AT526204A1 - Method and system for optimizing system efficiency and reducing audible and/or noticeable vibrations of an electric drive system of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (30) und ein System (20) zum Optimieren der Effizienz eines elektrischen Antriebssystems (11) eines Kraftfahrzeugs (10) und zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des elektrischen Antriebssystems (11) des Kraftfahrzeugs (10) durch Ausgeben eines optimieren Betriebskennfelds (5) für den Elektromotor (12) des elektrischen Antriebssystems (11).The present invention relates to a method (30) and a system (20) for optimizing the efficiency of an electric drive system (11) of a motor vehicle (10) and for reducing the audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system (11) of the motor vehicle ( 10) by outputting an optimized operating map (5) for the electric motor (12) of the electric drive system (11).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Optimieren der Effizienz eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs und zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des elektrischen Antriebssystems durch Ausgeben eines optimierten Betriebskennfelds für einen Elektromotor des elektrischen Antriebssystems sowie eine Verwendung des optimierten Betriebskennfelds in einem Kraftfahrzeug und ein Computerprogrammprodukt. The present invention relates to a method and a system for optimizing the efficiency of an electric drive system of a motor vehicle and for reducing the audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system by outputting an optimized operating map for an electric motor of the electric drive system and using the optimized operating map in a motor vehicle and a computer program product.
Die Verbesserung des Fahrkomforts ist eines der großen Themen für die Zukunft der Mobilität, insbesondere der Elektromobilität. Ein Teil davon ist die Reduzierung der hör- und/oder spürbaren Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) im Betrieb des Kraftfahrzeugs. Hierneben ist auch die Optimierung der Effizienz von Fahrzeugen, insbesondere elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, ein wichtiges Thema, um hohe Reichweiten bereitzustellen und die Verbrauchskosten gering zu halten. Improving driving comfort is one of the major issues for the future of mobility, especially electromobility. Part of this is the reduction of audible and/or noticeable vibrations ("Noise Vibration Harshness", or NVH for short) during operation of the motor vehicle. In addition, optimizing the efficiency of vehicles, especially electrically powered vehicles, is also an important issue in order to provide long ranges and keep consumption costs low.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um das Ziel der NVH-Reduzierung zu erreichen, etwa durch Anpassung der Geometrie des Kraftfahrzeugs oder Hinzufügen von Dämpfungselementen im Kraftfahrzeug. Various approaches are known from the prior art to achieve the goal of NVH reduction, for example by adapting the geometry of the motor vehicle or adding damping elements in the motor vehicle.
Allerdings sind die bekannten Ansätze mit Nachteilen, wie insbesondere höheren Kosten, einem höheren Gewicht usw. verbunden. Außerdem sind den bekannten Ansätzen Grenzen gesetzt. So ist es im Stand der Technik kaum oder nur schwer möglich, die hör- und/oder spürbaren Schwingungen von Komponenten des elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren. However, the known approaches are associated with disadvantages, such as higher costs, higher weight, etc. In addition, there are limits to the known approaches. In the prior art, it is hardly possible or only possible with difficulty to reduce the audible and/or noticeable vibrations of components of the electric drive system of a motor vehicle.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise, den Fahrkomfort eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem durch Reduktion von hör- und/oder spürbaren Schwingungen zu erhöhen, wobei gleichzeitig eine hohe Effizienz und Reichweite des Fahrzeugs ermöglicht werden soll. It is the object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to increase the driving comfort of a motor vehicle with an electric drive system in a cost-effective and simple manner by reducing audible and/or noticeable vibrations, while at the same time enabling high efficiency and range of the vehicle.
Bezug genommen wird bzw. werden kann. is or can be referred to.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Optimieren der Effizienz eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs und zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs durch Ausgeben eines optimieren Betriebskennfelds für einen Elektromotor des elektrischen Antriebssystems vorgesehen. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf: According to the invention, a method is provided for optimizing the efficiency of an electric drive system of a motor vehicle and for reducing the audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system of the motor vehicle by outputting an optimized operating map for an electric motor of the electric drive system. The process has the following steps:
(a) Bereitstellen eines auf Effizienz voroptimierten Betriebskennfelds des Elektromotors, wobei das voroptimierte Betriebskennfeld Betriebspunkte des Elektromotors umfasst, (a) providing an operating map of the electric motor that is pre-optimized for efficiency, the pre-optimized operating map comprising operating points of the electric motor,
(b) Bereitstellen eines Betriebszusammenhangs zwischen Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds und hör- und/oder spürbaren Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebssystems für zumindest einen teilweisen Bereich von (b) Providing an operating relationship between operating points of the pre-optimized operating map and audible and/or noticeable vibrations (“Noise Vibration Harshness”, or NVH for short) of at least one component of the electric drive system for at least a partial range of
Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds, Operating points of the pre-optimized operating map,
(c) Bestimmen zumindest einer Bedingung einer maximal zulässigen Effizienzverschlechterung bei Veränderung von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds, (c) determining at least one condition of a maximum permissible deterioration in efficiency when changing operating points of the pre-optimized operating map,
(d) Verändern von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich des voroptimierten Betriebskennfelds auf Basis des Betriebszusammenhangs zum Reduzieren der hör- und/oder (d) changing operating points of the pre-optimized operating map in at least a partial operating range of the pre-optimized operating map based on the operating context in order to reduce the audible and/or
(e) Ausgeben des veränderten voroptimierten Betriebskennfelds als optimiertes Betriebskennfeld. (e) Outputting the changed pre-optimized operating map as an optimized operating map.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt damit im Ergebnis ein in Richtung Effizienz und NVH optimiertes Betriebskennfeld bereit, welches bei Anwendung zur Steuerung des Elektromotors in einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antriebssystem über reduzierte hör- und/oder spürbare Schwingungen des elektrischen Antriebssystems im Betrieb bei gleichzeitig hoher Effizienz verfügt. Die Lösung nutzt damit insbesondere den einzigartigen Vorteil von Elektromotoren, dass die Steuerungen von Elektromotoren in hohem Maße einstellbar sind und ein hohes Optimierungspotenzial für elektrische Antriebssysteme in mehrere Richtungen bieten. Vorliegend wird dieses Optimierungspotenzial genutzt, um die Optimierung des NVH-Potenzials zumindest in einem Teilbetriebsbereich, insbesondere dem kritischsten Teil, des auf Effizienz voroptimierten Betriebskennfelds bzw. As a result, the method according to the invention provides an operating map optimized in the direction of efficiency and NVH, which, when used to control the electric motor in a motor vehicle with an electric drive system, has reduced audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system during operation while at the same time being highly efficient. The solution takes advantage of the unique advantage of electric motors in that the controls of electric motors are highly adjustable and offer high optimization potential for electric drive systems in several directions. In the present case, this optimization potential is used to optimize the NVH potential at least in a partial operating area, in particular the most critical part, of the operating map pre-optimized for efficiency or
Steuerkennfelds umzusetzen. Implement control map.
Insbesondere kann die Reduktion der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich dabei mit einem Effizienzverlust in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich einhergehen. Das bedeutet, dass die Optimierung des Betriebskennfelds in Richtung reduzierter hör- und/oder spürbarer Schwingungen nicht gänzlich ohne Nachteil durchgeführt wird, auch wenn dieser geringer ausfällt als im Stand der Technik, sondern in dem optimierten Betriebskennfeld an den veränderten Betriebspunkten mit einer gegenüber dem voroptimierten Betriebskennfeld reduzierten Effizienz einhergeht. Entsprechend können die Betriebspunkte also durch Veränderung von Betriebsparametern des Elektromotors an den Betriebspunkten zu Ungunsten der Effizienz, damit jedoch zu In particular, the reduction of the audible and/or noticeable vibrations in the at least one partial operating area can be accompanied by a loss of efficiency in the at least one partial operating area. This means that the optimization of the operating map in the direction of reduced audible and/or noticeable vibrations is not carried out entirely without disadvantage, even if this is lower than in the prior art, but in the optimized operating map at the changed operating points with a disadvantage compared to the pre-optimized one Operating map is accompanied by reduced efficiency. Accordingly, the operating points can be changed to the detriment of efficiency by changing the operating parameters of the electric motor at the operating points, thereby increasing
Gunsten von geringeren Schwingungen manipuliert werden. Be manipulated in favor of lower vibrations.
