-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges.
-
Stand der Technik
-
Grundsätzlich ist es bekannt, dass für den Fall einer voll geladenen Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges bei einer rekuperativen Bremsung im Allgemeinen der Nennwert des von einem elektrischen Motorgeneratorsystem generierbaren Bremsmomentes des Elektrofahrzeuges vermindert sein kann. Ebenso ist bekannt, dass durch ein aktives Kurzschließen von elektrischen Wicklungsanschlüssen des elektrischen Motorgeneratorsystems oder durch ein Trennen dieser elektrischen Wicklungsanschlüsse vom Bordnetz das elektrische Motorgeneratorsystem nur ein betragsmäßig geringeres Bremsmoment erzeugt, welches ferner nicht steuerbar ist und welches zum Bremsen des Elektrofahrzeuges zur Verfügung steht.
-
Die Druckschrift
US 2010 003 657 5 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Bremsverzögerung eines Hybridelektrokraftfahrzeuges umfassend die Messung eines während eines rekuperativen Bremsvorgangs des Hybridelektrokraftfahrzeuges angewandten rekuperativen Bremsmomentes und umfassend die Verwendung eines zusätzlichen angewandeten Bremsmomentes einer Reibungsbremse eines hydraulischen Bremssystems des Hybridelektrokraftfahrzeuges unter Verwendung eines Fahrerassistenzsystemes, um das Hybridelektrofahrzeug mit einer im Wesentlichen konstanten Bremsverzögerung zu versorgen. Das dort beschriebene Verfahren zur Steuerung der Bremsverzögerung des Hybridelektrokraftfahrzeuges wird zur elektronischen Fahrer-Unterstützung auf dem Hybridelektrokraftfahrzeug ausgeführt, welches einen elektrischen Energiespeicher, eine elektrische Motor-/Generatoreinrichtung und eine Steuerungseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung als Regelungskreis ausgeführt ist, um die Bremsmomente der rekuperativen Bremse und der hydraulischen Reibungsbremse des Hybridelektrokraftfahrzeuges zu steuern. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird eine Abbremsung des Hybridelektrokraftfahrzeuges für den Fall eines Nachlassens der rekuperativen Bremse durch eine mechanische Bremse in Abhängigkeit der aktuell vorherrschenden Fahrzeuggeschwindigkeit des Hybridelektrokraftfahrzeuges vorgenommen, um die Fahrzeugstabilität und ein sicheres Fahrverhalten des Hybridelektrokraftfahrzeuges zu gewährleisten.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges oder eines Hybridelektrokraftfahrzeuges, nachfolgend nur als Elektrofahrzeug bezeichnet, wobei das Elektrofahrzeug eine elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung, eine Traktionsbatterie zur Versorgung der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung und eine mechanische Reibungsbremse aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehzahlbegrenzung umfasst die Schritte: Berechnen einer maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Elektrofahrzeuges, Erfassen einer aktuellen Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges und Vergleichen der erfassten aktuellen Drehzahl des elektrischen Antriebstranges mit der maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges, Steuern eines Grades einer Betätigung der mechanischen Reibungsbremse des Elektrofahrzeuges anhand eines Vergleichsergebnisses des Vergleichens der erfassten aktuellen Drehzahl des elektrischen Antriebstranges mit der maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges, wobei durch die Betätigung der mechanischen Reibungsbremse die aktuelle Drehzahl des elektrischen Antriebstranges unter die maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges abgesenkt wird oder einem weiteren Ansteigen der aktuellen Drehzahl entgegen gewirkt wird.
