AT513478B1 - Method for operating a drive train - Google Patents

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AT513478B1 ATA50423/2012A AT504232012A AT513478B1 AT 513478 B1 AT513478 B1 AT 513478B1 AT 504232012 A AT504232012 A AT 504232012A AT 513478 B1 AT513478 B1 AT 513478B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges eines über zumindest zwei primäre, vorzugsweise elektrische, Antriebsmaschinen (EM1, EM2) antreibbaren Fahrzeuges (50), wobei eine Prognose über die künftigen Temperaturen von elektrischen Komponenten erstellt und der Antriebsstrang in Abhängigkeit der prognostizierten Temperaturen betrieben wird. Um den Kühlaufwand bei einem mehrere elektrische Antriebsmaschinen aufweisenden Fahrzeug zu reduzieren, ist vorgesehen, dass eine Fahrtroute ausgewählt wird, dass eine Prognose über die künftige Belastung und/oder Belastungsdauer zumindest zweier elektrischer Antriebsmaschinen (EM1, EM2) entlang dieser Fahrtroute erstellt wird und dass in Abhängigkeit der Prognose zumindest ein Betriebsmodus für die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) ausgewählt wird und diese mittels einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie so betrieben werden, dass ein optimaler Betriebstemperaturbereich und/oder Wirkungsgradbereich für die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) während einer gewählten Fahrtroute eingehalten wird.The invention relates to a method for operating a drive train of a vehicle (50) which can be driven via at least two primary, preferably electric, drive machines (EM1, EM2), wherein a prognosis is made about the future temperatures of electrical components and the drive train is operated as a function of the predicted temperatures becomes. In order to reduce the cooling effort in a vehicle having a plurality of electric drive machines, it is provided that a travel route is selected, that a forecast of the future load and / or load duration of at least two electric drive machines (EM1, EM2) is created along this route and Depending on the prognosis at least one operating mode for the electric drive machines (EM1, EM2) is selected and operated by means of an activation and deactivation strategy so that an optimal operating temperature range and / or efficiency range for the electric machines (EM1, EM2) during a selected route is complied with.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges eines über zumindest zwei primäre, vorzugsweise elektrische, Antriebsmaschinen antreibbaren Fahrzeuges, wobei eine Prognose über die künftigen Temperaturen von elektrischen Komponenten erstellt und der Antriebsstrang in Abhängigkeit der prognostizierten Temperaturen betrieben wird.Description: The invention relates to a method for operating a drive train of a vehicle drivable via at least two primary, preferably electric, drive machines, wherein a prognosis is made about the future temperatures of electrical components and the drive train is operated as a function of the predicted temperatures.

[0002] Aus der US 2009/0115 491 A1 ist ein Hybrid-Antriebssystem bekannt, welches eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine, sowie eine Leistungselektronik mit einer Anzahl an elektrischen Schaltkreisen, sowie ein Kühlsystem, aufweist. Ein Verfahren zum Verwalten der thermischen Energie der Leistungselektronik weist mehrere Temperatursensoren zur Messung der Temperatur in den Leistungselektronikeinrichtungen auf, wobei die elektrische Energie der Leistungselektronik eingangs- und ausgangsseitig überwacht und eine Prognose der künftigen Temperaturen für die elektronischen Schaltkreise erstellt wird und das Hybridantriebssystem in Abhängigkeit der prognostizierten Temperaturen betrieben wird.From US 2009/0115 491 A1 discloses a hybrid drive system is known, which has an internal combustion engine, an electric machine, and power electronics with a number of electrical circuits, and a cooling system. A method for managing the thermal energy of the power electronics has a plurality of temperature sensors for measuring the temperature in the power electronics, wherein the electrical energy of the power electronics monitors input and output side and a forecast of future temperatures for the electronic circuits is created and the hybrid drive system in dependence Predicted temperatures is operated.

[0003] In modernen Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, welche über mehrere elektrische Antriebsmaschinen angetrieben werden können, ist meist ein aufwändiges thermisches Management mit einem aufwändigen Kühlsystem für die elektrischen Maschinen und/oder die Leistungselektronik erforderlich, um die elektrischen Komponenten im wirkungsgradoptimalen Temperaturbereich zu betreiben, was sich nachteilig auf Kosten, Bauraum und Verbrauch auswirkt.In modern hybrid or electric vehicles, which can be powered by a plurality of electric drive machines, usually a complex thermal management with a complex cooling system for the electrical machines and / or the power electronics is required to operate the electrical components in the optimal operating temperature range, which has an adverse effect on costs, space and consumption.

[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und den Kühlaufwand bei einem mehrere elektrische Antriebsmaschinen aufweisenden Fahrzeug zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe ist es, den Wirkungsgrad des Antriebsstranges zu verbessern und die Reichweite des Fahrzeuges zu erhöhen.It is the object of the invention to avoid these disadvantages and to reduce the cooling effort in a multiple electric drive machines having vehicle. Another object is to improve the efficiency of the drive train and to increase the range of the vehicle.

[0005] Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass eine Prognose über die künftige Belastung und/oder Belastungsdauer zumindest zweier elektrischer Antriebsmaschinen erstellt wird und dass in Abhängigkeit der Prognose zumindest ein Betriebsmodus für die elektrischen Antriebsmaschinen ausgewählt wird und diese mittels einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie so betrieben werden, dass ein optimaler Betriebstemperaturbereich und/oder Wirkungsgradbereich für die elektrischen Maschinen während einer gewählten Fahrtroute eingehalten wird.According to the invention, this is done in that a prognosis on the future load and / or load duration of at least two electric drive machines is created and that depending on the forecast at least one operating mode for the electric drive machines is selected and operated by an activation and deactivation strategy be maintained that an optimal operating temperature range and / or efficiency range for the electrical machinery during a selected route.