Um diesen Nachteil auszugleichen bzw. bei der Veränderung der Betriebspunkte zu berücksichtigen, damit das auf Effizienz voroptimierte Betriebskennfeld nicht seine hohe Effizienz und damit ermöglichte hohe Reichweite des Kraftfahrzeugs einbüßt, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Bedingung einer maximalen zulässigen Effizienzverschlechterung für die Veränderung der Betriebspunkte des voroptimierten In order to compensate for this disadvantage or to take it into account when changing the operating points, so that the operating map pre-optimized for efficiency does not lose its high efficiency and thus the high range of the motor vehicle that is possible, the method according to the invention provides the condition of a maximum permissible deterioration in efficiency for the change in the operating points of the pre-optimized one
Die Bedingung kann vorteilhafterweise eine maximal zulässige Effizienzverschlechterung um höchstens 20 %, ganz besonders um höchstens 15 %, ferner ganz besonders um höchstens 10 % und weiterhin ganz besonders um höchstens 5 % gegenüber einer Effizienz von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds sein. The condition can advantageously be a maximum permissible deterioration in efficiency of at most 20%, very particularly at most 15%, more particularly at most 10% and further particularly at most 5% compared to an efficiency of operating points of the pre-optimized operating map.
Beispielsweise können mehrere verschiedene Bedingungen einer maximalen zulässigen Effizienzverschlechterung bei Veränderung der Betriebspunkte des voroptimierten Betriebskennfelds vorgesehen werden. Dadurch können in einzelnen Teilbetriebsbereichen unterschiedliche Bedingungen angelegt werden. Die unterschiedlichen Bedingungen unterscheiden sich in der maximal zulässigen Effizienzverschlechterung ihrer Höhe nach. Möglich ist es auch, in Abhängigkeit von den verschiedenen Bedingungen unterschiedliche optimierte Betriebskennfelder bereitzustellen, also insbesondere die Verfahrensschritte (d) und (e) mehrmals, und zwar für unterschiedliche Bedingungen auszuführen. So können dem Kraftfahrzeug, insbesondere dem Fahrer, unterschiedliche Fahrmodi angeboten werden. Beispielsweise ein quasi geräuschloser Modus bzw. Komfort-Modus, bei dem die maximal zulässige Effizienzverschlechterung sehr groß, beispielsweise bis zu 20 % ausfallen kann. Ein anderer Fahrmodus kann beispielsweise ein kombinierten Komfort-/Effizienz-Modus sein, bei dem die maximal zulässige Effizienzverschlechterung bis zu 5 % oder 10 % ausfällt, sodass hier ein Mischung aus hoher Effizienz und NVH-Reduktion vorliegt. Wiederum kann ein anderer Fahrmodus ein Sport-Modus sein, bei dem eine maximal zulässigen Effizienzverschlechterung von höchstens 1 oder 2 % gewählt wird, damit die größtmögliche Leistung des elektrischen Antriebssystems für ein besonders sportliches Fahren abrufbar ist, während Geräusche beim sportlichen Fahren eine For example, several different conditions of a maximum permissible deterioration in efficiency when changing the operating points of the pre-optimized operating map can be provided. This means that different conditions can be created in individual operational areas. The different conditions differ in terms of the maximum permissible deterioration in efficiency. It is also possible to provide different optimized operating maps depending on the different conditions, i.e. in particular to carry out method steps (d) and (e) several times for different conditions. In this way, the motor vehicle, in particular the driver, can be offered different driving modes. For example, a quasi-silent mode or comfort mode in which the maximum permissible reduction in efficiency can be very large, for example up to 20%. Another driving mode can be, for example, a combined comfort/efficiency mode, in which the maximum permissible efficiency degradation is up to 5% or 10%, so that there is a mixture of high efficiency and NVH reduction. In turn, another driving mode can be a sport mode, in which a maximum permissible reduction in efficiency of at most 1 or 2% is selected so that the greatest possible performance of the electric drive system can be accessed for particularly sporty driving, while noise is reduced during sporty driving
eher untergeordnete Rolle spielen, die insoweit stärker in Kauf genommen werden. play a rather subordinate role, which is therefore more taken into account.
aufspannen. clamp up.
Mit dem später erwähnten Ausgangs-Betriebskennfeld ist dasjenige Betriebskennfeld gemeint, welches als Ausgangspunkt für das Verfahren dient bzw. bereitgestellt werden kann. Mit anderen Worten ist das Ausgangs-Betriebskennfeld dasjenige ursprünglich bereitgestellte Betriebskennfeld, welches durch das Verfahren optimiert wird. Das voroptimierte Betriebskennfeld ist das auf Effizienz voroptimierte Ausgangs-Betriebskennfeld. Das optimierte Betriebskennfeld ist das Ergebnis des Verfahrens, also das durch das Verfahren optimierte Ausgangs-Betriebskennfeld nach seiner Voroptimierung. Das optimierte Betriebskennfeld ist dabei gegenüber dem voroptimierten Betriebskennfeld zumindest teilweise in Richtung reduzierter hörund/oder spürbarer Schwingungen des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs optimiert. The output operating map mentioned later refers to the operating map which serves or can be provided as a starting point for the method. In other words, the initial operating map is the originally provided operating map that is optimized by the method. The pre-optimized operating map is the initial operating map pre-optimized for efficiency. The optimized operating map is the result of the process, i.e. the initial operating map optimized by the process after its pre-optimization. The optimized operating map is at least partially optimized compared to the pre-optimized operating map in the direction of reduced audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system of the motor vehicle.
Die Ausgabe des optimierten Betriebskennfelds in Verfahrensschritt (e) erfolgt insbesondere zur Nutzung in dem Elektromotor des elektrischen Antriebssystem des Kraftfahrzeugs bzw. einem entsprechenden Steuergerät des Elektromotors. Dabei kann die Ausgabe verschiedene Ausgestaltungen annehmen. So kann es sich bei dem Ausgeben beispielsweise um ein Speichern, Senden und/oder Anzeigen des optimierten Betriebskennfelds handeln. Darüber hinaus kann das Verfahren selbstverständlich auch das Nutzen des optimierten Betriebskennfelds in dem Elektromotor des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs aufweisen. The optimized operating map is output in method step (e) in particular for use in the electric motor of the electric drive system of the motor vehicle or a corresponding control unit of the electric motor. The output can take various forms. For example, the output can involve storing, sending and/or displaying the optimized operating map. In addition, the method can of course also include the use of the optimized operating map in the electric motor of the electric drive system of the motor vehicle.