-
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Steuervorrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges, welches eine elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung aufweist, mit einer Erfassungseinrichtung, welche derart ausgelegt ist, dass eine aktuelle Drehzahl eines elektrischen Antriebsstranges des Elektrofahrzeuges erfassbar ist, mit einer Berechnungseinrichtung, welche derart ausgelegt ist, dass eine maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit eines Fahrtzustandes des Elektrofahrzeuges berechenbar ist, und mit einer Steuereinrichtung, welche derart ausgelegt ist, dass ein Grad einer Betätigung einer mechanischen Reibungsbremse des Elektrofahrzeuges anhand eines Vergleichsergebnisses des Vergleichens steuerbar ist, wobei die erfasste aktuelle Drehzahl des elektrischen Antriebstranges unter die maximal erlaubte Drehzahl abgesenkt wird oder einem weiteren Ansteigen der aktuellen Drehzahl entgegen gewirkt wird.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die Erfindung basiert auf der Idee, die Einhaltung einer zulässigen Höchstdrehzahl eines elektrischen Antriebstranges automatisiert, d. h. ohne Eingriff des Fahrers, mittels Ansteuerung der mechanischen Reibungsbremse sicherzustellen. Die mechanische Reibungsbremse wird für den Fall eines verminderten maximal verfügbaren Bremsmomentes der rekuperativen Bremse zusätzlich eingesetzt. Dadurch wird eine Verbesserung der Sicherheit einer Drehzahlbegrenzungsvorrichtung hinsichtlich einer Einhaltung von vorgegebenen Höchstdrehzahlen des elektrischen Antriebsstranges erreicht. Die zulässige Höchstdrehzahl des elektrischen Antriebsstranges hängt unter anderem von seinem Betriebszustand ab.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges durch eine maximal mechanisch verkraftbare Drehzahl der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung festgelegt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges durch eine maximal von einer Steuereinrichtung verkraftbaren Drehzahl festgelegt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges im Falle eines Kurzschließens von elektrischen Anschlüssen der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung abgesenkt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges im Falle eines Abtrennens der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung von einem Bordnetz des Elektrofahrzeuges abgesenkt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Berechnen der maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit eines maximal erzeugbaren Bremsmomentes der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das maximal erzeugbare Bremsmoment der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung in Abhängigkeit eines Ladezustands der Traktionsbatterie ermittelt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die einzelnen Schritte des Verfahrens zyklisch und in vorteilhafter Reihenfolge wiederholt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Momentenschluss des elektrischen Antriebsstranges nicht durch schaltbare Kupplungen unterbrochen.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Berechnungseinrichtung durch eine Verbindung mit weiteren Sensoren des Elektrofahrzeuges dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges zu erfassen, wobei eine Berechnung der maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges von dem Ladezustand der Traktionsbatterie abänderbar ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungseinrichtung weitere Sensoren zur Erfassung von Drehzahlen des elektrischen Antriebstranges auf.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung mit mechanischen Aktoren verbunden, um eine elektronische Bremskraftverteilung auf die mechanische Reibungsbremse des Elektrofahrzeuges und auf die elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung zu erreichen.
-
Die elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung kann beispielsweise in einem als Freilauf bezeichneten Betriebsmodus geschaltet werden. In diesem Betriebsmodus werden die elektrischen Anschlüsse der elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung von dem Bordnetz des Elektrofahrzeuges getrennt. In diesem Fall wirkt die elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung als reine Trägheitsmasse innerhalb des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges, wobei die Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung ein bestimmtes Massenträgheitsmoment aufweist und damit das dynamische Verhalten des elektrischen Antriebsstranges beeinflusst. Allerdings werden in dem als Freilauf bezeichneten Betriebsmodus keine Brems- oder Antriebsmomente durch die Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung elektromagnetisch erzeugt, es wirken lediglich Drehmomente aufgrund des Massenträgheitsmoments der Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung. Dabei sind im Vergleich mit einem Normalbetrieb des elektrischen Antriebstranges nur reduzierte Höchstdrehzahlen des elektrischen Antriebstranges erlaubt, um Beschädigungen von elektronischen Komponenten des elektrischen Antriebstranges oder der zugehörigen Leistungselektronik zu vermeiden.
