에 따라 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 관한 손상 입력의 값을 결정하고 미리 정의된 기간(period of time) 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건의 값을 결정하는 단계(102a);
    적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건 또는 상대 손상 조건을 고려하여, 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 전기 구동 축들(1a, 1b)을 제어하거나, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 전기 구동 축(1)을 제어하는 단계(107);를 포함하는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우의 전기 구동 축(1a, 1b), 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우의 전기 구동 축(1)은, 서로에 관련된 서로 다른 동력 전달 경로(3, 4)의 손상 조건 또는 상대 손상 조건이 고려되어, 특히 서로 다른 동력 전달 경로(3, 4)의 손상 조건 또는 상대 손상 조건이 가능한 한 균형을 이루는 방식으로 제어되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  3. 청구항 1에 있어서,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하기 위해, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 전기 구동 축(1)을 제어하기 위해, 2 개의 동력 전달 경로(3, 4) 중 적어도 하나의 변속비, 또는 2 개의 전기 모터(EM1, EM2) 간의 동력 분배는 적어도 하나의 기계 구성요소(5)가 응력을 받지 않는 방식으로 조정되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건 또는 상대 손상 조건에 대한 현재 값이 제1 한계 값을 초과하는지 여부를 검층하는 단계(105a); 및
    제1 한계 값이 초과되는 경우, 특히 제공된 토크에 의해 야기된 손상 입력에 따라, 제1 전기 모터(EM1)에 의해 제공된 토크 및/또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공된 토크에 대한 임계 값을 정의하는 단계(106a);를 더 포함하며,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 전기 구동 축(1a, 1b)은 토크에 대한 임계 값을 고려하여 제어되거나, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 전기 구동 축(1)은 토크에 대한 임계 값을 고려하여 제어되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  5. 청구항 4에 있어서,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하기 위해, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 전기 구동 축(1)을 제어하기 위해, 2 개의 동력 전달 경로(3, 4) 중 적어도 하나의 변속비는 임계 값이 정의되는 전기 모터(EM1; EM2)가 서로 다른, 특히 고속에서의 서로 다른 동작 지점에서 동작될 수 있는 방식으로 조정되거나, 또는 2 개의 전기 모터들(EM1, EM2) 간의 동력 분배는 임계 값이 정의된 전기 모터(EM1, EM2)가 적은 토크를 제공하거나 흡수해야 하는 방식으로 조정되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 손상 조건은 다음과 같이 결정되고:

    또는

    여기서 n은 속도이고, T는 토크이고, △t는 시간 증분이며, 그리고 p는 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 대한 손상 입력 세기를 나타내는 파라미터이고, 파라미터(p)는 각 기계 구성요소(5)에 대해 지정되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전기 구성요소(7)의 온도에 대한 값을 결정하는 단계(101b);
    온도 값에 따른 적어도 하나의 전기 구성요소(7)에 관련된 손상 입력에 대한 값과, 그리고 미리 정의된 기간 동안 손상 입력으로 인한 손상 조건을 결정하는 단계(102b);를 더 포함하며,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b) 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 1 개의 전기 구동 축(1)은 적어도 하나의 전기 구성요소(7)의 손상 조건을 고려하여 추가적으로 제어되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  8. 청구항 7에 있어서,
    전기 구성요소(7)의 손상 조건 또는 상대 손상 조건에 대한 현재 값이 제2 한계 값을 초과하는지 여부를 검증하는 단계(105b);
    제2 한계 값이 초과되는 경우, 특히 온도에 의해 야기된 손상 입력에 따라, 제1 전기 모터(EM1) 및/또는 제2 전기 모터(EM2)에 의해 제공된 동력에 대한 임계 값을 정의하는 단계(106b);를 더 포함하며,
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b) 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 1 개의 전기 구동 축(1)은 제공된 동력에 대한 임계 값을 고려하여 제어되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  9. 청구항 8에 있어서,
    온도 값에 따라 적어도 하나의 전기 구성요소(7)를 냉각시키는 단계(108)를 더 포함하는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    적어도 하나의 기계 구성요소(5) 및/또는 적어도 하나의 전기 구성요소(7)에 대한 최대 비례 손상 조건(Dmax(t))을 제공하는 단계(103a, 103b); 및
    결정된 손상 조건(Dj(t)) 및 최대 비례 손상 조건(Dmax(t))을 기초로 하여 상대 손상 조건(Rj(t))을 결정하는 단계(103a, 103b);를 더 포함하며,
    제1 한계 값 및/또는 제2 한계 값은 상대 손상 조건에 관련되어 정의되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    2 개의 전기 모터를 제어할 때, 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 효율도 고려되거나, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 1 개의 전기 구동 축(1)의 효율도 고려되며,
    제1 및 제2 전기 모터(EM1, EM2)의 동작점 쌍은 토크 임계값 및/또는 동력 임계값 내에서 유지하면서 효율 측면에서 최적화된 동작이 2 개의 전기 모터(EM1, EM2) 중 적어도 하나에서 달성되는 방식으로 선택되는, 전기 구동 축 제어 방법(100).
  12. 전기 모터(EM1, EM2)를 각각 갖는 차량의 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하거나, 출력부를 함께 구동하는 2 개의 전기 모터(EM1, EM2)를 갖는 전기 구동 축(1)을 제어하는 시스템으로서, 전기 모터(EM1, EM2)를 각각 갖는 차량의 2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하는 경우에, 제1 전기 모터(EM1)는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로(3)를 통해 제1 출력부(2a)에 연결되고 제2 전기 모터(EM2)는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로(4)를 통해 제2 출력부(2b)에 연결되고, 출력부를 함께 구동하는 2 개의 전기 모터(EM1, EM2)를 갖는 전기 구동 축(1)을 제어하는 경우에, 제1 전기 모터(EM1)는 적어도 하나의 제1 동력 전달 경로(3)를 통해 출력부에 연결되고, 제2 전기 모터(EM2)는 적어도 하나의 제2 동력 전달 경로(4)를 통해 출력부에 연결되는, 전기 구동 축을 제어하는 시스템(20)에 있어서,
    동력 전달 경로(3, 4)의 적어도 하나의 기계 구성요소(5) 및/또는 전기 모터(EM1, EM2)에 인가되는 속도 및 토크에 대한 값을 결정하는 수단(21);
    인가된 속도의 값 및 인가된 토크의 값에 따라 적어도 하나의 기계 구성요소(5)에 관한 손상 입력의 값을 결정하고 미리 정의된 기간 동안 손상 입력으로 인한 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건의 값을 결정하는 수단(22);
    2 개의 전기 구동 축(1a, 1b)의 경우에 전기 구동 축(1a, 1b)을 제어하거나, 또는 1 개의 전기 구동 축(1)의 경우에 적어도 하나의 기계 구성요소(5)의 손상 조건을 고려하여 전기 구동 축(1)을 제어하는 수단(23);을 포함하는, 전기 구동 축 제어 시스템(20).
  13. 청구항 12에 따른 시스템(20)을 갖는, 차량.
KR1020247004495A 2021-07-07 2022-07-06 2 개의 전기 모터를 가진 1 개 또는 2 개의 전기 구동 축을 제어하는 방법 및 시스템 KR20240029785A (ko)

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