[0006] Dabei können verschiedene Betriebsmodi vordefiniert sein.In this case, different operating modes can be predefined.

[0007] Beispielsweise können Betriebsmodi vorsehen, dass zumindest zwei elektrische Antriebsmaschinen - zumindest zeitweise - abwechselnd betrieben werden, oder dass zumindest zwei elektrische Antriebsmaschinen - zumindest zeitweise - gemeinsam betrieben werden.For example, operating modes can provide that at least two electric drive machines - at least temporarily - are operated alternately, or that at least two electric drive machines - at least temporarily - are operated together.

[0008] Alternativ oder zusätzlich können Betriebsmodi auch vorsehen, dass - zumindest zeitweise - nur eine von mehreren elektrisch antreibbaren Achsen - also die Vorderachse oder die Hinterachse -, oder alle elektrisch antreibbaren Achsen auch angetrieben werden.Alternatively or additionally, operating modes can also provide that - at least temporarily - only one of several electrically driven axles - so the front axle or the rear axle - or all electrically driven axles are also driven.

[0009] Die Prognose wird in Abhängigkeit einer geplanten Fahrtroute, vorzugsweise mit Unterstützung von Satellitennavigation, beispielsweise GPS, und/oder digitalen Straßenkarten oder mit Unterstützung eines Fahrzeugkommunikationssystems, beispielsweise eines C2X-Kommunikationssystems (C2X: car to car oder car to Infrastruktur), erstellt. Das Fahrzeugkommunikationssystem liefert Informationen über Unfälle, Baustellen, Umleitungen, Verkehrsbeschränkungen, Witterungsverhältnisse, Wetterberichte, oder dergleichen, welche in die Prognose einfließen. Weiters können auch Radarsysteme, Videosysteme, Telefonsysteme oder dergleichen zur Informationsbeschaffung eingesetzt werden.The forecast is generated in response to a planned route, preferably with the support of satellite navigation, such as GPS, and / or digital road maps or with the support of a vehicle communication system, such as a C2X communication system (C2X: car to car or car to infrastructure) , The vehicle communication system provides information about accidents, construction sites, detours, traffic restrictions, weather conditions, weather reports, or the like, which are included in the forecast. Furthermore, radar systems, video systems, telephone systems or the like can be used to obtain information.

[0010] Weiters können in die Prognose auch fahrzeuginterne Daten wie die thermische Kennlinie und/oder die Wirkungsgradkennlinie der Fahrzeugbatterie, mit einfließen. Weiters kann in der Prognose die Temperatur zumindest einer elektrischen Maschinen, der Leistungselektronik und/oder des Kühlmediums berücksichtigt werden.Furthermore, in-vehicle data such as the thermal characteristic and / or the efficiency curve of the vehicle battery can also be included in the prognosis. Furthermore, the temperature of at least one electrical machine, the power electronics and / or the cooling medium can be taken into account in the prognosis.

[0011] In Abhängigkeit der Fahrtroute wird eine Prognose über die Leistungsanforderung in jedem Streckenabschnitt erstellt. Jeder Leistungsanforderung wird ein Betriebsmodus für die elektrischen Maschinen zugeordnet. Während des Betriebes werden die elektrischen Maschinen abwechselnd oder gleichzeitig so betrieben, dass der Betrieb der einzelnen elektrischen Maschinen im optimalen Temperaturbereich erfolgt. Indem bei mittlerer oder hoher abgefragter Antriebsleistung (beispielsweise Autobahnfahrt) mehrere elektrische Maschinen gleichzeitig bei geringer oder mittlerer Leistung betrieben werden, kann beispielsweise die Temperatur jeder einzelnen Maschine in einem mittleren Temperaturbereich gehalten werden. Wird wenig Antriebsleistung (beispielsweise bei Stadtfahrt oder bei Geschwindigkeitsbegrenzung oder schlechten Witterungsverhältnissen) abgefragt, so kann es dagegen vorteilhafter sein, nur wenige oder nur eine elektrische Maschine zu aktivieren. Entsprechend kann - in Abhängigkeit der im Laufe der Fahrtroute angeforderten Leistung - nur eine Antriebsachse oder alle Antriebsachse angetrieben werden, um die aktivierten elektrischen Maschinen im optimalen Temperaturbereich zu betreiben.Depending on the route, a forecast on the power requirement in each section is created. Each power request is assigned an operating mode for the electrical machines. During operation, the electrical machines are operated alternately or simultaneously so that the operation of the individual electric machines takes place in the optimum temperature range. By operating a plurality of electric machines simultaneously at low or medium power at medium or high demanded drive power (for example highway driving), for example, the temperature of each individual machine can be maintained in a medium temperature range. If little drive power is requested (for example, when driving on the street or when limiting the speed or in poor weather conditions), it may be more advantageous to activate only a few or only one electric machine. Accordingly, depending on the power demanded in the course of the route, only one drive axle or all drive axles can be driven in order to operate the activated electric machines in the optimum temperature range.

[0012] Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Kühlaufwand durch ein separates Kühlmedium sehr gering gehalten und das Fahrzeug stets im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden. Dadurch kann der Verbrauch und die Batteriegröße verringert und die Reichweite erhöht werden.By the method according to the invention, the cooling effort can be kept very low by a separate cooling medium and the vehicle can always be operated in the optimal efficiency range. As a result, the consumption and the battery size can be reduced and the range can be increased.