-
Ferner kann die elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung beispielsweise in einem als aktiver Kurzschluss bezeichneten Betriebsmodus geschaltet werden. In diesem Betriebsmodus werden die elektrischen Anschlüsse der elektrische Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung kurz geschlossen. In diesem Fall treten hohe Kurzschlussströme auf, welche zu einer starken Erwärmung der elektrischen Komponenten der Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung und der Leistungselektronik des Elektrofahrzeuges führen und auf diese Weise die Komponenten zerstören können. Durch eine automatische Reduktion der Drehzahl wird die Vorraussetzung geschaffen, einen als ”aktiver Kurzschluss” bezeichneten Betriebszustand wieder verlassen zu können, um eine Schädigung der Komponenten zu verhindern.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Gleiche oder einander entsprechende Bauteile, Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren zur Drehzahlbegrenzung des elektrischen Antriebsstranges weist einen Schritt S1 auf, in dem ein Berechnen einer maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit eines Fahrtzustandes des Elektrofahrzeuges erfolgt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt S2 zum Erfassen einer aktuellen Drehzahl des elektrischen Antriebstranges des Elektrofahrzeuges und zum Vergleichen der erfassten aktuellen Drehzahl des elektrischen Antriebstranges mit der maximal erlaubten Drehzahl des elektrischen Antriebstranges, wobei die berechnete maximal erlaubte Drehzahl oder Höchstdrehzahl des elektrischen Antriebstranges mit einer aktuellen Ist-Drehzahl des elektrischen Antriebstranges verglichen wird. Es folgt bei dem Verfahren zur Drehzahlbegrenzung eines Elektrofahrzeuges ein Schritt S3, wobei ein Grad einer Betätigung der mechanischen Reibungsbremse des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit des Vergleichens der erfassten aktuellen. Drehzahl des elektrischen Antriebstranges mit der maximal erlaubten Drehzahl gesteuert wird, wobei durch die Betätigung der mechanischen Reibungsbremse die aktuelle Drehzahl des elektrischen Antriebstranges unter die maximal erlaubte Drehzahl abgesenkt wird. Übersteigt das derzeitig erforderliche Bremsmoment das derzeit mögliche rekuperative Bremsmoment, steuert das Verfahren die Betätigung einer hydraulischen Reibungsbremse, um für das Fahrzeug das erforderliche Bremsmoment bereitzustellen. Das beschriebene Verfahren zur Drehzahlbegrenzung und/oder einzelnen. Verfahrensschritte des Verfahrens können beispielsweise in einer Steuerungsvorrichtung implementiert werden. Durch die das Verfahren zur Drehzahlbegrenzung ausführende Steuerungsvorrichtung werden ablaufende technische Prozesse der Antriebssteuerung des Elektrofahrzeuges beeinflusst, um selbsttätig die Drehfrequenz oder Drehzahl des elektrischen Antriebsstranges des Elektrofahrzeuges auf ein von dem Verfahren zur Drehzahlbegrenzung vorgegebenes Niveau der Drehzahl zu senken.
-
Dazu kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise innerhalb eines Steuerungs- oder Regelkreises laufend die Drehfrequenz des elektrischen Antriebsstranges ermitteln und aus dem Unterschied der ermittelten mit der maximal erlaubten Drehfrequenz eine Stellgröße des Grades der Betätigung der mechanischen und der rekuperativen Bremsvorrichtungen des Elektrofahrzeuges vorgeben.
-
Beispielsweise wird eine zulässige Höchstdrehzahl des elektrischen Antriebsstranges in einem weiteren Betriebszustand des Elektrofahrzeuges, welcher bei einem elektrischen Freilauf der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung vorliegt, von dem Verfahren zur Drehzahlbegrenzung auf 6.000 Umdrehungen pro Minute festgelegt, wobei bei Überschreiten der vorgebbaren Drehzahl von 6.000 Umdrehungen pro Minute ein anderer Betriebsmodus des elektrischen Antriebstranges gewählt werden müsste, in dem es zu hoher thermischer Belastung der stromführenden Teile der Leistungselektronik kommen würde.
-
Die maximal erlaubte Drehzahl oder Umdrehungsfrequenz des elektrischen Antriebsstranges ist beispielsweise in einem Betriebszustand des Elektrofahrzeuges ohne weitere Einschränkungen von dem Verfahren zur Drehzahlbegrenzung auf 10.000 Umdrehungen pro Minute festgelegt. Dadurch soll ein Überschreiten von mechanischen Belastungsgrenzen der mechanischen Komponenten des elektrischen Antriebsstranges vermieden werden. Beispielsweise treten die mechanischen Belastungsgrenzen der mechanischen Komponenten aufgrund des Verschleißverhaltens von einzelnen Getriebeelementen des elektrischen Antriebsstranges auf, wobei Kontaktflächen zwischen einzelnen Getriebeelementen aufgrund der hohen Drehzahlen nicht mehr ausreichend vor Verschleiß geschützt werden können.
