DE102015115303B4 - Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug Download PDF

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Abstract

Antriebsvorrichtung (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine zum Erzeugen eines Rotordrehmoments ausgebildete Elektromaschine (2) mit einem Rotor (3) sowie einem Stator (4) und eine lagegeberlose Regelungsvorrichtung (5), die zum Regeln der Elektromaschine (2) ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (5) eine Erfassungseinheit (6) zum Erfassen einer vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierten Spannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1) eine Anfahrkupplung (7) aufweist, die zum definierten Übertragen des von der Elektromaschine (2) erzeugten Rotordrehmoments an einen Abtrieb (8) der Antriebsvorrichtung (1) ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (5) ausgebildet ist, die Anfahrkupplung (7) derart zu regeln, dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine (2), die unterhalb einer Mindestdrehzahl liegt, die Anfahrkupplung (7) in einer offenen Kupplungsstellung ist und dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine (2), die der Mindestdrehzahl entspricht, die Anfahrkupplung (7) in eine definierte geschlossene Kupplungsstellung bringbar ist, so dass ein definierter Anteil des von der Elektromaschine (2) erzeugten Rotordrehmoments über die Anfahrkupplung (7) auf den Abtrieb (8) übertragbar ist, wobei die Mindestdrehzahl der Elektromaschine (2) eine Rotordrehzahl ist, bei der eine vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierte Spannung von der Erfassungseinheit (6) erfassbar sowie zur Bestimmung eines Rotordrehmoments der Elektromaschine (2) verwendbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsvorrichtung.
  • Es ist bekannt, E-Maschinen, wie z.B. Elektromotoren von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, mittels einer lagegebergestützten Regelung zu betreiben. Mit einem Lagegeber bzw. einem Lagesensor ist ein relativer Drehwinkel bzw. eine relative Verdrehung eines Rotors zu einem Stator der Elektromaschine ermittelbar. Durch kontinuierliches Ermitteln derartiger relativer Drehwinkel ist eine Motordrehzahl des Rotors bestimmbar. Eine Ermittlung eines relativen Drehwinkels bzw. einer relativen Verdrehung des Rotors zum Stator ist für eine feldorientierte Regelung der Elektromaschine erforderlich.
  • Die Verwendung von Lagegebern bzw. Lagegebersensoren hat den Nachteil, dass eine zusätzliche Sensorik an der Elektromaschine verbaut werden muss, durch die zusätzliche Kosten verursacht sowie die Störanfälligkeit der Elektromaschine erhöht wird. Daher werden Verfahren zur Drehzahlbestimmung bzw. Lagebestimmung von Rotoren von Elektromaschinen entwickelt, die keine Verwendung von Lagegebern bzw. Lagesensoren erfordern.
  • In diesem Zusammenhang sind Verfahren zur Drehzahlbestimmung bzw. Lagebestimmung von Rotoren von Elektromaschinen bekannt, die auf Basis von Induktion ablaufen. Im Rahmen dieser Verfahren wird eine Spannung erfasst, die aufgrund einer Drehung des Rotors in den Stator induziert wird. Das erfassen kann direkt durch Messen oder indirekt durch Nutzung vorhandener Stromsensoren sowie einem hierfür passenden Maschinenmodells. Aufgrund einer Phasenlage der Spannung sind eine relative Lage des Rotors zum Stator sowie eine Drehzahl des Rotors bestimmbar. Bei hohen Rotordrehzahlen ist mittels solcher Verfahren eine zuverlässige Lagebestimmung des Rotors möglich. Hingegen wird bei niedrigen Rotordrehzahlen, die z.B. bei einem Anfahren der Elektromaschine aus dem Stillstand zwangsläufig auftreten, nicht ausreichend Spannung in den Stator induziert. Eine genaue Erfassung der Induzierten Spannung sowie der Phasenlage können in diesen Drehzahlbereichen nicht gewährleistet werden, so dass diese Verfahren zur zuverlässigen Lage- bzw. Drehzahlbestimmung bei geringen Drehzahlen nicht geeignet sind. Eine sichere Regelung der Elektromaschine kann bei niedrigen Drehzahlen mittels dieser Verfahren daher nicht gewährleistet werden.