[0013] Die Erfindung wird an Hand der Fig. näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to FIG.

[0014] Es zeigen schematisch [0015] Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einer Übersicht, [0016] Fig. 2 ein Kraftfahrzeug zur Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und [0017] Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren im Detail.1 shows the method according to the invention in an overview, [0016] FIG. 2 shows a motor vehicle for using the method according to the invention, and [0017] FIG. 3 shows the method according to the invention in detail.

[0018] Die Fig. 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieben eines Antriebsstranges eines über zumindest zwei elektrische Antriebsmaschinen antreibbaren Fahrzeuges.Fig. 1 shows schematically the inventive method for operating a drive train of a drivable via at least two electric drive motor vehicle.

[0019] In einem ersten Schritt 1 wird eine Fahrtroute ausgewählt. Im zweiten Schritt 2 wird unter Einbeziehung von Daten aus einem satellitenunterstützten Navigationssystem 3 und einem Fahrzeugkommunikationssystem 4, beispielsweise einem C2X-Fahrzeugkommunikationssys-tem, eine Prognose über die Leistungsanforderung für jeden Streckenabschnitt der Fahrtroute erstellt. Unter der Bezeichnung C2X werden Fahrzeug zu Fahrzeug-Kommunikationssysteme (C2C) sowie Fahrzeug zu Infrastruktur - Kommunikationssysteme (C2I) zusammengefasst. Derartige Kommunikationssysteme ermöglichen die Echtzeitübermittlung von strecken relevanten Daten wie Baustellen, Unfälle, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Umleitungen, Staus, Wetter, Straßenzustand, Temperatur, etc. Das Navigationssystem 3 liefert dabei topografische Informationen, Informationen über die benutzten Straßen, Straßenverlauf, Steigungen, etc. Das Fahrzeugkommunikationssystem 4 liefert aktuelle ergänzende Informationen über Baustellen, Unfälle, Umleitungen, Straßenzustand, Witterungsbedingungen, Temperaturen, sowie Wetterprognosen.In a first step 1, a route is selected. In the second step 2, including data from a satellite-assisted navigation system 3 and a vehicle communication system 4, for example a C2X Fahrzeugkommunikationssys-tem, a forecast on the power requirement for each section of the route is created. The term C2X is used to describe vehicle to vehicle communication systems (C2C) and vehicle to infrastructure communication systems (C2I). Such communication systems allow the real-time transmission of distance relevant data such as construction sites, accidents, speed limits, diversions, congestion, weather, road conditions, temperature, etc. The navigation system 3 provides topographical information, information about the roads used, road layout, gradients, etc. The vehicle communication system 4 provides up-to-date supplementary information on construction sites, accidents, detours, road conditions, weather conditions, temperatures, and weather forecasts.

[0020] Auf Grund all dieser Daten und Informationen wird im Schritt 5 für jeden Streckenabschnitt eine Prognose für die zu erwartende Leistungsanforderung - sowohl der Leistungshöhe, als auch der -dauer - erstellt. Die Leistungsanforderung dient als Eingabegröße für ein Rechenmodell 6 über die Belastung der einzelnen elektrischen Maschinen, in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebsmoden, wobei als weitere Eingangsgrößen die thermische Kennlinie 7, die Wirkungsgradkennlinie 8 und die Temperaturen 9 der elektrischen Maschinen, der Leistungselektronik und/oder des Kühlmediums des Kühlsystems verwendet werden.Based on all these data and information in step 5 for each section of a forecast for the expected performance requirement - both the power level, as well as the duration - created. The power requirement serves as an input variable for a computer model 6 on the load of the individual electrical machines, depending on different operating modes, as further input variables, the thermal characteristic 7, the efficiency curve 8 and the temperatures 9 of the electrical machines, the power electronics and / or the cooling medium of the Cooling system can be used.

[0021] Das Resultat der Berechnung aus Schritt 6 ist ein optimaler Betriebsmodus 10 für die elektrischen Maschinen, für jeden Streckenabschnitt der Fahrtroute, wobei das Antriebsdrehmoment nach einem mathematischen Algorithmus zwischen den elektrischen Antriebachsen aufgeteilt wird. Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug 50 mit einer Vorderachse 52 und einer Hinterachse 54. Mit 58 sind jeweils die Antriebsräder bezeichnet. Jeder antreibbarenThe result of the calculation of step 6 is an optimal operating mode 10 for the electric machines, for each section of the route, wherein the driving torque is divided according to a mathematical algorithm between the electric drive axles. 2 shows schematically a vehicle 50 with a front axle 52 and a rear axle 54. The drive wheels are respectively designated by 58. Each drivable

Achse 52, 54 des Fahrzeuges 50 ist eine elektrische Antriebsmaschine EM1, EM2 zugeordnet. Die Antriebsmaschinen EM1, EM2 werden über eine Leistungselektronik 60 und eine Steuereinheit 62 betrieben. Eine Prognoseeinheit 64 erstellt in Abhängigkeit der Fahrtroute und unter Verwendung von Daten aus einem Satellitennavigationssystem 3 und einem Fahrzeugkommunikationssystem 4 eine Prognose über die künftige Lastanforderung und die zu erwartende Belastung für jede Antriebsmaschine EM1, EM2, in Abhängigkeit verschiedener Betriebsmodi und in Abhängigkeit des Ist-Zustandes (beispielsweise der Temperaturen) der elektrischen Antriebsmaschinen EM1, EM2 sowie der Fahrzeugbatterie 66. Der optimale Betriebsmodus wird für jeden Streckenabschnitt ermittelt. Entsprechend dem jeweils ermittelten Betriebsmodus werden die elektrischen Antriebsmaschinen EM1, EM2 über die Steuereinheit 62 und die Leistungselektronik 60 entsprechend einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie in jedem Streckenabschnitt betrieben.Axis 52, 54 of the vehicle 50 is associated with an electric drive machine EM1, EM2. The drive machines EM1, EM2 are operated via a power electronics 60 and a control unit 62. A prediction unit 64 creates, depending on the route and using data from a satellite navigation system 3 and a vehicle communication system 4, a forecast of the future load request and the expected load for each prime mover EM1, EM2, as a function of different operating modes and depending on the current state (For example, the temperatures) of the electric drive machines EM1, EM2 and the vehicle battery 66. The optimum operating mode is determined for each section. In accordance with the operating mode determined in each case, the electric drive machines EM1, EM2 are operated via the control unit 62 and the power electronics 60 in accordance with an activation and deactivation strategy in each route section.

