DE102014003992A1

DE102014003992A1 - System und Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb

Info

Publication number: DE102014003992A1
Application number: DE102014003992.7A
Authority: DE
Inventors: Valentin Ivanov; Barys Shyrokau; Dzmitry Savitski; Klaus Augsburg; Javier Orus; Jose'-Manuel Rodriguez-Fortun; Ruben Meneses; Johan Theunissen; Karel Janssen; Dirk Steenbeke
Original assignee: FLANDERS DRIVE; Flanders' Drive; Technische Universitaet Ilmenau; Instituto Tecnologico de Aragon
Current assignee: FLANDERS DRIVE; Flanders' Drive; Technische Universitaet Ilmenau; Instituto Tecnologico de Aragon
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: DE102014003992B4

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung sollen ein System und ein dazugehöriges Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb bereitgestellt werden, die für verschiedene Antriebsstrang-Konfigurationen von Elektrofahrzeugen einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit einer Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127), die eine Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes (201), eine Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202), eine Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes (203), eine Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) und eine Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes (204) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine radindividuelle Drehmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb durch Elektromotoren mit Hilfe von Anti-Blockier-(ABS) und Antriebsschlupfregel-(ASR)-Systemen realisiert wird. Dabei ergeben sich in einem Bremsmodus, bei dem die Elektromotoren als Generatoren arbeiten, neben der Unterstützung der Fahrzeugsicherheit, zusätzliche Vorteile für den Energieverbrauch im Fahrzeug. Aufgrund der geglätteten Modulation der Motordrehmomente hat der ABS- oder ASR-Eingriff in solchen Fahrzeugausführungen zudem keinen nennenswerten negativen Einfluss auf den Fahrkomfort.
Eine Vielzahl der zu dieser Problematik existierenden Publikationen betreffen die Steuerung und Regelung des Schlupfes. Insbesondere ist aus dem Patent US 8,170,768 B2 ein Verfahren bekannt, bei dem die Regelung des Schlupfes in einem Elektrofahrzeug ohne Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit realisiert wird. Zudem werden mehrere Möglichkeiten der Schlupfschätzung für die weitere Verwendung in der Antriebsschlupfregelung vorgestellt. Bei diesem Verfahren ändern die Elektromotoren die Raddrehmomente gemäß dem Regelsignal vom Schlupfregler, der den Schlupfwert aus der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung und den Drehgeschwindigkeiten der Räder schätzt. Dabei wird jedoch lediglich der Antriebsmodus des Fahrzeugs und verschiedene Kontrollverfahren für das einzelne Rad in Betracht gezogen. Die Problematik der Anwendung der vorgeschlagenen Verfahren für den Bremsmodus des Fahrzeugs sowie die Architektur des Reglers für das Vierrad-Fahrzeugmodell werden im Dokument nicht berücksichtigt. Als ebenfalls nachteilig erweist sich die fehlende Definition des Schlupf-Sollwertes. Außerdem wird in der Patentanmeldung DE 10 2011 015 369 A1 eine individuelle Antriebsregelung der linken und rechten Räder in einem Elektrofahrzeug beschrieben. Das Verfahren bietet einen Vergleich der Differenz der Antriebskräfte auf die Räder derselben Achse mit festgelegten Regelschwellen. Ist diese Schwelle erreicht, wird die Kraftdifferenz in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Abhängigkeit geändert. Die Erhöhung der Differenz der Antriebskräfte wird in jedem Fall durch einen endlichen Schwellenwert begrenzt. Die vorgegebene Abhängigkeit wird hauptsächlich durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Fahrbahntyp bestimmt, jedoch wird sie im Dokument nicht detailliert formuliert.
Dagegen betreffen verschiedene andere Patentdokumente die Raddrehmomentregelung im Bremsmodus eines Elektrofahrzeugs. So wird z. B. mit der Patentanmeldung WO 2010/049945 A1 ein Anti-Blockier-System für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, bei dem der Regelalgorithmus die Drehzahl des Elektromotors in einem gewissen Referenzband hält. Die numerischen Parameter dieses Referenzbandes hängen vom Fahrbahnzustand, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Bremsbedarf des Fahrers ab und können aus Fahrzeugtests experimentell abgeleitet werden. Wenn die Gefahr des Radblockierens der Räder beim Bremsen detektiert wird, wird der Gradient der Motorgeschwindigkeit geändert, so dass die regenerative Bremskraft verringert wird. Mit der Annäherung an die Grenzen des Referenzbands und der Überwindung der Tendenz zum Radblockieren wird die Motorgeschwindigkeit erneut geändert und die regenerative Bremskraft wieder erhöht. In der Patentanmeldung US 2010/0292882 A1 wird das Management eines kombinierten Bremsens mit konventionellen Reibbremsen und Elektromotoren beschrieben. In Abhängigkeit von einem vordefinierten Reibmoment und dem Batterieladezustand wird das Verhältnis zwischen dem Reibbremsmoment und dem Drehmoment des Elektromotors für jedes Rad geändert.