-
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges eines Elektrofahrzeuges gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuervorrichtung 1 zur Drehzahlbegrenzung eines elektrischen Antriebsstranges EA weist eine elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung M auf. Der elektrischen Antriebsstrang EA ist mit einer Erfassungseinrichtung 10 der Steuervorrichtung 1 und einer Steuereinrichtung 14 der Steuervorrichtung 1 verbunden. Die Erfassungseinrichtung 10 ist über eine Berechnungseinheit 12 der Steuervorrichtung 1 mit der Steuereinrichtung 14 verbunden.
-
Der elektrischen Antriebsstrang EA umfasst ferner eine mechanische Reibungsbremse MR.
-
Die Erfassungseinrichtung 10 ist derart ausgelegt, dass für die Erfassungseinrichtung 10 eine aktuelle Drehzahl eines elektrischen Antriebsstrangs EA des Elektrofahrzeuges erfassbar ist und auf unterschiedliche Art und Weisen messbar ist. Die Berechnungseinrichtung 12 ist derart ausgelegt ist, dass eine maximal erlaubte Drehzahl des elektrischen Antriebstranges EA des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit eines Fahrtzustandes des Elektrofahrzeuges oder eines Betriebszustandes des elektrischen Antriebstranges berechenbar ist. Ferner umfasst die Steuervorrichtung 1 die Steuereinrichtung 14, welche derart ausgelegt ist, dass ein Grad einer Betätigung einer mechanischen Reibungsbremse MR des Elektrofahrzeuges in Abhängigkeit des Vergleichens steuerbar ist, wobei die erfasste aktuelle Drehzahl des elektrischen Antriebstranges EA unter die maximal erlaubte Drehzahl abgesenkt wird oder einem weiteren Ansteigen der aktuellen Drehzahl entgegen gewirkt wird. Die Steuervorrichtung 1 kann beispielsweise auch als eine Regeleinheit ausgeführt sein, welche eine fortlaufende Rückkopplung der Drehfrequenz auf den Eingang der Regeleinheit erfährt, wobei beispielsweise eine negative Rückkopplung verwendet wird in Form eines geschlossener Regelkreises.
-
Die mechanische Reibungsbremse MR des Elektrofahrzeuges ist beispielsweise zur Verringerung und/oder zur Begrenzung der Geschwindigkeit von bewegten Maschinenteilen des elektrischen Antriebstranges EA des Elektrofahrzeuges ausgelegt. Beispielsweise durch die Umwandlung der Bewegungsenergie des elektrischen Antriebstranges EA über Reibung in Wärmeenergie, welche im Betrieb von der mechanische Reibungsbremse MR abzuführen ist. Beispielsweise ist die mechanische Reibungsbremse MR in Form einer Scheibenbremse und oder einer Trommelbremse zur Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit des elektrischen Antriebstranges ausgeführt.
-
Die elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung vereint beispielsweise die Funktionen eines elektromotorischen Antriebs und eines elektrischen Generators in einer einzigen elektrischen Maschine. Der elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung kann damit sowohl das Elektrofahrzeug antreiben und beschleunigen, als auch durch eine rekuperative Abbremsung des Elektrofahrzeuges elektrische Energie erzeugen und somit beim Betreib des Hybridelektrokraftfahrzeugen Energieverluste einsparen, wobei dir durch die elektrischen Antriebs- und/oder Generatorvorrichtung beim Abbremsen des Fahrzeugs erzeugte elektrische Energie in die Fahrzeugbatterie oder Traktionsbatterie zurückgespeist wird. Diese gespeicherte Energie später zum Antrieb des Elektrofahrzeuges verwenden wird, beispielsweise beim Beschleunigen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So kann beispielsweise auch das Verfahren in periodischen Abständen wiederholt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