[0022] Das Umschalten von einem Betriebsmodus in den anderen erfolgt dabei schleifend und möglichst übergangslos, indem die Antriebsmaschinen EM1, EM2 langsam zu- oder weggeschalten werden, sodass plötzliche Übergänge und damit Einbussen im Fahrkomfort und der Sicherheit vermieden werden.The switching from one operating mode to the other takes place while grinding and as seamless as possible by the drive machines EM1, EM2 slowly switched on or switched off, so that sudden transitions and thus losses in ride comfort and safety can be avoided.

[0023] Beispielsweise gilt bei einem Fahrzeug 50 mit einer elektrisch angetriebenen Vorderachse 52 und einer elektrisch angetriebenen Hinterachse 54 folgender mathematischer Zusammenhang:For example, in a vehicle 50 having an electrically driven front axle 52 and an electrically driven rear axle 54, the following mathematical relationship applies:

[0027] uf = max ηί für alle nEM,f> nEM,r, Mf, Mr (4) [0028] wobei [0029] uf: der Drehmomentaufteilungsfaktor für die Vorderachse 52 [0030] ur: der Drehmomentaufteilungsfaktor für die Hinterachse 54 [0031] Mf; die Drehmomentanforderung der vorderen elektrischen Antriebsmaschine EM1 [0032] Mr: die Drehmomentanforderung der hinteren elektrischen Antriebsmaschine EM2 [0033] Hf: der Wirkungsgrad der vorderen elektrischen Maschine für einen bestimmtenUf = max ηί for all nEM, f > nEM, r, Mf, Mr (4) where [0029] uf: the torque split factor for the front axle 52 ur: the torque split factor for the rear axle 54 [0031] Mf; the torque request of the front electric drive machine EM1 Mr: the torque request of the rear electric drive machine EM2 Hf: the efficiency of the front electric machine for a given one

Betriebspunkt [0034] ηΓ: der Wirkungsgrad der hinteren elektrischen Maschine für einen bestimmtenOperating point ηΓ: the efficiency of the rear electric machine for a given

Betriebspunkt [0035] η9 der globale Wirkungsgrad für bestimmte der Drehmomentaufteilungsfaktoren uf: und ur: [0036] uf die optimale Drehmomentaufteilung für die Vorderachse [0037] nEM,f die Drehzahl der vorderen elektrischen Antriebsmaschine EM1 [0038] nEM,r die Drehzahl der hinteren elektrischen Antriebsmaschine EM2 ist.Operating point η9 the global efficiency for certain of the torque split factors uf: and ur: ωn the optimum torque split for the front axle nEM, f the speed of the front electric drive machine EM1 nEM, r the speed of the rear electric drive machine EM2 is.

[0039] Das Berechnungsverfahren ermöglicht die Berechnung von optimalen Werten für die Drehmomentaufteilungsfaktoren uf: und ur, bei denen ein maximaler globaler Wirkungsgrad η9 erreicht wird. In dieser Berechnung ist aber das Temperaturverhalten der Antriebsstrangelemente auf Grund der thermischen Reaktionen nicht berücksichtigt. Die Wirkungsgradwerte gelten für normale Durchschnittstemperaturen.The calculation method enables the calculation of optimum values for the torque split factors uf: and ur at which a maximum global efficiency η9 is achieved. In this calculation, however, the temperature behavior of the powertrain elements due to the thermal reactions is not taken into account. The efficiency values apply to normal average temperatures.

[0040] Jedoch hängen die Wirkungsgrade der elektrischen Maschinen in hohem Maße vom thermischen Verhalten der elektrischen Maschinen ab. Daher erlaubt die Prognose der künftigen Last der elektrischen Maschinen eine Vorhersage der zukünftigen internen Temperaturen der elektrischen Komponenten (zum Beispiel des Stators, des Rotors und der Leistungselektronik), sowie der Batterie. Somit ermöglicht die Berücksichtigung des thermischen Verhaltens auch eine bessere Planung und Regelung der Drehmomentenaufteilung, um weiters den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern.However, the efficiencies of the electric machines depend largely on the thermal behavior of the electric machines. Therefore, the forecast of the future load of the electric machines allows a prediction of the future internal temperatures of the electrical components (for example, the stator, the rotor and the power electronics) as well as the battery. Thus, consideration of the thermal behavior also allows for better scheduling and control of the torque split to further improve the efficiency of the system.