Es ist nicht notwendig, aber möglich, sämtliche Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in der durch die Nummerierung der Verfahrensschritte (a) bis (e) angegebenen Reihenfolge auszuführen. So können It is not necessary, but possible, to carry out all process steps of the process according to the invention in the order indicated by the numbering of process steps (a) to (e). So can
Vorteilhafterweise kann der Betriebszusammenhang durch ein Kraftkennfeld gegeben sein, welches im Betrieb des Elektromotors an der zumindest einen Komponente des elektrischen Antriebssystems auftretende Kräfte für den zumindest einen teilweisen Bereich von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds umfasst. Als das Kraftkennfeld der zumindest einen Komponente des elektrischen Antriebssystems wird insbesondere eine Mehrheit oder Gesamtheit von im Betrieb des Elektromotors an zumindest einer, mehreren oder allen Komponenten des elektrischen Antriebssystems oder an Bauteilen einer oder mehrerer Komponenten des elektrischen Antriebssystems auftretenden Kräften in Abhängigkeit von den durchlaufenen Betriebspunkten verstanden. Diese Kräfte können in Form von Kraftpunkten oder Kraftkenndaten gespeichert sein. Die Kraftpunkte können dabei in beliebiger Form von dem Kraftkennfeld organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. Die Kraftpunkte können dabei beispielsweise durch eine Angabe der an der zumindest einen Komponente auftretenden Kraft in Newton über einem oder mehreren Betriebsparametern des Elektromotors, beispielsweise einer Stromstärke, einem Phasenwinkel usw., definiert sein. Dabei macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zu Nutze, dass das Kraftkennfeld durch die Charakterisierung der auftretenden Kräfte über den Betriebspunkten bzw. in Abhängigkeit von den Betriebspunkten Aufschluss über die hör- und/oder spürbaren Schwingungen an den Betriebspunkten gibt. Mit anderen Worten korrelieren die auftretenden und anhand des Kraftkennfelds bekannten Kräfte zumindest teilweise mit den hör- und/oder spürbaren Schwingungen bei den jeweiligen Betriebspunkten. Dadurch kann in dem Verfahrensschritt (d) das Verändern der Betriebspunkte des voroptimierten Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich, insbesondere einem in Bezug auf die hör- und/oder spürbaren Schwingungen besonders kritischen bzw. den Fahrkomfort einschränkenden Bereich, des voroptimierten Betriebskennfelds auf Basis des bereitgestellten Kraftkennfelds zum Advantageously, the operating context can be given by a force map, which includes forces occurring during operation of the electric motor on the at least one component of the electric drive system for the at least a partial range of operating points of the pre-optimized operating map. The force map of the at least one component of the electric drive system is in particular a majority or totality of forces occurring during operation of the electric motor on at least one, several or all components of the electric drive system or on components of one or more components of the electric drive system, depending on the operating points passed through understood. These forces can be stored in the form of force points or force characteristics. The force points can be organized in any form by the force map, for example in a table, in the form of one or more functions, in the form of two- or three-dimensional diagrams, any combination of the aforementioned or the like. The force points can be defined, for example, by specifying the force in Newtons occurring on the at least one component over one or more operating parameters of the electric motor, for example a current intensity, a phase angle, etc. The method according to the invention makes use of the fact that the force map provides information about the audible and/or noticeable vibrations at the operating points by characterizing the forces occurring over the operating points or depending on the operating points. In other words, the forces that occur and are known from the force map correlate at least partially with the audible and/or noticeable vibrations at the respective operating points. As a result, in method step (d), the operating points of the pre-optimized operating map can be changed in at least a partial operating range, in particular an area that is particularly critical in relation to the audible and/or noticeable vibrations or that limits driving comfort, of the pre-optimized operating map on the basis of the force map provided for the
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Teilbetriebsbereich erfolgen, wobei die zumindest eine Bedingung eingehalten wird. Partial operating area takes place, with the at least one condition being met.
Möglich ist zudem, dass das Verfahren ferner das Erzeugen des Kraftkennfelds auf Basis eines Simulationsmodells der zumindest einen Komponente, insbesondere des Elektromotors und ferner insbesondere des gesamten elektrischen Antriebssystems oder des gesamten Kraftfahrzeugs, aufweist. Dadurch, dass ein Simulationsmodell zum Einsatz kommt, kann das Kraftkennfeld zerstörungsfrei, schnell und präzise ermittelt werden, statt eine reale Messung im Kraftfahrzeug durchzuführen. Dabei kann das Erzeugen des Kraftkennfelds vorteilhafterweise auf Basis einer Finite Elemente Analyse erfolgen. It is also possible for the method to further comprise generating the force map based on a simulation model of the at least one component, in particular the electric motor and further in particular the entire electric drive system or the entire motor vehicle. Because a simulation model is used, the force map can be determined non-destructively, quickly and precisely, instead of carrying out a real measurement in the motor vehicle. The force map can advantageously be generated on the basis of a finite element analysis.
Grundsätzlich kann zudem vorgesehen sein, dass das Verfahren für verschiedene Temperaturen und/oder Schwingungsordnungen durchgeführt oder wiederholt wird. Dabei können jeweils Kraftkennfelder für verschiedene Temperaturen und/oder Schwingungsordnungen bereitgestellt werden. In principle, it can also be provided that the method is carried out or repeated for different temperatures and/or vibration orders. Force maps can be provided for different temperatures and/or vibration orders.
Vorteilhafterweise kann die zumindest eine Komponente eine elektrische Antriebskomponente des elektrischen Antriebssystems sein. Sie kann beispielsweise der Elektromotor, eine Traktionsbatterie, ein Wechselrichter, Leistungselektronik und/oder ein Getriebe des elektrischen Antriebssystems sein. Advantageously, the at least one component can be an electric drive component of the electric drive system. It can be, for example, the electric motor, a traction battery, an inverter, power electronics and/or a transmission of the electric drive system.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die zumindest eine Komponente des elektrischen Antriebssystems der Elektromotor oder ein Bauteil des Elektromotors des elektrischen Antriebssystems ist. Dann wird der Betriebszusammenhang, insbesondere das Kraftkennfeld, für den Elektromotor oder zumindest ein Bauteil des Elektromotors bereitgestellt. So können selbst die hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors, die den Fahrkomfort besonders beeinträchtigen können, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt reduziert werden. Beispielsweise kann das Bauteil ein Stator des Elektromotors sein. Das Verfahren kann insoweit auch als Verfahren zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors spezifiziert werden. It is particularly advantageous if the at least one component of the electric drive system is the electric motor or a component of the electric motor of the electric drive system. Then the operating context, in particular the force map, is provided for the electric motor or at least a component of the electric motor. Even the audible and/or noticeable vibrations of the electric motor, which can particularly impair driving comfort, can be directly reduced using the method according to the invention. For example, the component can be a stator of the electric motor. In this respect, the method can also be specified as a method for reducing the audible and/or noticeable vibrations of the electric motor.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren außerdem außerhalb des Kraftfahrzeugs ausgeführt. Dies ermöglicht eine Optimierung des voroptimierten Betriebskennfelds oder, wie später näher erläutert wird, eines initial bereitgestellten AusgangsBetriebskennfelds des Elektromotors des elektrischen Antriebssystems vor der Advantageously, the method is also carried out outside the motor vehicle. This enables optimization of the pre-optimized operating map or, as will be explained in more detail later, an initially provided initial operating map of the electric motor of the electric drive system
Das Verfahren kann optional einen weiteren Verfahrensschritt nach dem Verfahrensschritt (b) nutzen, bei dem die hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Betriebsbereichs auf Basis des Betriebszusammenhangs, insbesondere des Kraftkennfelds, ermittelt werden. Dann sind die hör- und/oder spürbaren Schwingungen in diesem oder einem The method can optionally use a further method step after method step (b), in which the audible and/or noticeable vibrations in the at least partial range of operating points of the operating range are determined on the basis of the operating context, in particular the force map. Then the audible and/or noticeable vibrations are in this or one
gesamten Bereich des Betriebskennfelds bekannt. the entire range of the operating map is known.