  • Für niedrige Drehzahlbereiche wurden daher eine Vielzahl weiterer Verfahren zur Drehzahlbestimmung bzw. Lagebestimmung von Rotoren von Elektromaschinen entwickelt, bei denen zur Ermittlung der Rotorlage aktiv Testsignale, insbesondere modulierte Testsignale, in die Elektromaschine eingeprägt werden. Diese Testsignale sind mittels einer entsprechenden Messtechnik erfassbar und auswertbar. Aufgrund der erfassten Testsignale ist die relative Lage des Rotors bzw. die Rotordrehzahl bestimmbar.
  • Derartige Testsignale haben den Nachteil, dass sich diese mit den eigentlichen Betriebsgrößen der Elektromaschine überlagern. Hierdurch können Verluste, Geräusche und Momentenwelligkeiten entstehen. Ferner ist bei der Auswertung der Testsignale eine sichere Trennung zwischen regulären Maschinensignalen und den zusätzlich eingeprägten Testsignalen nicht oder nur sehr schwer möglich. Dies hat zur Folge, dass ermittelte Lagen bzw. Drehzahlen des Rotors relativ zum Stator von tatsächlichen Lagen bzw. Drehzahlen abweichen können, so dass eine sichere Regelung der Elektromaschine ebenfalls nicht gewährleistet werden kann.
  • Aus den Dokumenten WO 2005 / 100 777 A2 , DE 10 2010 028 024 A1 und DE 195 05 561 A1 sind verschiedene Verfahren zum Betreiben unterschiedlicher Antriebsvorrichtungen bekannt.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie einem Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsvorrichtung zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsvorrichtung zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine präzisere Bestimmung einer relativen Lage und/oder Drehzahl eines Rotors zu einem Stator einer Elektromaschine und/oder eines Rotordrehmoments der Elektromaschine ohne die Notwendigkeit eines Lagegebers ermöglichen.
  • Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die voranstehende Aufgabe gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine zum Erzeugen eines Rotordrehmoments ausgebildete Elektromaschine mit einem Rotor sowie einem Stator und eine lagegeberlose Regelungsvorrichtung, die zum Regeln der Elektromaschine ausgebildet ist. Die Regelungsvorrichtung weist eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer vom Rotor in den Stator induzierten Spannung auf. Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine Anfahrkupplung auf, die zum definierten Übertragen des von der Elektromaschine erzeugten Rotordrehmoments an einen Abtrieb der Antriebsvorrichtung ausgebildet ist. Die Regelungsvorrichtung ist ausgebildet, die Anfahrkupplung derart zu regeln, dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine, die unterhalb einer Mindestdrehzahl liegt, die Anfahrkupplung in einer offenen Kupplungsstellung ist, so dass kein Rotordrehmoment übertragen wird. Ferner ist die Regelungsvorrichtung ausgebildet, die Anfahrkupplung derart zu regeln, dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine, die der Mindestdrehzahl entspricht, die Anfahrkupplung in eine definierte geschlossene Kupplungsstellung bringbar ist, so dass ein definierter Anteil des von der Elektromaschine erzeugten Rotordrehmoments über die Anfahrkupplung auf den Abtrieb übertragbar ist. Die Mindestdrehzahl der Elektromaschine ist eine Rotordrehzahl, bei der eine vom Rotor in den Stator induzierte Spannung von der Erfassungseinheit erfassbar sowie zur Bestimmung eines Rotordrehmoments der Elektromaschine verwendbar ist. Das Rotordrehmoment ist nach dem Prinzip der feldorientierten Regelung bestimmbar. Hierfür sind Informationen über eine Stromamplitude mit der jeweiligen Phase sowie einer Rotorlage zu ermitteln. Unter Berücksichtigung von Motorkennfelder und/oder eines Maschinenmodells ist das Rotordrehmoment bestimmbar. Eine Ermittlung der Stromamplitude erfolgt z.B. durch Messung mittels Stromsensoren. Eine Bestimmung der Rotorlage erfolgt z.B. über direkt gemessene oder indirekt über eine von Stromsensoren ermittelte induzierte Spannung.