[0041] Eine weitere Strategie wird für den Fall definiert, dass die optimale Drehmomentaufteilung die Verwendung von nur einer elektrischen Maschine ergibt. Die Entscheidung, welche elektrische Maschine verwendet wird, wird auch vom thermischen Verhalten dieser elektrischen Maschine abhängig gemacht. Jedoch würde ein ununterbrochener Betrieb einer einzigen elektrischen Antriebsmaschine die Temperatur für den Wirkungsgrad unvorteilhaft ansteigen lassen, weshalb ab einem definierten Punkt ein Umschalten zwischen den elektrischen Antriebsmaschinen EM1, EM2 notwendig wird. Auch dafür ist die Voraussage des thermischen Verhaltens sehr nützlich.Another strategy is defined for the case where the optimal torque split results in the use of only one electric machine. The decision as to which electric machine is used is also dependent on the thermal behavior of this electric machine. However, a continuous operation of a single electric drive machine would increase the temperature for the efficiency unfavorable, so from a defined point switching between the electric drive machines EM1, EM2 is necessary. Again, the prediction of the thermal behavior is very useful.

[0042] Das vorhergesagte Geschwindigkeitsprofil und topografische Profil haben einen starken Einfluss auf die Ermittlung der Betriebspunkte der elektrischen Maschinen und somit auf deren thermisches Verhalten. Externe Informationen über die Umgebung - welche beispielsweise über C2X-Systeme oder andere Quellen zur Verfügung gestellt werden - wie beispielsweise Verkehrsdichte, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Baustellen, Topologie, etc. sind Haupteinflussgrößen bei der Berechnung der künftigen elektrischen Lastanforderung.The predicted velocity profile and topographic profile have a strong influence on the determination of the operating points of the electrical machines and thus on their thermal behavior. External information about the environment - which is provided, for example, via C2X systems or other sources - such as traffic density, speed limits, construction sites, topology, etc. are the main factors influencing the calculation of future electrical load requirements.

[0043] Das Berechnungsverfahren ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Vom Fahrer wird ein Fahrziel F vorgegeben. Aus den GPS-Koordinaten S(t) der Momentanposition CP und den GPS-Koordinaten Sfinai des Fahrzieles F wird unter Einbeziehung der Durchschnittsgeschwindigkeit über C2l-Strukturen einerseits und der Topografie sowie Geschwindigkeitsbeschränkungen aus digitalen Straßenkarten andererseits die Straßencharakteristik SC. Daraus wird ein Geschwindigkeitsprofil v(s) und ein Neigungsprofil a(s) der Fahrstrecke berechnet und daraus in einem ersten Prognoseschritt PR1 ein Drehzahlprofil n(s) und die Drehmomentanforderungen Mdemand(s) an die elektrischen Maschinen EM ermittelt. Das prognostizierte Drehzahlprofil n(s) und die Drehmomentanforderungen Mdemand(s) an die elektrischen Maschinen EM werden einem thermischen Vorhersagemodell zugeführt, welches in einem zweiten Prognoseschritt - unter Einbeziehung von durch Temperaturfühler MTS gemessene aktuelle Temperaturen der Batterie Tßat(s), der elektrischen Leistungselektronik TPE|(s), der Statoren Tstator(s), und der Rotoren Trotor(s) der elektrischen Maschinen EM1, EM2, eine Vorhersage der thermischen Belastung der elektrischen Komponenten durchführt. Aus den aktuellen Temperaturen und dem Drehzahlprofil n(s) sowie den vorhergesagten Leistungsanforderungen Mdemand(s) wird eine Prognose für die Temperaturen der Batterie TBat,pr(s), der elektrischen Leistungselektronik TPE|iPr(s), der Statoren Tstator,Pr(s), und der Rotoren Trot0r,pr(s) der elektrischen Maschinen EM getroffen. Die vorhergesagten Temperaturen der Batterie TBat(s), der elektrischen Leistungselektronik TPE|(s), der Statoren Tstator(s), und der Rotoren Trotor(s) dienen zusammen mit dem Drehzahlprofil n(s) und über die Fahrstrecke s prognostizierten Drehmomentanforderungen Mdemand(s) als Eingangsgrößen für eine Berechnung OPM der optimierten Drehmomentaufteilungen uf* und ur*. Entsprechend den optimalen Drehmomentaufteilungen uf* und ur* werden Steuersignale an die elektrischen Maschinen EM1 und EM2 übermittelt.The calculation method is shown schematically in FIG. The driver specifies a destination F. From the GPS coordinates S (t) of the current position CP and the GPS coordinates Sfinai of the destination F, the road characteristic SC is calculated taking into account the average speed over C2l structures on the one hand and the topography and speed restrictions from digital road maps on the other hand. From this, a speed profile v (s) and an inclination profile a (s) of the route are calculated, and from this a speed profile n (s) and the torque requirements Mdemand (s) to the electric machines EM are determined in a first prediction step PR1. The predicted speed profile n (s) and the torque requirements Mdemand (s) to the electric machines EM are fed to a thermal prediction model, which in a second prediction step - including current temperature of the battery Tßat (s) measured by temperature sensor MTS, the electrical power electronics TPE | (s), the stators Tstator (s), and the rotors Trotor (s) of the electric machines EM1, EM2, performs a prediction of the thermal loading of the electrical components. From the current temperatures and the speed profile n (s) and the predicted power requirements Mdemand (s), a forecast for the temperatures of the battery TBat, pr (s), the electric power electronics TPE | iPr (s), the stators Tstator, Pr ( s), and the rotors Trot0r, pr (s) of the electric machines EM. The predicted temperatures of the battery TBat (s), the electric power electronics TPE | (s), the stators Tstator (s), and the rotors Trotor (s) are used together with the speed profile n (s) and over the route s predicted torque requirements Mdemand (s) as input quantities for a calculation OPM of the optimized torque distributions uf * and ur *. According to the optimum torque distributions uf * and ur *, control signals are transmitted to the electric machines EM1 and EM2.