Neben dem obigen oder alternativ zu dem obigen weiteren Verfahrensschritt kann das Verfahren vorteilhafterweise den Schritt eines Auswählens des zumindest einen Teilbetriebsbereichs umfassen. Dabei kann der Teilbetriebsbereich aus dem gesamten Betriebsbereich oder einer Menge von Teilbetriebsbereichen, die den gesamten Betriebsbereich beispielsweise in einer vordefinierten Art und Weise unterteilen können, ausgewählt werden. Es können auch mehrere Teilbetriebsbereiche ausgewählt werden. Die Auswahl kann noch vorgegebenen Kriterien erfolgen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der zumindest eine Teilbetriebsbereich ausgewählt wird, wenn er einen vordefinierten Grenzwert von hör- und/oder spürbaren Schwingungen überschreitet. Bei Nutzung eines Kraftkennfelds kann der Grenzwert der hör- und/oder spürbaren Schwingungen auch durch einen Grenzwert von auftretenden Kräften vordefiniert werden, was aufgrund der Korrelation zwischen Kräften und Schwingungen als gleichwertig angesehen wird. Der jeweilige vordefinierte Grenzwert kann dabei beispielsweise für einzelne Betriebspunkte oder eine Vielzahl an Betriebspunkten, beispielsweise in Form eines Durchschnitts oder Medians, bestimmt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass nur Betriebspunkte in Teilbetriebsbereichen verändert werden, die hohe und In addition to the above or as an alternative to the above further method step, the method can advantageously include the step of selecting the at least one partial operating range. The partial operating area can be selected from the entire operating area or a set of partial operating areas, which can divide the entire operating area, for example, in a predefined manner. Several sub-operational areas can also be selected. The selection can still be made according to specified criteria. It is particularly advantageous if the at least one partial operating range is selected when it exceeds a predefined limit value of audible and/or noticeable vibrations. When using a force map, the limit value of the audible and/or noticeable vibrations can also be predefined by a limit value of the forces that occur, which is considered equivalent due to the correlation between forces and vibrations. The respective predefined limit value can be determined, for example, for individual operating points or a large number of operating points, for example in the form of an average or median. This can ensure that only operating points are changed in partial operating areas that have high and
deshalb vorzugsweise zu reduzierende Schwingungen im Betrieb hervorrufen. therefore preferably cause vibrations to be reduced during operation.
Entsprechend kommt damit neben der Bedingung einer maximal zulässigen Accordingly, in addition to the condition of a maximum permissible
Effizienzverschlechterung das Kriterium eines Mindest-NVH hinzu, damit nicht alle Deterioration in efficiency adds the criterion of a minimum NVH, so that not all
erdenklichen Schwingungen entfernt werden, die kaum oder keinen nennenswerten conceivable vibrations are removed, which are hardly or not significant
Einfluss auf den Fahrkomfort haben. have an impact on driving comfort.
Grundsätzlich kann das voroptimierte Betriebskennfeld auch im gesamten Betriebsbereich des Elektromotors optimiert werden. Es kann aber vorteilhaft sein, dass voroptimierte Betriebskennfeld des zumindest einen Elektromotors nur in einem bestimmten Betriebsbereich auf NVH zu optimieren, was durch die Bedingung der maximal zulässigen Effizienzverschlechterung und die obige Bedingung der MindestNVH sichergestellt werden kann. In principle, the pre-optimized operating map can also be optimized over the entire operating range of the electric motor. However, it can be advantageous to optimize the pre-optimized operating map of the at least one electric motor for NVH only in a certain operating range, which can be ensured by the condition of the maximum permissible deterioration in efficiency and the above condition of the minimum NVH.
Auch ist vorteilhaft, wenn Schritt (d) unter der Bedingung ausgeführt wird, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des Elektromotors von dem voroptimierten Betriebskennfeld beibehalten werden. So kann sichergestellt werden, dass das voroptimierte Betriebskennfeld nur in einem bestimmten, insbesondere vorteilhaften Parameterbereich im Hinblick auf die Voroptimierung auf maximale Effizienz verändert wird. Auch können weitere Bedingungen für die Optimierung des Kennfelds genutzt werden, die wiederum von konkreten Betriebsparametern des Elektromotors abhängig sein können. So können beispielsweise eine maximale verfügbare Spannung und eine maximal erlaubte Stromstärke als Betriebsparameter des Elektromotors vorgegeben werden, die in Schritt (d) eingehalten werden It is also advantageous if step (d) is carried out under the condition that a torque and a speed of the electric motor are maintained by the pre-optimized operating map. In this way it can be ensured that the pre-optimized operating map is only changed in a specific, particularly advantageous parameter range with regard to the pre-optimization for maximum efficiency. Further conditions can also be used to optimize the map, which in turn can depend on specific operating parameters of the electric motor. For example, a maximum available voltage and a maximum permitted current intensity can be specified as operating parameters of the electric motor, which are adhered to in step (d).
müssen, um real anwendbare Ergebnisse zu erhalten. in order to obtain real, applicable results.
Vorteilhafterweise können in Schritt (d) zumindest ein Betriebsparameter oder mehrere Betriebsparameter des Elektromotors verändert werden. Dabei kann der zumindest eine Betriebsparameter eine Spannung und/oder eine Stromstärke des Elektromotors sein. Währenddessen können mögliche weitere Bedingungen eingehalten werden, beispielsweise eine zulässige maximale Spannung und Advantageously, at least one operating parameter or several operating parameters of the electric motor can be changed in step (d). The at least one operating parameter can be a voltage and/or a current strength of the electric motor. Meanwhile, possible additional conditions can be met, such as a permissible maximum voltage and
Stromstärke. Current strength.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren zum Bereitstellen des auf Effizienz voroptimierten Betriebskennfelds des Elektromotors den Schritt eines Bereitstellens und Voroptimierens eines Ausgangs-Betriebskennfelds durch Maximieren zumindest einer Effizienzfunktion der zumindest einen Komponente des Antriebssystems Advantageously, the method for providing the operating map of the electric motor pre-optimized for efficiency can include the step of providing and pre-optimizing an output operating map by maximizing at least one efficiency function of the at least one component of the drive system
umfassen. Ganz besonders kann zur Voroptimierung auf maximale Effizienz dabei include. In particular, it can be used for pre-optimization for maximum efficiency
ein Verfahren zur Maximierung des Drehmoments pro Watt (engl. „Maximum Torque a method for maximizing the torque per watt (English “Maximum Torque
per Watt“, kurz MTPW) verwendet werden. per watt”, MTPW for short).
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Ausgangs-Betriebskennfeld dabei unter Variation von zumindest einem Betriebsparameter des Elektromotors voroptimiert wird. Vorteilhafterweise können mehrere der hierin erwähnten Betriebsparameter, wie beispielsweise Stromstärke und Spannung, des Elektromotors variiert werden, während mögliche Bedingungen eingehalten werden, Advantageously, it can be provided that the initial operating map is pre-optimized by varying at least one operating parameter of the electric motor. Advantageously, several of the operating parameters mentioned herein, such as current and voltage, of the electric motor can be varied while maintaining possible conditions,
beispielsweise eine zulässige maximale Spannung und Stromstärke. for example, a permissible maximum voltage and current.