  • Eine lagegeberlose Regelungsvorrichtung ermöglicht eine zuverlässige Regelung der Elektromaschine bzw. der Antriebsvorrichtung ohne dass hierfür ein Lagegeber erforderlich ist. Der Rotor ist relativ zum Stator rotierbar in der Elektromaschine angeordnet. Durch eine derartige Relativrotation wird eine Spannung im Stator induziert. Mittels der Erfassungseinheit ist diese Spannung erfassbar, wie z.B. messbar. Erfindungsgemäß ist die induzierte Spannung auch bei Rotordrehzahlen erfassbar, die kleiner als die Mindestdrehzahl sind. Bei einer Rotordrehzahl unterhalb der Mindestdrehzahl unterliegen die induzierten Spannungen starken Schwankungen oder sind nur sehr schwach, so dass hieraus keine quantitative Ermittlung der Rotordrehzahl möglich ist. Dafür kann bei diesen Rotordrehzahlen zumindest qualitativ bestimmt werden, dass diese kleiner als die Mindestdrehzahl sind, da ermittelbare induzierte Spannungen stets kleiner als eine induzierte Spannung bei der Mindestdrehzahl sind. Im Rahmen der Erfindung wird zwischen induzierter Spannung und induziertem Strom nicht unterschieden, so dass erfindungsgemäß selbstverständlich auch ein induzierter Strom messbar ist bzw. gemessen wird.
  • Die Mindestdrehzahl der Elektromaschine ist eine Rotordrehzahl, bei der eine vom Rotor in den Stator induzierte Spannung von der Erfassungseinheit erfassbar sowie zur Bestimmung eines Rotordrehmoments der Elektromaschine verwendbar ist. Ein unterer Wert der Mindestdrehzahl ist demnach durch eine Bauweise der Elektromaschine begrenzt. Zur Schonung der Anfahrkupplung ist die Wahl einer möglichst geringen Mindestdrehzahl bevorzugt, bei der gerade noch zuverlässig messbare Ströme in den Stator induziert werden.
  • Eine Anfahrkupplung ist eine schaltbare Kupplung, die zum Übertragen eines Rotordrehmoments vom Rotor auf den Abtrieb ausgebildet ist. In einer geöffneten Kupplungsstellung der Anfahrkupplung ist der Rotor mechanisch von dem Abtrieb getrennt, so dass kein Rotordrehmoment übertragbar ist. Die Anfahrkupplung ist ausgebildet zumindest teilweise geschlossen zu werden, wenn sich der Rotor mit der Mindestdrehzahl dreht. Dabei wird das vom Rotor erzeugte Rotordrehmoment entsprechend der Kupplungsstellung der Anfahrkupplung auf den Abtrieb übertragen. Die Anfahrkupplung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Kopplung von Elektromaschine und Abtrieb mittels der Anfahrkupplung bei schleifender Antriebskupplung möglich ist. Die Anfahrkupplung weist demnach einen Schlupf zwischen einer Rotorseite und einer Abtriebsseite der Anfahrkupplung auf. Auf diese Weise ist nur ein Teil des Rotordrehmoments auf den Abtrieb übertragbar. Ferner ist die Anfahrkupplung ausgebildet, die Elektromaschine gezielt mit dem Abtrieb zu koppeln, so dass ein Übertragungsfaktor des Rotormoments durch die Anfahrkupplung auf den Abtrieb bereits durch eine Ansteuerung der Anfahrkupplung bekannt bzw. ohne zusätzlichen Messaufwand bestimmbar ist. Der Übertragungsfaktor beträgt im entkoppelten Zustand 0 und im vollständig gekoppelten Zustand 1. Dazwischen weist der Übertragungsfaktor einen Wert zwischen 0 und 1 auf. In Abhängigkeit einer Steuerung bzw. Regelung der Anfahrkupplung ist der entsprechende Übertragungsfaktor somit leicht ermittelbar bzw. bestimmbar. Ein Schließen bzw. Koppeln der Anfahrkupplung bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Anfahrkupplung eine zum Weiterleiten eines Rotordrehmoments erforderliche Kupplungsstellung einnimmt. Bei einer offenen bzw. entkoppelten Anfahrkupplung weist die Anfahrkupplung eine Kupplungsstellung auf, bei der kein Rotordrehmoment weiterleitbar ist.
  • Eine derartige Antriebsvorrichtung hat beim Bewegen des Elektro- oder Hybridfahrzeugs im Wesentlichen zwei Betriebsarten. Eine erste Betriebsart ist für ein Anfahren des Elektro- oder Hybridfahrzeugs aus dem Stand sowie eine niedrige Fahrgeschwindigkeit und eine zweite Betriebsart für ein Fahren des Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit höheren Geschwindigkeiten als bei der ersten Betriebsart ausgebildet.