[0044] Die optimale Drehmomentaufteilung, bei der das thermische Verhalten der elektrischen Maschinen EM2 und der Batterie miteinbezogen wird, kann durch folgende alternative Methoden durchgeführt werden: [0045] 1 ) modellierte vorhersagende Regelung [0046] Die modellierte vorhersagende Regelung berechnet kontinuierlich zu bestimmten Abfragezeitpunkten den thermischen Zustand der Komponenten auf der Basis eines thermischenThe optimal torque split incorporating the thermal behavior of the electrical machines EM2 and the battery may be performed by the following alternative methods: 1) modeled predictive control The modeled predictive control calculates continuously at certain polling instants the thermal state of the components based on a thermal

Modells entlang eines vordefinierten Ereignishorizontes. Dieser Ereignishorizont kann zum Beispiel durch eine definierten Entfernung oder Fahrtdauer vorgegeben sein. Basierend auf einem definierten Optimierungsziel (zum Beispiel maximalem Wirkungsgrad) wird die optimale Drehmomentenaufteilung ermittelt und entsprechende Steuerungssignale den elektrischen Maschinen EM1, EM2 übermittelt. Beim nächsten Abfragezeitpunkt wird der Ereignishorizont einen Schritt verschoben und der Optimierungsprozess wiederholt.Model along a predefined event horizon. This event horizon can be predetermined, for example, by a defined distance or travel time. Based on a defined optimization target (for example, maximum efficiency), the optimal torque distribution is determined and corresponding control signals are transmitted to the electric machines EM1, EM2. At the next polling time, the event horizon is moved one step and the optimization process is repeated.

[0047] 2) dynamische Programmierung [0048] Das gesamte Fahrtmanöver wird in fixe Segmente aufgeteilt (zum Beispiel x km Segmente). Für jedes Segment wird ein Geschwindigkeitsprofil ermittelt. Danach wird unter Verwendung des Neigungsprofils, die Lastanforderung und die thermische Belastung für die elektrischen Komponenten berechnet. Schließlich wird eine optimale Drehmomentenaufteilung entlang für das jeweilige Segment berechnet und die berechnete Drehmomentaufteilung appliziert. Für jedes weitere neue Segment wird der Prozess wiederholt.2) Dynamic Programming The entire drive maneuver is divided into fixed segments (for example x km segments). For each segment, a velocity profile is determined. Then, using the slope profile, the load requirement and the thermal load for the electrical components are calculated. Finally, an optimal torque distribution is calculated along for each segment and applied the calculated torque distribution. The process is repeated for each additional new segment.

[0049] 3) Tabellenbasierte heuristische Verfahren: [0050] Für verschiedene Verkehrsaufkommen, Geschwindigkeiten und Neigungsbedingungen werden offline Drehzahlprofile, Lastanforderungen und thermische Belastungen betrachtet und entsprechende optimale Drehmomentenaufteilungen berechnet. Die Bedingungen und Parameter werden im fahrzeugeigenen Computer abgelegt. Eine Echtzeit-Optimierungsberechnung ist hier nicht erforderlich. Die abgespeicherten Werte für die Drehmomentaufteilung werden für die entsprechenden Bedingungen angewendet.3) Table-based heuristic methods: For different traffic volumes, speeds and tilt conditions, offline speed profiles, load requirements and thermal loads are considered and corresponding optimal torque divisions are calculated. The conditions and parameters are stored in the vehicle's own computer. A real-time optimization calculation is not required here. The stored values for the torque distribution are used for the corresponding conditions.

[0051] Die Vorteil des vorliegenden Verfahrens bekommen besonders bei Antrieb mit zwei elektrischen Antriebsmaschinen EM1, EM2 an Vorderachse 52 und Hinterachse 54 zum Tragen: [0052] - Bei länger dauernder niedriger Lastanforderung (zum Beispiel ebene Straße mit durchschnittlicher konstanter Geschwindigkeit) braucht nur eine elektrische Antriebsmaschine eingesetzt werden, wobei nach Erreichen einer definierten Grenztemperatur einer elektrischen Komponente (zum Beispiel Stator oder Rotor) die beiden elektrischen Antriebsmaschinen EM1 und EM2 im Betrieb gewechselt werden. Wenn die Straßenbedingungen bekannt sind, kann der Umschaltzeitpunkt zwischen den beiden elektrischen Antriebsmaschinen EM1 und EM2 optimal ermittelt werden. Dies ermöglicht es, die elektrischen Antriebsmaschinen stets mit optimalem Wirkungsgrad zu betreiben und somit die Reichweite des Fahrzeuges maximal auszudehnen.The advantage of the present method is particularly noticeable when driving with two electric drive machines EM1, EM2 on front axle 52 and rear axle 54: In case of a long-lasting low load requirement (for example flat road with average constant speed), only one is needed electric drive machine are used, wherein after reaching a defined limit temperature of an electrical component (for example, stator or rotor), the two electric drive machines EM1 and EM2 are changed during operation. When the road conditions are known, the switching timing between the two electric drive machines EM1 and EM2 can be optimally determined. This makes it possible to operate the electric drive machines always with optimum efficiency and thus to extend the range of the vehicle maximum.