Dabei kann besonders vorteilhaft die zumindest eine Effizienzfunktion eine Systemeffizienzfunktion sein, welche aus einer ersten Effizienzfunktion des Elektromotors des elektrischen Antriebssystems und zumindest einer weiteren Effizienzfunktion zumindest einer weiteren elektrischen Komponente des elektrischen Antriebssystems kombiniert sein. Damit wird also der Elektromotor nicht selbständig auf maximale Effizienz voroptimiert. Stattdessen werden mit dem zumindest einen Elektromotor und der zumindest einen weiteren elektrischen Komponente, insbesondere Antriebskomponente, ein größerer Teil des elektrischen Antriebssystems, insbesondere das gesamte elektrische Antriebssystem, beim Voroptimieren der Effizienz für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug berücksichtigt. Dazu wird die Systemeffizienzfunktion bereitgestellt, welche die Effizienzfunktionen von dem zumindest einen Elektromotor und die Effizienzfunktion von der zumindest einen weiteren elektrischen Antriebskomponente miteinander kombiniert. Dies hat sich deshalb als vorteilhaft herausgestellt, weil höhere Verluste an weiteren elektrischen Antriebskomponenten, beispielsweise an einem Wechselrichter, Effizienzsteigerungen des Elektromotors in der Gesamtbetrachtung zunichte machen können. Mit der vorliegenden Verbesserung jedoch können mögliche Verluste bzw. Effizienzen weiterer elektrischer Antriebskomponenten in den Prozess der Effizienzoptimierung von Elektromotoren einbezogen werden, sodass eine für das gesamte elektrische Antriebssystem optimierte, insbesondere zumindest The at least one efficiency function can be particularly advantageously a system efficiency function, which can be combined from a first efficiency function of the electric motor of the electric drive system and at least one further efficiency function of at least one further electrical component of the electric drive system. This means that the electric motor is not independently pre-optimized for maximum efficiency. Instead, with the at least one electric motor and the at least one further electric component, in particular drive component, a larger part of the electric drive system, in particular the entire electric drive system, is taken into account when pre-optimizing the efficiency for the electrically driven motor vehicle. For this purpose, the system efficiency function is provided, which combines the efficiency functions of the at least one electric motor and the efficiency function of the at least one further electric drive component. This has proven to be advantageous because higher losses on other electrical drive components, for example on an inverter, can nullify increases in the efficiency of the electric motor overall. With the present improvement, however, possible losses or efficiencies of further electric drive components can be included in the process of optimizing the efficiency of electric motors, so that an optimized for the entire electric drive system, in particular at least
nahezu optimale, Systemeffizienz erhalten werden kann. almost optimal system efficiency can be obtained.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die weitere Effizienzfunktion von zumindest einem Betriebsparameter des Elektromotors abhängt. Bei den Betriebsparametern kann es sich beispielsweise um eine Spannung des Elektromotors, um eine Stromstärke des Elektromotors, um eine Drehzahl des Elektromotors usw. handeln. Dadurch kann die It can be provided that the further efficiency function depends on at least one operating parameter of the electric motor. The operating parameters can be, for example, a voltage of the electric motor, a current strength of the electric motor, a speed of the electric motor, etc. This allows the
Vorteilhafterweise kann für die Systemeffizienzfunktion eine Verlustfunktion verwendet werden, wobei die Verlustfunktion zur Maximierung der Systemeffizienz minimiert wird. Ebenso können für die erste Effizienzfunktion und die weitere Effizienzfunktionen jeweils Verlustfunktionen verwendet werden. Die Verwendung derartiger Verlustfunktionen für die erste Effizienzfunktion und die weitere Effizienzfunktion erlaubt eine einfache Kombination der beiden Effizienzfunktionen durch simple Addition miteinander. Entsprechend ist die Systemeffizienzfunktion für die Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds durch vergleichsweise einfache mathematische Operationen kalkulierbar. Advantageously, a loss function can be used for the system efficiency function, with the loss function being minimized to maximize the system efficiency. Loss functions can also be used for the first efficiency function and the further efficiency functions. The use of such loss functions for the first efficiency function and the further efficiency function allows a simple combination of the two efficiency functions by simply adding them together. Accordingly, the system efficiency function for optimizing the initial operating map can be calculated using comparatively simple mathematical operations.
Dabei kann das Verfahren auch einen weiteren Betriebszusammenhang zwischen dem Betriebskennfeld und der zumindest einen weiteren elektrischen Komponente des elektrischen Antriebssystems nutzen. Als weiterer Betriebszusammenhang der weiteren elektrischen Komponente wird ein insbesondere durch einen oder mehrere Betriebsparameter und/oder Betriebsfunktionen mit dem Betriebskennfeld des Elektromotors geschaffener Zusammenhang zwischen dem Elektromotor und der weiteren elektrischen Komponente bzw. eine Betriebsabhängigkeit der weiteren elektrischen Komponente von dem Elektromotor bzw. dessen AusgangsBetriebskennfeld verstanden, die durch eine gemeinsame Verschaltung bzw. Funktionsweise in dem elektrischen Antriebssystem bedingt ist. Dabei kann auch der weitere Betriebszusammenhang der weiteren elektrischen Komponente durch ein Betriebskennfeld abbildbar sein bzw. kann der Betrieb der weiteren elektrischen Antriebskomponente durch ein Betriebskennfeld darstellbar sein. The method can also use a further operating relationship between the operating map and the at least one further electrical component of the electric drive system. A further operating context of the further electrical component is understood to be a connection between the electric motor and the further electrical component, created in particular by one or more operating parameters and/or operating functions with the operating map of the electric motor, or an operating dependence of the further electrical component on the electric motor or its output operating map , which is caused by a common connection or functionality in the electric drive system. The further operating context of the further electrical component can also be represented by an operating map or the operation of the further electrical drive component can be represented by an operating map.
Effizienzfunktionen herangezogen werden können. Efficiency functions can be used.
Insbesondere ist auch vorteilhaft, wenn das Ausgangs-Betriebskennfeld zugunsten einer höheren Systemeffizienz auf eine geringere als eine maximale Effizienz des Elektromotors voroptimiert wird. Mit anderen Worten wird bewusst eine Verschlechterung der Effizienz des Elektromotors erlaubt, um einen Effizienzgewinn bei der zumindest einen weiteren elektrischen Komponente zu gewinnen, welcher den Effizienzverlust bei dem Elektromotor überschreitet und so für einen Gewinn bei der Systemeffizienz bzw. Gesamteffizienz des elektrischen Antriebssystems sorgt. Gegenüber einer isolierten Optimierung des Elektromotors oder einem Verschlechterungsverbot bei der Optimierung des Elektromotors oder eines voroptimierten Betriebskennfelds des Elektromotors kann so eine höhere In particular, it is also advantageous if the initial operating map is pre-optimized to a lower than maximum efficiency of the electric motor in favor of higher system efficiency. In other words, a deterioration in the efficiency of the electric motor is deliberately permitted in order to gain an efficiency gain in the at least one further electrical component, which exceeds the efficiency loss in the electric motor and thus ensures a gain in the system efficiency or overall efficiency of the electric drive system. Compared to an isolated optimization of the electric motor or a ban on deterioration when optimizing the electric motor or a pre-optimized operating map of the electric motor, a higher level can be achieved
Systemerffizienz erzielt werden. System efficiency can be achieved.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Verwendung eines durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgegebenen optimierten Betriebskennfelds zur Steuerung des Betriebs eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs. The invention also relates to the use of an optimized operating map output by the method according to the invention for controlling the operation of an electric motor of an electric drive system of a motor vehicle.
Damit bringt die erfindungsgemäße Verwendung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. The use according to the invention therefore brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to the method according to the invention.