  • Für die erste Betriebsart muss die Elektromaschine zunächst auf die Mindestdrehzahl gebracht werden. Vorzugsweise wird die Elektromaschine während der ersten Betriebsart mit einer konstanten Rotordrehzahl betrieben, die der Mindestdrehzahl entspricht, also einer Drehzahl, bei der eine Drehzahlermittlung auf Basis von in den Stator induzierter Spannung zuverlässig bzw. gerade zuverlässig möglich ist. Eine Veränderung eines Abtriebsmoments erfolgt mittels der Anfahrkupplung. Da ein Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung für jede Stellung der Anfahrkupplung sowie das Rotordrehmoment bei der Mindestdrehzahl bekannt sind, ist das Abtriebsmoment somit leicht ermittelbar, ohne dass hierfür ein Lagegeber erforderlich ist. Eine untere Grenze der ersten Betriebsart ist ein Stillstand des Fahrzeugs, bei dem die Anfahrkupplung komplett von der Elektromaschine entkoppelt und das Abtriebsmoment somit null ist. Eine obere Grenze der ersten Betriebsart ist ein Zustand, bei der die Anfahrkupplung komplett mit der Elektromaschine im Eingriff steht und das Abtriebsmoment somit dem Rotordrehmoment entspricht, wobei der Rotor mit der Mindestdrehzahl dreht.
  • In der zweiten Betriebsart wird die Elektromaschine mit einer variablen Rotordrehzahl betrieben, die höher als die Mindestdrehzahl ist. Die Anfahrkupplung ist während der zweiten Betriebsart geschlossen und steht somit mit der Elektromaschine permanent derart im Eingriff, dass die Anfahrkupplung keinen Schlupf aufweist und der Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung folglich 1 beträgt. Demnach entspricht das Abtriebsmoment dem Rotordrehmoment. Da der Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung in der zweiten Betriebsart gleich 1 und die Rotordrehzahl bzw. Rotorlage über die vom Rotor in den Stator induzierten Spannung zuverlässig bestimmbar ist, ist das Abtriebsmoment in der zweiten Betriebsart leicht und zuverlässig ermittelbar.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung hat gegenüber bekannten Antriebsvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie zuverlässig und ohne die Notwendigkeit eines Lagegebers bzw. Lagesensors Lagedaten bzw. Rotordrehzahlen ermittelbar sind. Hierdurch wird auf einfache sowie kostengünstige Weise eine zuverlässige sowie wartungsarme Regelung einer Elektromaschine bereitgestellt.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anfahrkupplung zur stufenlosen Drehmomentübertragung ausgebildet ist. Eine stufenlose Drehmomentübertragung ist beispielsweise mit Anfahrkupplungen möglich, die auf Basis von Reibung funktionieren. Durch Erhöhung einer inneren Reibung der Anfahrkupplung wird ein Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung kontinuierlich erhöht bis dieser das Maximum von 1 aufweist. Eine derartige Anfahrkupplung hat den Vorteil, dass das Elektro- oder Hybridfahrzeug beim Anfahren durch eine gleichmäßige Steigerung des Übertragungsfaktors der Anfahrkupplung gleichmäßig beschleunigbar ist.
  • Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anfahrkupplung zur Übertragung eines definierten Rotordrehmoments über eine Micro-Schlupfregelung ausgebildet ist. Eine Micro-Schlupfregelung erfasst einen Schlupf der Anfahrkupplung und hält diesen durch eine entsprechende Steuerung der Anfahrkupplung konstant. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Anfahrkupplung aufgrund von Temperatur und/oder Verschleiß bei gleichbleibender Ansteuerung einen sich verändernden, z.B. abnehmenden, Übertragungsfaktor aufweist.