[0053] - Insbesondere wenn die Topologie des Antriebsstranges nur eine der beiden Antriebsmaschinen, zum Beispiel an der Hinterachse 54, zum rekuperativen Betrieb erlaubt, ermöglicht das vorliegende Verfahren, dass eine rekuperative Bremsung bei bestmöglichem Wirkungsgrad durchgeführt wird. Wenn beispielsweise eine vorausliegende, auf rot schaltende Verkehrsampeln einen rekuperativen Betrieb der hinteren elektrischen Antriebsmaschine ermöglichen würde, kann diese hintere elektrische Antriebsmaschine bis zum rekuperativen Betrieb auf (für den Wirkungsgrad vorteilhaften) niedriger Temperatur gehalten werden, indem für den Antrieb die elektrische Antriebsmaschine der Vorderachse verwendet wird. Der Umschaltpunkt zwischen den beiden elektrischen Maschinen bei vorausliegender auf rot geschalteten Ampel kann unter Verwendung von Informationen über die Ampelschaltung und das Verkehrsaufkommen - zum Beispiel durch C2X-, GPS- und/oder Navigationssysteme) vorrausschauend berechnet werden.In particular, if the topology of the drive train allows only one of the two prime movers, for example on the rear axle 54, for recuperative operation, the present method enables recuperative braking to be performed with the best possible efficiency. For example, if a forward red light traffic lights would allow recuperative operation of the rear electric drive machine, this rear electric drive machine may be maintained at low temperature (advantageous for efficiency) until recuperative by using the front axle electric drive machine for propulsion becomes. The switching point between the two electric machines at the red light ahead can be calculated in advance by using information about the traffic lights and the traffic volume - for example, C2X, GPS and / or navigation systems.

[0054] Das erfindungsgemäße Verfahren wurde für einen Antrieb mit zwei elektrischen Antriebsmaschinen über eine Vorderachse und eine Hinterachse erläutert, ist aber keinesfalls auf diesen Antriebstypus beschränkt. Vielmehr kann das Verfahren für alle Antriebsstränge mit zumindest zwei primären Antriebsmaschinen verwendet werden. Daher kann das Verfahren auch bei Hybridfahrzeugen und auch anderen Elektrofahrzeugen mit mindestens zwei primären Antriebsmaschinen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine optimale Drehmomentaufteilung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Antriebsmaschine unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens des Antriebssystems bei Hybridfahrzeugen durchgeführt werden.The inventive method has been explained for a drive with two electric drive machines via a front axle and a rear axle, but is not limited to this type of drive. Rather, the method can be used for all drive trains with at least two primary drive machines. Therefore, the method can also be used in hybrid vehicles and also other electric vehicles with at least two primary drive machines. For example, optimal torque distribution between the engine and the electric drive machine can be performed taking into account the thermal behavior of the drive system in hybrid vehicles.

[0055] Das Verfahren kann sowohl bei bestehenden fixen Kühlsystemen, als auch unter Einbeziehung des Management des Kühlsystems eingesetzt werden. Dies ermöglicht es, den Kühl-aufwand zu minimieren, was sich vorteilhaft auf Gewicht, Bauraum und Fertigungsaufwand auswirkt.The method can be used both in existing fixed cooling systems, as well as the management of the cooling system. This makes it possible to minimize the cooling effort, which has an advantageous effect on weight, space and production costs.

Claims (18)