Aus dem Stand der Technik sind lediglich Lösungen bekannt, mit denen entweder eine Antriebsmomentregelung oder eine Bremsmomentregelung für ein Elektrofahrzeug realisiert werden kann, wobei jeweils der eigentliche Regelalgorithmus nicht vollständig offenbart wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die aufgezeigten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein System und ein dazugehöriges Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb bereitzustellen, die für verschiedene Antriebsstrang-Konfigurationen von Elektrofahrzeugen einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und vierten Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den Patentansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet, während bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Patentansprüchen 4 bis 10 angegeben sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt:
1 – den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebs- und Bremssystems eines Elektrofahrzeuges mit Einzelradantrieb
2 – ein Blockdiagramm der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente bezüglich eines einzelnen Rades für den Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung
3 – ein Blockdiagramm der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente bezüglich eines einzelnen Rades für den Bremsmodus der Fahrzeugbewegung
4 – ein Blockdiagramm der Einheit zur Erzeugung eines Referenzschlupfes für den Bremsmodus der Fahrzeugbewegung
5 – ein Blockdiagramm der Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Bremsmomentes
In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Antriebs- und Bremsregelung für ein Elektrofahrzeug mit Einzelradantrieb dargestellt. Es umfasst insbesondere eine Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127). Jedes anzutreibende Rad (101–104) ist mit einem der Elektromotoren (105–108) über Antriebsstrangelemente (109–112), welche jeweils ein Getriebe und eine Halbachse umfassen, gekoppelt.
Außerdem sind die Elektromotoren (105 bis 108) mit einer Speichereinheit (117) und einer Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) elektrisch verbunden. In Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Fahrzeugs (Antrieb oder Bremsung) wird die elektrische Leistung entweder von der Speichereinheit (117) zu den Elektromotoren (105 bis 108) oder von den Elektromotoren (105–108) zur Speichereinheit (117) entsprechend übertragen. Die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) realisiert im Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung die Funktion der Antriebsregelung und sendet an jeden Elektromotor (105 bis 108) Signale zur Erzeugung eines Antriebsmomentes auf die jeweiligen Räder (101 bis 104). Im Bremsmodus der Fahrzeugbewegung realisiert die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) die Funktion der Bremsregelung und sendet jedem Elektromotor (105 bis 108) Signale zur Erzeugung eines Bremsmomentes auf die jeweiligen Räder (101 bis 104). Im Bremsmodus arbeiten die Elektromotoren (105 bis 108) als Generatoren, die die Speichereinheit (117) während der Erzeugung eines Bremsmomentes auf einem der Räder (101 bis 104) mit regenerativer elektrischer Energie versorgen.
Das erfindungsgemäße System zur Antriebs- und Bremsmomentregelung umfasst weiterhin für jedes Rad eine Reibungsbremse (113 bis 116), die jeweils ein Reibbremsmoment auf dem betreffenden Rad (101 bis 104) separat vom durch die Elektromotoren (105 bis 108) generierten regenerativen Bremsmoment erzeugt. Die Beträge der durch die Reibungsbremsen (113 bis 116) zu erzeugenden Reibbremsmomente werden in der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) ermittelt und an das Bremssteuereinheit (126) als Steuersignale an die Reibungsbremse (113 bis 116) übertragen. Das Bremssteuereinheit (126) ist Bestandteil eines im Fahrzeug vorhandenen konventionellen Bremssystems.