  • Vorzugsweise ist die Anfahrkupplung als Lamellenkupplung ausgebildet. Eine solche Anfahrkupplung ist kostengünstig, verhältnismäßig leicht schaltbar und zum zuverlässigen Übertragen hoher Drehmomente besonders geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist die Regelungsvorrichtung ausgebildet, beim Überschreiten der Mindestdrehzahl der Elektromaschine die Anfahrkupplung derart zu regeln, dass das Rotordrehmoment mittels der Anfahrkupplung vollständig oder im Wesentlichen vollständig auf den Abtrieb übertragen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Anfahrkupplung nur in einem ersten Betriebsbereich Schlupf aufweist, in dem eine Drehmomentermittlung bzw. Drehzahlermittlung des Abtriebs mittels der Elektromaschine alleine nicht möglich ist. Im zweiten Betriebsbereich, also bei Rotordrehzahlen oberhalb der Mindestdrehzahl, wird hierdurch ein Verschleiß der Anfahrkupplung reduziert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • - Anfahren einer Elektromaschine, wobei ein Abtrieb der Antriebsvorrichtung mittels einer Anfahrkupplung von der Elektromaschine entkoppelt ist,
    • - Feststellen, dass ein Rotor der Elektromaschine eine Mindestdrehzahl erreicht hat durch Beaufschlagen der Elektromaschine mit einer für die Elektromaschine spezifischen Mindestspannung,
    • - Halten der Elektromaschine auf der Mindestdrehzahl,
    • - Definiertes Schließen der Anfahrkupplung zum Übertragen zumindest eines Teils des Rotordrehmoments auf den Abtrieb,
    • - Erfassen einer vom Rotor in den Stator induzierten Spannung,
    • - Bestimmen eines von der Elektromaschine bei der Rotordrehzahl bereitgestellten Rotordrehmoments auf Basis der erfassten induzierten Spannung,
    • - Bestimmen eines auf den Abtrieb übertragenen Rotordrehmoments auf Basis eines Übertragungsfaktors der Anfahrkupplung und des bestimmten Rotordrehmoments.
  • Beim Anfahren wird die stillstehende Elektromaschine mit einer Spannung beaufschlagt, worauf sich der Rotor zu drehen beginnt. Die Anfahrkupplung ist zunächst vollständig offen, so dass der Abtrieb vollständig von der Elektromaschine entkoppelt ist.
  • Das Feststellen, dass der Rotor die Mindestdrehzahl erreicht hat, kann auf mehrere Arten erfolgen. Da die Elektromaschine vom Abtrieb entkoppelt ist, kann dies beispielsweise durch Beaufschlagen der Elektromaschine mit einer definierten Spannung erfolgen, bei der die Elektromaschine bekanntermaßen - unter Berücksichtigung einer beim Anfahren relevanten Rotorträgheit - die Mindestdrehzahl aufweist. Alternativ kann die vom Rotor im Stator induzierte Spannung ermittelt, z.B. gemessen, werden. Bei niedrigen Drehzahlen unter der Mindestdrehzahl können hierbei keine oder stark fehlerbehaftete Spannungen ermittelt werden, bei der Mindestdrehzahl ist hingegen eine induzierte Spannung ermittelbar, z.B. messbar, die auf die Mindestdrehzahl bzw. das Erreichen der Mindestdrehzahl schließen lässt.
  • Das Halten der Elektromaschine auf der Mindestdrehzahl ist zumindest solange vorgesehen, wie eine Drehmomentregelung mittels der Anfahrkupplung - in der ersten Betriebsart - erfolgt. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Rotordrehzahl bereits erhöht wird, wenn die Anfahrkupplung noch Schlupf aufweist, z.B. um eine Trägheit der Anfahrkupplung zu auf Kosten erhöhten Verschleißes zu kompensieren.
  • Beim definierten Schließen der Anfahrkupplung wird die Elektromaschine derart mit dem Abtrieb gekoppelt, dass die Anfahrkupplung einen definierten Übertragungsfaktor für das Rotordrehmoment bereitstellt. Der Rotor dreht dabei weiterhin mit der Mindestdrehzahl Vorzugsweise wird die Anfahrkupplung derart geschlossen, dass der Übertragungsfaktor im Wesentlichen kontinuierlich erhöht wird. Letztendlich ist das Schließen der Anfahrkupplung von einem auf dem Abtrieb gewünschten Drehmoment abhängig.
  • Die vom Rotor auf den Stator induzierte Spannung wird mittels einer Erfassungseinheit erfasst. Auf Basis der erfassten Spannung wird das aktuelle Rotordrehmoment bzw. die aktuelle Rotordrehzahl von der Regelungsvorrichtung zur Regelung der Elektromaschine bestimmt. Mittels der erfassten induzierten Spannung werden das Rotordrehmoment bzw. die Rotordrehzahl bestimmt. Dies erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip der feldorientierten Regelung über Stromamplitude in der jeweiligen Phase sowie die Rotorlage in Verbindung mit einem entsprechenden Maschinenmodell und/oder Kennfeld der Antriebsvorrichtung.