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges eines über zumindest zwei primäre, vorzugsweise elektrische, Antriebsmaschinen (EM1, EM2) antreibbaren Fahrzeuges (50), wobei eine Prognose über die künftigen Temperaturen von elektrischen Komponenten erstellt und der Antriebsstrang in Abhängigkeit der prognostizierten Temperaturen betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrtroute ausgewählt wird, dass eine Prognose über die künftige Belastung und/oder Belastungsdauer zumindest zweier elektrischer Antriebsmaschinen (EM1, EM2) entlang dieser Fahrtroute erstellt wird und dass in Abhängigkeit der Prognose zumindest ein Betriebsmodus für die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) ausgewählt wird und diese mittels einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie so betrieben werden, dass ein optimaler Betriebstemperaturbereich und/oder Wirkungsgradbereich für die elektrischen Maschinen (56a, 56b, 56c, 56d) während einer gewählten Fahrtroute eingehalten wird.1. A method for operating a drive train of at least two primary, preferably electric, drive machines (EM1, EM2) drivable vehicle (50), wherein a forecast of the future temperatures of electrical components created and the drive train is operated in dependence of the predicted temperatures , characterized in that a route is selected, that a forecast on the future load and / or load duration of at least two electric drive machines (EM1, EM2) along this route is created and that depending on the forecast at least one operating mode for the electric drive machines (EM1 , EM2) are selected and operated by means of an activation and deactivation strategy such that an optimal operating temperature range and / or efficiency range for the electrical machines (56a, 56b, 56c, 56d) during a selected route old will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus vorsieht, dass zumindest zwei elektrische Antriebsmaschinen (EM1, EM2) - zumindest zeitweise -abwechselnd betrieben werden.2. The method according to claim 1, characterized in that an operating mode provides that at least two electric drive machines (EM1, EM2) - at least temporarily-alternately operated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus vorsieht, dass zumindest zwei elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) - zumindest zeitweise - gemeinsam betrieben werden.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that an operating mode provides that at least two electric drive machines (EM1, EM2) - at least temporarily - are operated together. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus vorsieht, dass - zumindest zeitweise - nur eine von mehreren elektrisch antreibbaren Achsen - also die Vorderachse (52) oder die Hinterachse (54) - oder deren Räder (58) angetrieben wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an operating mode provides that - at least temporarily - only one of several electrically driven axles - ie the front axle (52) or the rear axle (54) - or their wheels (58 ) is driven. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus vorsieht, dass - zumindest zeitweise - alle elektrisch antreibbaren Achsen - also sowohl die Vorderachse (52), als auch die Hinterachse (54) - oder deren Räder (58) angetrieben wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an operating mode provides that - at least temporarily - all electrically driven axles - ie both the front axle (52), and the rear axle (54) - or their wheels (58 ) is driven. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose in Abhängigkeit einer geplanten Fahrtroute erstellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the prognosis is created in dependence on a planned route. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose mit Unterstützung von Satellitennavigation und/oder digitalen Straßenkarten erstellt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the forecast is created with the support of satellite navigation and / or digital road maps. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose mit Unterstützung eines Fahrzeugkommunikationssystems, vorzugsweise eines C2X-Kommunikationssystems, erstellt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the prognosis is created with the assistance of a vehicle communication system, preferably a C2X communication system. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose mit Unterstützung eines Radar- und/oder Videosystems erstellt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the prognosis is created with the assistance of a radar and / or video system. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose unter Einbeziehung von Fahrzeuginformationen vorzugsweise der thermischen Kennlinie und/oder der Wirkungsgradkennlinie der Fahrzeugbatterie (66), erstellt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the prognosis, including vehicle information, preferably the thermal characteristic and / or the efficiency curve of the vehicle battery (66) is created. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose unter Einbeziehung der Temperatur zumindest einer elektrischen Antriebsmaschine (EM1, EM2), der Leistungselektronik (60) und/oder des Kühlmediums erstellt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the prognosis, including the temperature of at least one electric drive machine (EM1, EM2), the power electronics (60) and / or the cooling medium is created. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose für jeden Streckenabschnitt der Fahrtroute erstellt wird und dass in Abhängigkeit der Prognose für jeden Streckenabschnitt ein Betriebsmodus für die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) ausgewählt wird und diese mittels einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie so betrieben werden, dass ein optimaler Betriebstemperaturbereich für die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) während jedes Streckenabschnittes eingehalten wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the forecast for each section of the route is created and that depending on the forecast for each section an operating mode for the electric drive machines (EM1, EM2) is selected and this by means of a Activation and deactivation strategy are operated so that an optimum operating temperature range for the electrical machines (EM1, EM2) is maintained during each section of the route. 13. Fahrzeug (50) mit einem Antriebsstrang mit zumindest zwei elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2), mit einer Prognoseeinheit (64) zur Erstellung einer Prognose über die künftigen Temperaturen von elektrischen Komponenten erstellt und einer Steuereinheit zum Steuern des Antriebsstranges in Abhängigkeit der prognostizierten Temperaturen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognoseeinheit (64) ausgebildet ist, um eine Prognose über die künftige Belastung zumindest zweier elektrischer Antriebsmaschinen (EM1, EM2) zu erstellen und um in Abhängigkeit der Prognose zumindest einen Betriebsmodus für die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) auszuwählen, und die Steuereinheit (62) dazu ausgebildet ist, die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) mittels einer Aktivierungs- und Deaktivierungsstrategie so zu betreiben, dass ein optimaler Betriebstemperaturbereich für die elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) während einer Fahrtroute eingehalten wird.13. Vehicle (50) with a drive train with at least two electric drive machines (EM1, EM2), with a prediction unit (64) for generating a forecast of the future temperatures of electrical components created and a control unit for controlling the drive train as a function of the forecast temperatures , for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the forecasting unit (64) is designed to provide a forecast of the future load of at least two electric drive machines (EM1, EM2) and at least depending on the forecast to select an operating mode for the electric drive machines (EM1, EM2), and the control unit (62) is designed to operate the electric drive machines (EM1, EM2) by means of an activation and deactivation strategy in such a way that an optimum operating temperature range for the electric drive machines ( EM1, EM2 ) is maintained during a route. 14. Fahrzeug (50) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektrischen Antriebsmaschinen (EM1, EM2) unabhängig voneinander aktivier- und deaktivierbar sind.14. Vehicle (50) according to claim 13, characterized in that at least two electric drive machines (EM1, EM2) can be independently activated and deactivated. 15. Fahrzeug (50) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Antriebsachsen (52, 54) - oder deren Räder (58) unabhängig voneinander elektrisch an-treibbar sind.15. Vehicle (50) according to claim 13 or 14, characterized in that at least two drive axles (52, 54) - or their wheels (58) are electrically driven independently of each other. 16. Fahrzeug (50) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognoseeinheit (64) mit einem Satellitennavigationssystem (3) verbunden ist.16. Vehicle (50) according to one of claims 13 to 15, characterized in that the forecasting unit (64) is connected to a satellite navigation system (3). 17. Fahrzeug (50) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognoseeinheit (64) mit einem Fahrzeug- Kommunikationssystem (4), vorzugsweise einem C2X- Kommunikationssystemsystem, verbunden ist.17. Vehicle (50) according to one of claims 13 to 16, characterized in that the forecasting unit (64) is connected to a vehicle communication system (4), preferably a C2X communication system system. 18. Fahrzeug (50) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognoseeinheit (64) mit einem zumindest einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur (T) zumindest einer elektrischen Maschine (EM1, EM2), der Leistungselektronik (60) und/oder des Kühlmediums einer Kühleinrichtung für zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (EM1, EM2) und/oder die Leistungselektronik (60) verbunden ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen18. Vehicle (50) according to any one of claims 13 to 17, characterized in that the forecasting unit (64) with at least one temperature sensor for measuring the temperature (T) of at least one electrical machine (EM1, EM2), the power electronics (60). and / or the cooling medium of a cooling device for at least one electric drive machine (EM1, EM2) and / or the power electronics (60) is connected. For this 2 sheets of drawings
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