Ebenso weist das erfindungsgemäße System zur Antriebs- und Bremsmomentregelung verschiedene, mit der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) gekoppelte Sensoreinheiten (118–125) auf. Der Speichersensor (118) detektiert den Ladezustand der Speichereinheit (117). Dabei sind die detektierten Parameter der Lade- und Entladestrom, die Temperatur der Speichereinheit, die Spannung und andere verfügbare Speicherdaten. Die Informationen vom Speichersensor (118) werden von der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) als Restladung der Speichereinheit (117) verarbeitet. Die Sensoren (119, 120) zum Erfassen der Position des Fahr- oder Bremspedals (128, 129) messen die Position des Fahr- oder Bremspedals (128, 129) des Fahrzeugs und erstellen für die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) jeweils ein Signal entsprechend dem tatsächlichen Fahr- oder Bremspedalweg. Die Sensoren zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Räder (121 bis 124) sind auf jedem Rad (101 bis 104) montiert. Jeder Sensor (121 bis 124) generiert für die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) jeweils ein Signal der Drehgeschwindigkeit des entsprechenden Rades (101 bis 104). Der Beschleunigungssensor (125) generiert für die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) ein Signal der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (130) in Fahrtrichtung der Fahrzeugbewegung.
Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 der Aufbau der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) und das erfindungsgemäße Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung beschrieben, wobei in 2 der Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung und in 3 der Bremsmodus der Fahrzeugbewegung jeweils bezogen auf ein einzelnes Rad illustriert ist.
Der Antriebsmodus der Fahrzeugbewegung wird in der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) detektiert, wenn der Fahrer das Fahrpedal (128) betätigt. In diesem Fall überträgt der Fahrpedalsensor (119) die Information über den Fahrpedalweg. In Abhängigkeit vom Fahrpedalweg berechnet die Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes (201) das erforderliche Bedarfsmoment T_dem, das auf dem entsprechenden Rad (102) realisiert werden soll. Die Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) ermittelt den aktuellen Schlupf λ des Rades (102) und die geschätzte Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130). Hierzu verarbeitet die Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) das Signal der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (130) vom Beschleunigungssensor (125) und das Signal der Drehgeschwindigkeit ω des Rades (102) vom Drehgeschwindigkeitssensor (122). Die Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202) berechnet den gewünschten Schlupfwert λ_ref des Rades (102) bei den gegebenen Fahrbahnbedingungen. Dafür wird der geschätzte Kraftschlussbeiwert μ_x zwischen dem Rad (102) und der Fahrbahn in Fahrtrichtung sowie der geschätzte Wert der Normalkraft F_z auf das Rad (102) verwendet. Die Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202) umfasst einen Algorithmus zur Referenzschlupfanpassung (siehe 4), der den Referenzschlupfwert λ_ref schrittweise modifiziert, um unter den gegebenen Fahrbahnbedingungen das möglichst maximale Antriebsmoment zu erzielen. Die Einheit zum Regeln des Reaktionsmoments (203) berechnet das Reaktionsmoment T_react, das die Abweichung des aktuellen Schlupfes λ des Rades (102) vom Referenzschlupf λ_ref kompensiert. Das Reaktionsmoment wird grundsätzlich wie folgt berechnet: T_react = v·(λ – λ_ref, (Gleichung 1) wobei v ein Verstärkungsfaktor ist. Die Struktur des Verstärkungsfaktors v hängt von der Regelungsmethode ab, die für die Implementierung der Einheit des Reaktionsmomentes (203) ausgewählt wurde. Für den Fall, dass die aktuelle Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) kleiner als eine vorbestimmte Regelschwelle ist, wird zur Verbesserung der Stabilität des Regelungsprozesses für die Berechnung des Reaktionsmoments T_react anstelle der Gleichung (1) die Gleichung (2) verwendet:
wobei ΔV_x die vorbestimmte Regelschwelle und v_V ein Verstärkungsfaktor ist. Die Struktur des Verstärkungsfaktors v_V hängt von der Regelungsmethode ab, die für die Implementierung der Einheit des Reaktionsmomentes (203) ausgewählt wurde. Um die Schwankungen des Reaktionsmoments beim Übergang zwischen den Strategien des Referenzschlupf-Generators nach Gleichung (1) und Gleichung (2) zu glätten, kann ein Filter verwendet werden. Die Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes (204) subtrahiert das Reaktionsmoments T_react vom erforderlichen Bedarfsmoment T_dem. Die Subtraktion des Reaktionsmoments T_react vom erforderlichen Bedarfsmoment T_dem ergibt das Moment T_{em_dem}, das vom Elektromotor (106) realisiert werden soll, wobei schlussendlich am Rad (102) das Ausgabemoment T_em des Elektromotors (106) anliegt. Die Wechselwirkung des Rades (102) mit der Fahrbahn ergibt das Radmoment T_w aus der Antriebskraft im Reifen-Fahrbahn-Kontakt. Somit setzt die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) kontinuierlich die Funktion der ASR in der Beschränkung des Radschlupfes um. Wenn der aktuelle Radschlupf λ des Rades (102) vom Referenzschlupf λ_ref abweicht, korrigiert die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) das vom Elektromotor (106) auf das Rad (102) zu übertragene Antriebsmoment.