Eine solche Verwendung kann dabei durch einen Schalter, der beispielsweise physisch oder elektronisch sein kann, und/oder eine Funktion im Kraftfahrzeug implementiert sein. Die Betätigung des Schalters und/oder Aktivierung der Funktion, Such use can be implemented by a switch, which can be physical or electronic, for example, and/or a function in the motor vehicle. Pressing the switch and/or activating the function,
kann das durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene bzw. ausgegebene can be that obtained or output by the method according to the invention
optimierte Betriebskennfeld im Kraftfahrzeug aktivieren. Dadurch kann das Activate optimized operating map in the motor vehicle. This makes it possible
Kraftfahrzeug, insbesondere auf Fahrer- oder Insassenwunsch, in einem quasi bzw. Motor vehicle, in particular at the request of the driver or occupant, in a quasi or
praktisch geräuschlosen und dennoch effizienten Modus fahren. drive in practically silent yet efficient mode.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Optimieren der Effizienz eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs und zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs durch Ausgeben eines optimieren Betriebskennfelds für den Elektromotor des elektrischen Antriebssystems. Dabei weist das System auf: The present invention also relates to a system for optimizing the efficiency of an electric drive system of a motor vehicle and for reducing the audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system of the motor vehicle by outputting an optimized operating map for the electric motor of the electric drive system. The system has:
— ein Bereitstellungsmodul zum — a deployment module for
(a) Bereitstellen eines auf Effizienz voroptimierten Betriebskennfelds des Elektromotors, wobei das voroptimierte Betriebskennfeld Betriebspunkte des Elektromotors umfasst, und (a) Providing an operating map of the electric motor that is pre-optimized for efficiency, the pre-optimized operating map comprising operating points of the electric motor, and
(b) Bereitstellen eines Betriebszusammenhangs zwischen Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds und hör- und/oder spürbaren Schwingungen zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebssystems für zumindest (b) Providing an operating relationship between operating points of the pre-optimized operating map and audible and/or noticeable vibrations of at least one component of the electric drive system for at least
einen teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Betriebskennfelds, — ein Bestimmungsmodul zum a partial range of operating points of the operating map, — a determination module for
(c)Bestimmen zumindest einer Bedingung einer maximal zulässigen Effizienzverschlechterung bei Veränderung von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds, (c) determining at least one condition of a maximum permissible deterioration in efficiency when changing operating points of the pre-optimized operating map,
— ein Veränderungsmodul zum — a change module for
(d) Verändern von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich des voroptimierten Betriebskennfelds auf Basis des Betriebszusammenhangs zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich, wobei die zumindest eine Bedingung eingehalten wird, sowie (d) changing operating points of the pre-optimized operating map in at least one partial operating range of the pre-optimized operating map based on the operating context in order to reduce the audible and/or noticeable vibrations in the at least one partial operating range, wherein the at least one condition is met, and
— ein Ausgabemodul zum — an output module for
Damit bringt ein erfindungsgemäßes System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. Insbesondere kann das System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. ausgebildet sein. A system according to the invention therefore brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to the method according to the invention. In particular, the system can be set up or designed to carry out the method according to the invention.
Die Module können dabei beispielsweise jeweils durch einen separaten Computerprogrammcode oder gemeinsam durch einen gemeinsamen Computerprogrammcode und/oder durch separate oder gemeinsame Funktionseinheiten eines Computers implementiert sein. Möglich ist auch, dass einzelne Module in einem gemeinsamen Modul implementiert sind, beispielsweise das Bereitstellungmodul und das Bestimmungsmodul. Das System kann insbesondere einen oder mehrere Computer umfassen oder durch den einen oder mehrere Computer gebildet sein, welcher oder welche die einzelnen Module The modules can, for example, each be implemented by a separate computer program code or jointly by a common computer program code and/or by separate or common functional units of a computer. It is also possible for individual modules to be implemented in a common module, for example the provision module and the destination module. The system can in particular include one or more computers or be formed by the one or more computers which carry the individual modules
aufweisen können. can have.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. The present invention also provides a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the method according to the invention.
Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren A computer program product according to the invention thus brings with it the same advantages as described in detail with reference to the method according to the invention
erläutert worden sind. have been explained.
Das Computerprogrammprodukt kann dabei ein Computerprogramm an sich oder ein Produkt, etwa ein computerlesbarer Datenspeicher, sein, auf dem ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gespeichert sein kann. The computer program product can be a computer program itself or a product, such as a computer-readable data memory, on which a computer program for carrying out the method can be stored.
Weitere Vorteil, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschreiben sind. Es zeigen schematisch: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments are described in detail with reference to the drawings. It shows schematically:
Fig. 1 ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, 1 shows an electrically driven motor vehicle,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, und Fig. 2 shows an embodiment of a system according to the invention, and
Fig. 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 3 shows an embodiment of a method according to the invention.
Identische oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Identical or functionally identical elements are each designated with the same reference numeral in Figures 1 to 3.
Figur 1 zeigt schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 11. Das elektrische Antriebssystem 11 weist einen Elektromotor 12 auf. Figure 1 shows schematically an electrically driven motor vehicle 10 with an electric drive system 11. The electric drive system 11 has an electric motor 12.
Neben der genannten Komponente in Form des Elektromotors 12 kann das elektrische Antriebssystem 11 selbstverständlich weitere Komponenten 13, insbesondere elektrische Antriebskomponenten wie beispielsweise eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, Leistungselektronik, Getriebe usw., aufweisen, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht alle in der Fig. 1 gezeigt sind, sondern durch die Komponente 13 stellvertretend repräsentiert sind. In addition to the component mentioned in the form of the electric motor 12, the electric drive system 11 can of course have further components 13, in particular electric drive components such as a traction battery, an inverter, power electronics, transmission, etc., which, however, are not all shown in FIG. 1 for the sake of clarity are shown, but are represented by component 13.
Der Einfachheit halber und als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschränkt sich die nachstehende Erläuterung von beispielhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Systems 20 (siehe Fig. 2) und eines erfindungsgemäßen Verfahrens 30 (siehe Fig. 3) auf die elektrische Antriebskomponente 12 in Form des beispielhaft nur einen Elektromotors 12 und die weitere Komponente 13 in Form eines Wechselrichters 13, weil bei der Berücksichtigung von Elektromotor 12 und Wechselrichter 13 für eine Voroptimierung eines Ausgangs-Betriebskennfelds 1 eine besonders hohe Systemeffizienz eines voroptimierten Betriebskennfelds 2 erzielt werden kann (siehe Fig. 2). For the sake of simplicity and as a preferred exemplary embodiment, the following explanation of exemplary embodiments of a system 20 according to the invention (see FIG. 2) and a method 30 according to the invention (see FIG. 3) is limited to the electric drive component 12 in the form of, for example, only one electric motor 12 and the further component 13 in the form of an inverter 13, because when the electric motor 12 and inverter 13 are taken into account for a pre-optimization of an output operating map 1, a particularly high system efficiency of a pre-optimized operating map 2 can be achieved (see FIG. 2).
So zeigt Figur 2 schematisch ein System 20 in Form eines Computers mit einem Bereitstellungsmodul 21, einem Bestimmungsmodul 22, einem Veränderungsmodul 23 und einem Ausgabemodul 24, wobei das System 20 sich außerhalb des in Fig. 1 gezeigten Kraftfahrzeugs 10 befindet. Das System 20 dient der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und damit einerseits dem Optimieren der (System)Effizienz des elektrischen Antriebssystems 11 und andererseits dem Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) des Elektromotors 12 des elektrischen Antriebssystems 11 des Kraftfahrzeugs 10 der Fig. 1. 2 shows schematically a system 20 in the form of a computer with a provision module 21, a determination module 22, a change module 23 and an output module 24, the system 20 being located outside the motor vehicle 10 shown in FIG. The system 20 is used to carry out the method 30 according to the invention according to the exemplary embodiment in FIG ", NVH for short) of the electric motor 12 of the electric drive system 11 of the motor vehicle 10 of FIG. 1.
Dabei dient das Bereitstellungsmodul 21 dem Bereitstellen eines auf Effizienz voroptimierten Betriebskennfelds 2 des Elektromotors 12 und eines The provision module 21 serves to provide an operating map 2 of the electric motor 12 and one that is pre-optimized for efficiency
Betriebszusammenhangs 3, insbesondere in Form eines Kraftkennfelds 3, welches beim Betrieb des Elektromotors 12 mit dem voroptimierten Betriebskennfeld 2 auftritt und entsprechend erzeugbar ist. Das Kraftkennfeld 3 gibt die im Betrieb des Elektromotors 12 an dem Elektromotor 12 oder einem oder mehreren seiner Bauteile, beispielsweise an seinem Stator, auftretenden Kräfte für zumindest einen teilweisen Bereich, bevorzugt den gesamten Bereich, von Betriebspunkten des voroptimierten Betriebskennfelds 2 an. Operating context 3, in particular in the form of a force map 3, which occurs when the electric motor 12 is operated with the pre-optimized operating map 2 and can be generated accordingly. The force map 3 indicates the forces occurring during operation of the electric motor 12 on the electric motor 12 or one or more of its components, for example on its stator, for at least a partial range, preferably the entire range, of operating points of the pre-optimized operating map 2.