  • Ein Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung ist beispielsweise über eine Stellung der Anfahrkupplung bestimmbar. Mittels des Übertragungsfaktors und dem bestimmten Rotordrehmoment wird das auf den Abtrieb übertragene Rotordrehmoment von der Regelungsvorrichtung ermittelt.
  • Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Vorzugsweise wird für das Feststellen des Erreichens der Mindestdrehzahl die vom Rotor in den Stator induzierte Spannung erfasst. Dies hat den Vorteil, dass hierfür keine Lagegeber bzw. Lagesensoren erforderlich sind. Eine Erfassung der induzierten Spannung hat den weiteren Vorteil einer besonders hohen Genauigkeit, da hierbei auch veränderte Motorkennwerte, z.B. aufgrund von Verschleiß oder eines Defekts, berücksichtigt werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Anfahrkupplung komplett geöffnet bzw. gelöst wird, wenn die Rotordrehzahl der Elektromaschine die Mindestdrehzahl unterschreitet. Hierdurch wird verhindert, dass ein Rotordrehmoment von nicht bestimmbarer Größe auf den Abtrieb übertragen wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Anfahrkupplung vollständig geschlossen bzw. betätigt, wenn die Rotordrehzahl die Mindestdrehzahl überschreitet. Hierdurch wird ein übermäßiger Verschleiß der Anfahrkupplung vermieden.
  • Weiter bevorzugt wird die Rotordrehzahl kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich bestimmt, wenn die Elektromaschine die Mindestdrehzahl überschritten hat und/oder wenn die Anfahrkupplung teilweise geschlossen ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wie beispielsweise in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart, eine kontinuierliche Regelung der Antriebsvorrichtung erfolgen kann.
  • Insbesondere bevorzugt wird das Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung durchgeführt.
  • Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsvorrichtung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
    • 2 in einem Drehzahl-Zeit-Diagramm und Kupplungsstellung-Zeit-Diagramm einen Anfahrvorgang eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, und
    • 3 in einem Flussdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Elektromaschine 2, eine Regelungsvorrichtung 5, eine Anfahrkupplung 7 sowie einen Abtrieb 8 auf. Die Elektromaschine 2 weist einen Rotor 3 auf, der von einem Stator 4 umgeben und drehbar an der Elektromaschine 2 angeordnet ist. Über die Anfahrkupplung 7 ist ein Rotordrehmoment des Rotors 3 auf den Abtrieb 8 übertragbar. In der dargestellten Ansicht ist die Anfahrkupplung 7 in einer geöffneten Stellung. In dieser Stellung ist kein Rotordrehmoment übertragbar. Ein Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung 7 beträgt in dieser Stellung demnach 0. Die Regelungsvorrichtung 5 weist eine Erfassungseinheit 6 auf, die zum Erfassen einer vom Rotor 3 in den Stator 4 induzierten Spannung ausgebildet ist.
  • 2 zeigt ein Drehzahl-Zeit-Diagramm für einen Rotordrehzahlverlauf 9 sowie ein Kupplungsstellungs-Zeit-Diagramm für einen Kupplungsstellungsverlauf 10 in einer überlagerten Darstellung beim Anfahren eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. In einem ersten Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird die Elektromaschine 2 gestartet. Die Anfahrkupplung 7 ist in einer geöffneten Stellung, der Kupplungsstellungsverlauf 10 beträgt in diesem ersten Zeitintervall demnach konstant 0 und liegt auf der Zeitachse t. Da die Elektromaschine 2 in diesem ersten Zeitintervall lastfrei betrieben wird, weist der Rotordrehzahlverlauf 9 im ersten Zeitintervall einen steilen Anstieg auf.