Im Bremsmodus der Fahrzeugbewegung wird in der Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) detektiert, wenn der Fahrer das Bremspedal (129) betätigt. In diesem Fall überträgt der Bremspedalsensor (120) die Information über den Bremspedalweg. In Abhängigkeit vom Bremspedalweg berechnet die Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes (201) ein vorläufiges Bedarfsmoment T_{dem_prim} und nach Gleichung (3) ein vorhergesagtes Bedarfsmoment T_{dem_pred}, das auf dem entsprechenden Rad (102) realisiert werden soll. T_{dem_pred} = μ_{x_max}F_zr + k_pred(μ_{x_max}F_zr), (Gleichung 3) wobei μ_{x_max} der geschätzte maximale Kraftschlussbeiwert zwischen dem Rad (102) und der Fahrbahn in Fahrtrichtung, F_z der geschätzte Wert der Normalkraft auf das Rad (102), r der Radius des Rades (102) und k_pred ein bestimmter Korrekturkoeffizient für die Verhinderung von Fahrzeugunterbremsung ist. Der endgültige Wert des Bedarfsmomentes T_dem, der auf dem Rad (102) realisiert werden soll, wird in der Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes (201) in Übereinstimmung mit der folgenden Bedingung ermittelt:
Die Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) berechnet den aktuellen Schlupf λ des Rades (102) und die geschätzte Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130). Hierzu verarbeitet die Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) das Signal der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (130) vom Beschleunigungssensor (125) und das Signal der Drehgeschwindigkeit ω des Rades (102) vom Drehgeschwindigkeitssensor (122). Die Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202) berechnet den gewünschten Schlupfwert λ_ref des Rades (102) bei den gegebenen Fahrbahnbedingungen. Dafür wird der geschätzte Kraftschlussbeiwert μ_x zwischen dem Rad (102) und der Fahrbahn in der Fahrtrichtung sowie der geschätzte Wert der Normalkraft F_z auf das Rad (102) verwendet. Die Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202) umfasst einen Algorithmus zur Referenzschlupfanpassung (siehe 4), der den Referenzschlupfwert λ_ref schrittweise modifiziert, um unter den gegebenen Fahrbahnbedingungen das möglichst maximale Antriebsmoment zu erzielen. Die Einheit zum Regeln des Reaktionsmoments (203) berechnet das Reaktionsmoment T_react, das die Abweichung des aktuellen Schlupfes λ des Rades (102) vom Referenzschlupf λ_ref kompensiert. Das Reaktionsmoment wird grundsätzlich wie folgt berechnet: T_react = v_λ·(λ_ref – |λ|), (Gleichung 5) wobei v_λ ein Verstärkungsfaktor ist. Die Struktur des Verstärkungsfaktors v_λ hängt von der Regelungsmethode ab, die für die Implementierung der Einheit des Reaktionsmomentes (203) ausgewählt wurde. Für den Fall, dass die aktuelle Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) kleiner als eine vorbestimmte Regelschwelle ist, wird zur Verbesserung der Stabilität des Regelungsprozesses für die Berechnung des Reaktionsmoments T_react anstelle der Gleichung (1) die Gleichung (2) verwendet:
wobei ΔV_x die vorbestimmte Regelschwelle und v_{λ_v} ein Verstärkungsfaktor ist. Die Struktur des Verstärkungsfaktors v_{λ_v} hängt von der Regelungsmethode ab, die für die Implementierung der Einheit des Reaktionsmomentes (203) ausgewählt wurde. Um die Schwankungen des Reaktionsmoments beim Übergang zwischen den Strategien des Referenzschlupf-Generators nach Gleichung (1) und Gleichung (2) zu glätten, kann ein Filter verwendet werden. Die Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes (204) subtrahiert das Reaktionsmoment T_react vom erforderlichen Bedarfsmoment T_dem. Das resultierende Moment wird zwischen dem Elektromotor (106) (T_{em_dem}) und der Reibungsbremse (114) (T_{br_dem}) aufgeteilt.