Für das Bereitstellen des voroptimierten Betriebskennfelds 2 kann das Verfahren von einem Ausgangs-Betriebskennfeld 1 aus starten bzw. ausgehen. Ein solches Ausgang-Betriebskennfeld 1 kann also nicht auf eine Effizienz oder in eine andere Richtung optimiert oder zumindest nicht vollständig in eine solche Richtung voroptimiert sein. Das Ausgangs-Betriebskennfeld 1 kann jedoch auf eine optimale Effizienz des Elektromotors 12 voroptimiert werden, sodass das voroptimierte Betriebskennfeld 2 erhalten wird. To provide the pre-optimized operating map 2, the method can start or start from an initial operating map 1. Such an output operating map 1 cannot therefore be optimized for efficiency or in another direction, or at least not completely pre-optimized in such a direction. However, the output operating map 1 can be pre-optimized for optimal efficiency of the electric motor 12, so that the pre-optimized operating map 2 is obtained.
Für das Voroptimierten des Ausgangs-Betriebskennfelds 1 auf maximale Effizienz kann eine Systemverlustfunktion (nicht gezeigt) genutzt werden, welche sich aus Effizienzfunktionen in Form von Verlustfunktionen des Elektromotors 12 und des Wechselrichters 13 zusammensetzt. Diese Systemverlustfunktion kann, insbesondere durch das Bereitstellungsmodul 21, minimiert werden, um das Ausgangs-Betriebskennfeld 1 derart zu optimieren, dass eine Gesamteffizienz bzw. Systemeffizienz von dem elektrischen Antriebssystem 11 gesteigert werden kann. Dazu wird in bestimmten Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds 1 die Effizienz des Elektromotors 12 zugunsten einer höheren Effizienz beim Wechselrichter 13 gesenkt, wobei jedoch der Effizienzgewinn auf Seiten des Wechselrichters 13 überwiegt, sodass die Systemeffizienz insgesamt höher ausfällt. Im Ergebnis stellt das Bereitstellungsmodul 21, welches alternativ auch als ein Optimierungsmodul (Optimierung der Effizienz), wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, ein im Hinblick auf die Systemeffizienz voroptimiertes Betriebskennfeld 2 aus. To pre-optimize the output operating map 1 for maximum efficiency, a system loss function (not shown) can be used, which is composed of efficiency functions in the form of loss functions of the electric motor 12 and the inverter 13. This system loss function can be minimized, in particular by the provision module 21, in order to optimize the output operating map 1 such that an overall efficiency or system efficiency of the electric drive system 11 can be increased. For this purpose, at certain operating points in the initial operating map 1, the efficiency of the electric motor 12 is reduced in favor of a higher efficiency in the inverter 13, although the gain in efficiency on the part of the inverter 13 predominates, so that the overall system efficiency is higher. As a result, the provision module 21, which alternatively also acts as an optimization module (optimization of efficiency), as shown in FIG. 2, produces an operating map 2 that is pre-optimized with regard to the system efficiency.
Neben dem Bereitstellungsmodul 21 besteht ein Bestimmungsmodul 22, welches eine oder mehrere Bedingungen 4 maximal zulässiger Effizienzverschlechterung(en) bei (weiterer) Veränderung von Betriebspunkten des —voroptimierten Betriebskennfelds 2 bestimmt. Denn das voroptimierte Betriebskennfeld 2 weist nun eine (im Wesentlichen) maximale Effizienz auf, wenn es in einem entsprechenden In addition to the provision module 21, there is a determination module 22, which determines one or more conditions 4 of maximum permissible efficiency deterioration(s) when operating points of the pre-optimized operating map 2 are changed (further). Because the pre-optimized operating map 2 now has (essentially) maximum efficiency when it is in a corresponding one
Steuergerät des Elektromotors 12 verwendet wird. Jede weitere Änderung in eine andere Richtung, wie die hier vorgesehene Reduzierung der hör- und/oder spürbaren Schwingungen, sorgt für eine Verringerung der Effizienz. Durch die Bedingung(en) 4 wird sichergestellt, dass der vorherige Schritt der Voroptimierung bzw. die dadurch erhaltene Effizienz nicht zu Ungunsten der NVH-Reduzierung verloren geht, sondern eine technische Balance zwischen beiden Optimierungsrichtungen eingehalten wird. Control unit of the electric motor 12 is used. Any further change in a different direction, such as the reduction in audible and/or noticeable vibrations provided here, ensures a reduction in efficiency. Condition(s) 4 ensures that the previous pre-optimization step or the resulting efficiency is not lost to the detriment of NVH reduction, but that a technical balance is maintained between both optimization directions.
Das Veränderungsmodul 23 erhält nun die Bedingung(en) 4, das voroptimierte Betriebskennfeld 2 und das Kraftkennfeld 3 und verändert auf dieser Basis die Betriebspunkte des voroptimierten Betriebskennfelds 2 in zumindest einem Teilbetriebsbereich des voroptimierten Betriebskennfelds 2 zu Gunsten geringerer hör- und/oder spürbarerer Schwingungen des Elektromotors 12, wobei die Bedingung(en) 4 eingehalten wird bzw. werden. Dies kann derart geschehen, dass die Betriebspunkte des voroptimierten Betriebskennfelds 2 zu Gunsten reduzierter hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors 12 mit einem Grenzwert der gemäß dem Kraftkennfeld 3 bei den Betriebspunkten auftretenden Kräften verglichen werden. Wird der Grenzwert überschritten, der so gewählt sein kann, dass seine Überschreitung zu hör- und/oder spürbaren Schwingungen im Fahrbetrieb führt, die als kritisch für den Fahrkomfort eingestuft werden, können die Betriebspunkte, die für diese Schwingungen sorgen, verändert werden, solange die Bedingung(en) 4 eingehalten wird bzw. werden. So lässt sich der Teilbetriebsbereich als Bereich mit besonders kritischen Betriebspunkten hinsichtlich der hör- und/oder The change module 23 now receives the condition(s) 4, the pre-optimized operating map 2 and the force map 3 and, on this basis, changes the operating points of the pre-optimized operating map 2 in at least a partial operating range of the pre-optimized operating map 2 in favor of lower audible and / or more noticeable vibrations of the Electric motor 12, whereby condition (s) 4 is or are met. This can be done in such a way that the operating points of the pre-optimized operating map 2 are compared with a limit value of the forces occurring at the operating points according to the force map 3 in favor of reduced audible and/or noticeable vibrations of the electric motor 12. If the limit value is exceeded, which can be chosen so that its exceedance leads to audible and/or noticeable vibrations during driving that are classified as critical for driving comfort, the operating points that cause these vibrations can be changed as long as the Condition(s) 4 are/are met. The partial operating area can be defined as an area with particularly critical operating points with regard to hearing and/or
spürbaren Schwingungen bestimmen. determine noticeable vibrations.
Im Ergebnis erzeugt das Veränderungsmodul 23, welches alternativ auch als ein Optimierungsmodul (Optimierung der NVH) bezeichnet werden kann und wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, ein zusätzlich zur Optimierung auf Systemeffizienz nun im Hinblick auch auf NVH optimiertes Betriebskennfeld 5. Dieses optimierte Betriebskennfeld 5 wird von einem Ausgabemodul 24 ausgegeben, welches, alternativ zu der Darstellung von Fig. 2, auch zusammen mit dem As a result, the change module 23, which can alternatively be referred to as an optimization module (optimization of NVH) and, as shown in FIG. 2, generates an operating map 5 that is now also optimized with regard to NVH in addition to the optimization for system efficiency. This optimized Operating map 5 is output by an output module 24, which, as an alternative to the representation of FIG. 2, also together with the
Veränderungsmodul 23 implementiert sein kann. Change module 23 can be implemented.