  • In einem zweiten Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird die Rotorwellendrehzahl konstant auf der Mindestdrehzahl gehalten. Daher verläuft der Rotordrehzahlverlauf 9 im zweiten Zeitintervall parallel zur Zeitachse t. Die Anfahrkupplung 7 wird vom Zeitpunkt t1 an betätigt und mit einer konstanten Betätigungsgeschwindigkeit geschlossen. Je schneller die Anfahrkupplung 7 geschlossen wird, desto steiler ist der Kupplungsstellungsverlauf 10 in dem Diagramm. Während des Schließens der Anfahrkupplung 8 wird das Rotordrehmoment zunehmend auf den Abtrieb 8 übertragen. Zum Zeitpunkt t2 ist die Anfahrkupplung 7 vollständig geschlossen bzw. betätigt, so dass das Rotordrehmoment - abgesehen von naturgemäßen Verlusten der Anfahrkupplung 7 - vollständig auf den Abtrieb 8 übertragen wird. Eine Ermittlung des auf den Abtrieb übermittelten Rotordrehmoments erfolgt durch lagegeberloses Bestimmen eines Übertragungsfaktors der Anfahrkupplung und des Rotordrehmoments. Während des zweiten Zeitintervalls wird die Antriebsvorrichtung 1 somit in der ersten Betriebsart betrieben.
  • Ein drittes Zeitintervall beginnt mit dem Zeitpunkt t2 und endet z.B. wenn der Anfahrvorgang abgeschlossen ist. In diesem dritten Zeitintervall ist die Anfahrkupplung 7 permanent geschlossen, so dass der Übertragungsfaktor 1 beträgt. Der Kupplungsstellungsverlauf 10 ist somit parallel zur Zeitachse t und weist den konstanten Wert 1 auf. Der Rotordrehzahlverlauf 9 ist ansteigend, so dass ein auf den Abtrieb 8 übertragenes Rotordrehmoment gleichermaßen ansteigt. Eine Ermittlung des auf den Abtrieb übermittelten Rotordrehmoments erfolgt durch lagegeberloses Bestimmen des Rotordrehmoments bei einem konstanten Übertragungsfaktor von 1. Während des dritten Zeitintervalls wird die Antriebsvorrichtung 1 somit in der zweiten Betriebsart betrieben.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flussdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die Elektromaschine 2 angefahren, wobei der Rotor 3 in Drehung versetzt wird. Die Anfahrkupplung ist geöffnet, so dass hierbei kein Rotordrehmoment auf den Abtrieb übertragen wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird festgestellt, dass der Rotor 3 die Mindestdrehzahl erreicht hat. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird der Rotor 3 konstant auf der Mindestdrehzahl gehalten. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird die Anfahrkupplung 7 definiert geschlossen, so dass ein gewünschter Teil des Rotordrehmoments auf den Abtrieb 8 übertragen wird. In einem fünften Verfahrensschritt 500 wird eine vom Rotor 3 in den Stator 4 induzierte Spannung mittels einer Erfassungseinheit 6 erfasst. In einem sechsten Verfahrensschritt 600 wird das von der Elektromaschine 2 bereitgestellte Rotordrehmoment bzw. die Rotordrehzahl auf Basis der induzierten Spannung bestimmt. Es kann vorgesehen sein, dass der fünfte Verfahrensschritt 500 und der sechse Verfahrensschritt 600 bereits im zweiten Verfahrensschritt 200 zum Feststellen, dass die Mindestdrehzahl erreicht ist, sowie im dritten Verfahrensschritt 300 zum Sicherstellen, dass der Rotor 3 auf der Mindestdrehzahl gehalten wird, entsprechend durchgeführt werden. In einem siebten Verfahrensschritt 700 wird das den Abtrieb 8 übertragenen Rotordrehmoment auf Basis einer Stellung der Anfahrkupplung 7 und einem sich hieraus ergebenden Übertragungsfaktor der Anfahrkupplung 7 und des bestimmten Rotordrehmoments bestimmt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsvorrichtung
    2
    Elektromaschine
    3
    Rotor
    4
    Stator
    5
    Regelungsvorrichtung
    6
    Erfassungseinheit
    7
    Anfahrkupplung
    8
    Abtrieb
    9
    Rotordrehzahlverlauf
    10
    Kupplungsstellungsverlauf
    100
    erster Verfahrensschritt
    200
    zweiter Verfahrensschritt
    300
    dritter Verfahrensschritt
    400
    vierter Verfahrensschritt
    500
    fünfter Verfahrensschritt
    600
    sechster Verfahrensschritt
    700
    siebter Verfahrensschritt

Claims (11)