In 5 ist die Aufteilung des Reaktionsmoments T_react illustriert. Mit dieser Aufteilung können der Energierückgewinn bei der Bremsung maximiert, eine hochfrequente Modulation des Reaktionsmoments im ABS-Betrieb gewährleistet und die Überschreitung von motor- und speicherbedingten Einschränkungen bei einer niederfrequenten Modulation des Reaktionsmoments verhindert werden. Zuerst wird das Reaktionsmoment T_react im Filter (501) gefiltert, um die niederfrequente Komponente T_react,LF von der hochfrequenten Komponente T_react,HF zu separieren. Die hochfrequente Momentkomponente T_react,HF soll durch den Elektromotor (106) realisiert werden. Die niederfrequente Komponente T_react,LF wird vom endgültigen Bedarfsmoment T_dem subtrahiert und, wenn erforderlich, durch die folgende Bedingung eingeschränkt: Wenn die Differenz T_dem – T_react,LF die individuelle Momentbegrenzung T_{em_max} des Elektromotors (106) überschreitet, gilt das Übermaß des Moments als Bremsmoment T_{br_dem}, welches die Reibbremse (114) entwickeln soll. Die Werte der individuellen Momentbegrenzung T_{em_max} für jedes Rad werden aus dem Energiemanagementsystem des Fahrzeugs übertragen. Der Block ”Grenzmoment” (506) berechnet das Grenzmoment T_x in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Speichereinheit (117), der mit dem Speichersensor (118) detektiert wird. Der Block ”Limit der Speichereinheit” (503) vergleicht die Summe der Momente der Räder mit dem Grenzmoment T_x. Ist das Grenzmoment überschritten, wird das Übermaß des Moments zwischen den Reibbremsen verteilt. Das resultierende Bedarfsmoment nach der Subtraktion des Moments für die Reibbremse und des Moments T_react,HF ergibt das Moment T_{em_dem}, das durch den Elektromotor (106) realisiert werden soll.
Somit setzt die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) kontinuierlich die Funktion der ABS in der Beschränkung des Radschlupfes um. Wenn der aktuelle Radschlupf λ des Rades (102) vom Referenzschlupf λ_ref abweicht, korrigiert die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) das vom Elektromotor (106) auf das Rad (102) zu übertragene Antriebsmoment.
Der Algorithmus zur Anpassung der Referenzschlupfs wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 erläutert. In einem ersten Schritt wird das Vorzeichen der Ableitung des geschätzten Kraftschlussbeiwerts μ_x zwischen dem Rad (102) und der Fahrbahn in Fahrtrichtung der Fahrzeugbewegung nach dem berechneten aktuellen Schlupf λ, der in der Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) generiert wird, berechnet (Block 402). Das resultierende Signal wird mit einem bestimmten Faktor k multipliziert und durch einen Filter (401) mit dλ/dt gefiltert. Anschließend wird diese Ableitung ein weiteres Mal integriert und mit dem vorläufigen Wert des Referenzschlupfs λ addiert. Im Ergebnis erhält man für das Rad (102) einen kontinuierlich angepassten Referenzschlupf λ_ref bei gegebenen Fahrbahnbedingungen. Zu Erhöhung der Zuverlässigkeit der Anpassungsprozedur sind zwei Bedingungen für die vorübergehende Aktivierung oder Deaktivierung der Ableitung dλ/dt vom Filter (401) zu beachten. Erstens ist zur Vermeidung einer numerischen Unbestimmtheit die Ableitung dλ/dt nur dann aktiviert, wenn der absolute Wert des Radschlupfes λ größer als ein bestimmter Schwellenwert ist. Zweitens ist die Ableitung dλ/dt nur dann aktiviert, wenn die Differenz zwischen dem Referenzschlupf λ_ref und dem aktuellen berechneten Schlupf λ nicht größer als ein bestimmter Schwellenwert ist. Diese zweite Bedingung schätzt die Richtigkeit der Nachführung des Referenzschlupfs λ_ref ein. Die Anpassung durch das Signal dλ/dt ist folglich nur dann aktiviert, wenn beide Bedingungen erfüllt sind. Im Fall einer numerischen Unbestimmtheit im Block (402) laut der ersten Bedingung kann das vorläufige Signal mit dem Referenzschlupf λ_ref bei Bedarf addiert werden, um breitere Variationen des aktuellen berechneten Schlupfs λ zu erreichen.