Wie in Zusammenschau der Fig. 1 und 2 durch einen Pfeil zwischen der Fig. 1 und 2 erkennbar ist, wird das nunmehr optimierte Betriebskennfeld 5 an das elektrische Antriebssystem 11 ausgegeben bzw. übergeben und sodann in dem Kraftfahrzeug 10, insbesondere von einer entsprechenden Steuerung bzw. einem Steuergerät, As can be seen by looking at FIGS. 1 and 2 together by an arrow between FIGS . a control unit,
verwendet. Zum einen kann dadurch ein Betrieb des Kraftfahrzugs 10 mit bezogen auf den Fahrkomfort quasi bzw. praktisch geräuschlos arbeitendem Elektromotor 12 in lokalen und kritischen NVH-Bereichen erzielt werden, weil diese kritischen NVHBereiche in dem optimierten Betriebskennfeld 5 gegenüber dem AusgangsBetriebskennfeld 1 optimiert sind. Zum anderen kann außerhalb dieser lokalen und kritischen NVH-Bereiche mit maximaler Effizienz des elektrischen Antriebssystems 11 gearbeitet werden. Schließlich kann selbst in den NVH-optimierten Bereichen dank der Bedingung 4 der maximal zulässigen Effizienzverschlechterung eine vergleichsweise hohe Effizienz aufrechterhalten werden. Entsprechend erfolgt die beschriebene Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds 1 des Elektromotors 12 offline durch das System 20. Das Ergebnis in Form des optimierten Betriebskennfelds 5 wird dann jedoch in dem Kraftfahrzeug 10 implementiert und online, also während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10, eingesetzt. used. On the one hand, this allows operation of the motor vehicle 10 with the electric motor 12 operating virtually or practically noiselessly in local and critical NVH areas in relation to driving comfort, because these critical NVH areas are optimized in the optimized operating map 5 compared to the initial operating map 1. On the other hand, outside of these local and critical NVH areas, the electric drive system 11 can work with maximum efficiency. Finally, even in the NVH-optimized areas, a comparatively high efficiency can be maintained thanks to condition 4 of the maximum allowable efficiency degradation. Accordingly, the described optimization of the output operating map 1 of the electric motor 12 is carried out offline by the system 20. However, the result in the form of the optimized operating map 5 is then implemented in the motor vehicle 10 and used online, i.e. while the motor vehicle 10 is driving.
Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel des bereits erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens 30 in Form von Verfahrensschritten 31...37 mit weiteren Details. Figure 3 shows a further example of the already explained method 30 according to the invention in the form of method steps 31...37 with further details.
In dem Verfahrensschritt 31 erfolgt die Voroptimierung des AusgangsBetriebskennfelds 1 auf maximale Effizienz durch Maximierung des Drehmoments pro Watt. In dem Verfahrensschritt 32 werden Bedingungen für die nachfolgende Optimierung durch das Bestimmungsmodul 22 aufgestellt. Die Bedingungen umfassen zumindest die Bedingung der maximal zulässigen Effizienzverschlechterung, also insbesondere eine Vorgabe einer erlaubten Differenz, beispielsweise in %, der Effizienz nach einem Verändern von Betriebspunkten gegenüber der maximalen Effizienz, die durch die Voroptimierung erzielt worden ist. Weitere Bedingungen können insbesondere sein, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des zumindest einen Elektromotors 12 von dem voroptimierten Betriebskennfeld 2 beibehalten werden. Noch weitere Bedingungen können die maximale verfügbare Spannung und eine maximal erlaubte Stromstärke als Betriebsparameter des Elektromotors 12 vorgeben. In method step 31, the initial operating map 1 is pre-optimized for maximum efficiency by maximizing the torque per watt. In method step 32, conditions for the subsequent optimization are established by the determination module 22. The conditions include at least the condition of the maximum permissible deterioration in efficiency, i.e. in particular a specification of a permitted difference, for example in %, of the efficiency after changing operating points compared to the maximum efficiency that was achieved through the pre-optimization. Further conditions can in particular be that a torque and a speed of the at least one electric motor 12 are maintained by the pre-optimized operating map 2. Even further conditions can specify the maximum available voltage and a maximum permitted current as operating parameters of the electric motor 12.
Parallel zu oder, alternativ, vor oder nach den Verfahrensschritten 31 und 32 werden die Verfahrensschritte 33, 34 und 35 hintereinander ausgeführt. In dem Verfahrensschritt 33 wird ein Simulationsmodell des Elektromotors 12 bereitgestellt oder erzeugt. Dies kann auf der Basis einer Finite Elemente Analyse erfolgen. In dem Verfahrensschritt 34 wird dann das Kraftkennfeld 3 auf Basis einer Parallel to or, alternatively, before or after method steps 31 and 32, method steps 33, 34 and 35 are carried out one after the other. In method step 33, a simulation model of the electric motor 12 is provided or generated. This can be done on the basis of a finite element analysis. In method step 34, the force map 3 is then based on a
Betriebssimulation des Simulationsmodells des Elektromotors 12 mit dem voroptimierten Betriebskennfeld 2 erzeugt. Das Kraftkennfeld 3 kann die auftretenden Kräfte in einer Zeit-Raum-Ordnung darstellen. Das Kraftkennfeld 3 kann durch Stromkomponenten Id, Iq des Stroms mit Kraftkennwerten, beispielsweise in Newton, über jeden Betriebspunkt aufgespannt werden. In dem Verfahrensschritt 35 wird das so erhaltene Kraftkennfeld 3 dann zur Optimierung bereitgestellt. Operating simulation of the simulation model of the electric motor 12 with the pre-optimized operating map 2 is generated. The force map 3 can represent the forces occurring in a time-space order. The force map 3 can be spanned over each operating point by current components Id, Iq of the current with force characteristics, for example in Newton. In method step 35, the force map 3 thus obtained is then made available for optimization.
In dem Verfahrensschritt 36 erfolgt nun die Optimierung des voroptimierten Betriebskennfelds 2, wobei die, wie oben beschrieben, ausgewählten Betriebspunkte in dem voroptimierten Betriebskennfeld 2 unter Einhaltung der zuvor definierten Bedingungen optimiert werden können. Dazu können die jeweiligen Betriebsparameter des Elektromotors 12, wie Spannung und Stromstärke, angepasst werden. In dem Verfahrensschritt 37 erfolgt die Ausgabe des optimierten Betriebskennfelds 5 zur Nutzung in dem elektrischen Antriebssystem 11 des Kraftfahrzeugs 10. In method step 36, the optimization of the pre-optimized operating map 2 now takes place, whereby the operating points selected, as described above, in the pre-optimized operating map 2 can be optimized in compliance with the previously defined conditions. For this purpose, the respective operating parameters of the electric motor 12, such as voltage and current, can be adjusted. In method step 37, the optimized operating map 5 is output for use in the electric drive system 11 of the motor vehicle 10.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The above explanations of the embodiments describe the present invention solely in terms of examples.
20 Bezugszeichenliste 1 Ausgangs-Betriebskennfeld 2 voroptimiertes Betriebskennfeld 3 Betriebszusammenhang, Kraftkennfeld 4 Bedingung maximal zulässiger Effizienzverschlechterung 5 optimiertes Betriebskennfeld 20 List of reference symbols 1 Initial operating map 2 Pre-optimized operating map 3 Operating context, force map 4 Condition of maximum permissible deterioration in efficiency 5 Optimized operating map
10 Kraftfahrzeug 10 motor vehicle
11 elektrisches Antriebssystem 11 electric drive system
12 Komponente, elektrische Antriebskomponente, Elektromotor 12 component, electric drive component, electric motor
13 weitere Komponente, weitere elektrische Antriebskomponente, Wechselrichter 13 additional components, additional electrical drive components, inverters
20 System 20 system
21 Bereitstellungsmodul 21 Deployment Module
22 Bestimmungsmodul 22 determination module
23 Veränderungsmodul 23 change module
24 Ausgabemodul 24 output module
30 Verfahren 30 procedures
31-37 Verfahrensschritte 31-37 procedural steps
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