  1. Antriebsvorrichtung (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine zum Erzeugen eines Rotordrehmoments ausgebildete Elektromaschine (2) mit einem Rotor (3) sowie einem Stator (4) und eine lagegeberlose Regelungsvorrichtung (5), die zum Regeln der Elektromaschine (2) ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (5) eine Erfassungseinheit (6) zum Erfassen einer vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierten Spannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1) eine Anfahrkupplung (7) aufweist, die zum definierten Übertragen des von der Elektromaschine (2) erzeugten Rotordrehmoments an einen Abtrieb (8) der Antriebsvorrichtung (1) ausgebildet ist, wobei die Regelungsvorrichtung (5) ausgebildet ist, die Anfahrkupplung (7) derart zu regeln, dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine (2), die unterhalb einer Mindestdrehzahl liegt, die Anfahrkupplung (7) in einer offenen Kupplungsstellung ist und dass bei einer Rotordrehzahl der Elektromaschine (2), die der Mindestdrehzahl entspricht, die Anfahrkupplung (7) in eine definierte geschlossene Kupplungsstellung bringbar ist, so dass ein definierter Anteil des von der Elektromaschine (2) erzeugten Rotordrehmoments über die Anfahrkupplung (7) auf den Abtrieb (8) übertragbar ist, wobei die Mindestdrehzahl der Elektromaschine (2) eine Rotordrehzahl ist, bei der eine vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierte Spannung von der Erfassungseinheit (6) erfassbar sowie zur Bestimmung eines Rotordrehmoments der Elektromaschine (2) verwendbar ist.
  2. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung (7) zur stufenlosen Drehmomentübertragung ausgebildet ist.
  3. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung (7) zur Übertragung eines definierten Rotordrehmoments über eine Micro-Schlupfregelung ausgebildet ist.
  4. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung (7) als Lamellenkupplung ausgebildet ist.
  5. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (5) ausgebildet ist, beim Überschreiten der Mindestdrehzahl der Elektromaschine (2) die Anfahrkupplung (7) derart zu regeln, dass das Rotordrehmoment mittels der Anfahrkupplung (7) vollständig oder im Wesentlichen vollständig auf den Abtrieb (8) übertragen wird.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, aufweisend die Schritte: - Anfahren einer Elektromaschine (2), wobei ein Abtrieb (8) der Antriebsvorrichtung (1) mittels einer Anfahrkupplung (7) von der Elektromaschine (2) entkoppelt ist, - Feststellen, dass ein Rotor (3) der Elektromaschine (2) eine Mindestdrehzahl erreicht hat, wobei für das Feststellen des Erreichens der Mindestdrehzahl das Beaufschlagen der Elektromaschine (2) mit einer für die Elektromaschine (2) spezifischen Mindestspannung ermittelt wird, - Halten der Elektromaschine (2) auf der Mindestdrehzahl, - Definiertes Schließen der Anfahrkupplung (7) zum Übertragen zumindest eines Teils des Rotordrehmoments auf den Abtrieb (8), - Erfassen einer vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierten Spannung, - Bestimmen eines von der Elektromaschine (2) bei der Rotordrehzahl bereitgestellten Rotordrehmoments auf Basis der erfassten induzierten Spannung, - Bestimmen eines auf den Abtrieb (8) übertragenen Rotordrehmoments auf Basis eines Übertragungsfaktors der Anfahrkupplung (7) und des bestimmten Rotordrehmoments.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Feststellen des Erreichens der Mindestdrehzahl die vom Rotor (3) in den Stator (4) induzierte Spannung erfasst wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung (7) komplett geöffnet wird, wenn die Rotordrehzahl der Elektromaschine (2) die Mindestdrehzahl unterschreitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung (7) vollständig geschlossen wird, wenn die Rotordrehzahl die Mindestdrehzahl überschreitet.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotordrehzahl kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich bestimmt wird, wenn die Elektromaschine (2) die Mindestdrehzahl überschritten hat und/oder wenn die Anfahrkupplung (7) teilweise geschlossen ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einer Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19505561A1 (de) 1995-02-18 1996-08-22 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Schlupfregelung von Reibelementen, Getrieben oder Antriebssträngen
WO2005100777A2 (de) 2004-04-16 2005-10-27 Avl List Gmbh Verfahren zur steuerung des anfahrvorganges eines kraftfahrzeuges
DE102010028024A1 (de) 2010-04-21 2011-10-27 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs

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