Bezugszeichenliste

101–104: Rad
105–108: Elektromotor
109–112: Antriebsstrangelemente
113–116: Reibungsbremsen
117: Speichereinheit
118: Speichersensor
119: Sensor zum Erfassen der Position des Fahrpedals
120: Sensor zum Erfassen der Position des Bremspedals
121–124: Sensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeiten der Räder
125: Sensor zum Erfassen der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus
126: Bremssteuereinheit
127: Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente
128: Fahrpedal
129: Bremspedal
130: Fahrzeugaufbau
201: Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes
202: Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes
203: Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes
204: Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes
207: Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit
401: Filter
402: Berechnungsblock
501: Filter
502: Block ”Motorlimit”
503: Block „Limit der Speichereinheit”
506: Block „Grenzmoment”

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

US 8170768 B2 [0003]
DE 102011015369 A1 [0003]
WO 2010/049945 A1 [0004]

Claims

System zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb umfassend: • eine Speichereinheit (117) zum Be- oder Entladen mit elektrischer Energie • für jedes anzutreibende Rad (101–104) jeweils einen Elektromotor (105–108), der jeweils ein Antriebs- oder Bremsmoment auf das Rad (101–104) erzeugt • eine Bremssteuereinheit (126) zur Erzeugen eines Reibungsbremsmomentes mittels einer Reibungsbremse (113–116) auf das jeweilige Rad (101–104) • Sensoreinheiten (118–125) zum Erfassen des Zustandes der Speichereinheit (117), der Position eines Fahr- oder Bremspedals (128, 129), der Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Räder (101–104) sowie der Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus (130) in Fahrtrichtung und • eine Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) auf jedes einzelne Rad (101–104).
System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektromotor (105–108) mit jeweils einem Rad (101–104) über ein Getriebe und eine Halbachse gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Regeln der Antriebs- und Bremsmomente (127) eine Einheit zum Erzeugen eines Bedarfsmomentes (201), eine Einheit zum Erzeugen eines Referenzschlupfes (202), eine Einheit zum Regeln des Reaktionsmomentes (203), eine Einheit zum Erfassen von Schlupf und Fahrgeschwindigkeit (207) und eine Einheit zum Ermitteln eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes (204) aufweist.
Verfahren zur Antriebs- und Bremsmomentregelung in Elektrofahrzeugen mit Einzelradantrieb mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfassend die Schritte: • Ermittlung der Bedarfsmomente T_dem und des aktuellen Schlupfes λ für jedes Rad (101–104) • Ermittlung der Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) • Berechnung des Referenzschlupfes λ_ref für jedes Rad (101–104) unter Berücksichtigung eines geschätzten Kraftschlussbeiwertes μ_x zwischen Rad und Fahrbahn in Fahrtrichtung sowie einer geschätzten Normalkraft F_z auf das jeweilige Rad • Berechnung des Reaktionsmomentes T_react in Abhängigkeit von der Abweichung des aktuellen Schlupfes λ vom Referenzschlupf λ_ref für jedes Rad und • Ermittlung eines korrigierten Antriebs- oder Bremsmomentes T_{em_dem} aus dem Bedarfsmoment T_dem und dem Reaktionsmoment T_react.
Verfahren nach Anspruche 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzschlupfwert λ_ref für jedes Rad in Abhängigkeit vom geschätzten Kraftschlussbeiwert μ_x zwischen Rad und Fahrbahn progressiv modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmoment T_react für jedes Rad aus der Differenz des aktuellen Schlupfes λ und des Referenzschlupfes λ_ref berechnet wird, wenn die Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmoment T_react für jedes Rad aus der Differenz des aktuellen Schlupfes λ multipliziert mit der Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) und des vorgegebenen Schwellenwertes berechnet wird, wenn die Geschwindigkeit V_x des Fahrzeugaufbaus (130) den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad das Bedarfsbremsmoment T_dem in Abhängigkeit vom Bremspedalweg und einem geschätzten maximalen Kraftschlussbeiwert μ_{x_max} zwischen dem jeweiligen Rad und der Fahrbahn in Fahrtrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad das Reaktionsmoment T_react frequenzgefiltert wird und die hochfrequente Momentkomponente als vom jeweiligen Elektromotor zu realisierender Teilbetrag des Bremsmomentes verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad (101–104) das korrigierte Bremsmoment T_{em_dem} von dem jeweiligen Elektromotor (105–108) und der jeweiligen Reibungsbremse (113–116) erzeugt wird, wobei der Betrag des korrigierten Bremsmomentes T_{em_dem} in Abhängigkeit vom Zustand der Speichereinheit (117) und den aktuellen Fahrbahnbedingungen in einen vom jeweiligen Elektromotor zu realisierenden Teilbetrag und in einen von der jeweiligen Reibungsbremse zu realisierenden Teilbetrag aufgeteilt wird.