DE102015117464A1 - Motor vehicle and method for operating such - Google Patents

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DE102015117464A1 DE102015117464.2A DE102015117464A DE102015117464A1 DE 102015117464 A1 DE102015117464 A1 DE 102015117464A1 DE 102015117464 A DE102015117464 A DE 102015117464A DE 102015117464 A1 DE102015117464 A1 DE 102015117464A1
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Klaudia Vanessa Schlanert
Tobias Roulet
Jörg Megner
David Rixen
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Abstract

Die Erfindung stellt ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mit den folgenden Merkmalen bereit: eine Vorderachse (11) und eine Hinterachse (12), eine mechanisch mit der Vorderachse (11) verbundene erste Elektromaschine (13) zum Antreiben der Vorderachse (11), eine mit der Hinterachse (12) mechanisch verbundene zweite Elektromaschine (14) zum Antreiben der Hinterachse (12), einen mit der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine elektrisch verbundenen Energiespeicher (15) zum Versorgen der Elektromaschinen (13, 14) mit einem begrenzten Strom und
eine echtzeitfähige, mit den Elektromaschinen (13, 14) und der Energiespeicher (15) elektronisch verbundene zentrale Recheneinheit (16) zum dynamischen Verteilen eines mittels des Stromes ausgeübten Drehmomentes zwischen den Elektromaschinen (13, 14).
Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges (10), ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit. The invention provides an electrically powered motor vehicle (10) having the following features: a front axle (11) and a rear axle (12), a first electric machine (13) mechanically connected to the front axle (11) for driving the front axle (11), a second electric machine (14) mechanically connected to the rear axle (12) for driving the rear axle (12), an energy store (15) electrically connected to the first electric machine and the second electric machine for supplying the electric machines (13, 14) with a limited current and
a real-time capable, with the electric machines (13, 14) and the energy storage (15) electronically connected central processing unit (16) for dynamically distributing a force exerted by the current torque between the electric machines (13, 14).
The invention further provides a corresponding method for operating a motor vehicle (10), a corresponding computer program and a corresponding storage medium.

Figure DE102015117464A1_0001
Figure DE102015117464A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium. The present invention relates to an electrically operated motor vehicle. The present invention also relates to a corresponding method for operating a motor vehicle, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.

Stand der Technik State of the art

Bekannt sind Kraftfahrzeuge mit Elektro-(E-) oder Hybrid-Antrieb. Soll ein solches Kraftfahrzeug elektrisch allradfähig sein, müssen die durch den elektrischen Antrieb erzeugten Momente auf Vorder- und Hinterachse (VA, HA) verteilt werden. Im Kraftfahrzeug können hierzu mindestens zwei Elektromaschinen (E-Maschinen) vorhanden sein, wobei ein Energiespeicher die Elektromaschinen mit einem begrenzten Strom versorgt. Dabei mag mindestens eine Elektromaschine die Vorderachse und mindestens eine Elektromaschine die Hinterachse antreiben. Motor vehicles with electric (E) or hybrid drive are known. If such a motor vehicle is to be electrically four-wheel drive, the torques generated by the electric drive must be distributed to the front and rear axles (VA, HA). For this purpose, at least two electric machines (electric machines) may be present in the motor vehicle, wherein an energy store supplies the electric machines with a limited current. At least one electric machine may drive the front axle and at least one electric machine drive the rear axle.

In der CN 201 805 389 U wird ein elektromagnetischer Stromverteiler mit zwei Spulenpaaren beschrieben, die von einem Hochfrequenzumrichter mit Strom versorgt werden und den Strom auf und zwischen zwei oder mehr Nabenmotoren verteilen. In the CN 201 805 389 U describes an electromagnetic current distributor with two pairs of coils, which are powered by a high-frequency converter and distribute the power to and between two or more hub motors.

In der JP 2007 325 372 A wird eine elektrische Verteilereinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit zwei oder mehr Elektromotoren beschrieben. Dabei wird bei Erreichen der maximalen Kapazität der Batterie eine feste Stromverteilung zum Erhalten einer gemessenen Gier-Rate vorgenommen. In the JP 2007 325 372 A An electric distribution device for an electric vehicle with two or more electric motors is described. At this time, when the maximum capacity of the battery is reached, a fixed current distribution is made to obtain a measured yaw rate.

In der US 2001 0025 219 A1 wird eine Kraftverteilungseinrichtung für ein Fahrzeug mit getrennt angetriebenen Vorder- und Hinterrädern beschrieben, wobei die Kraft je nach Differenz der Schlupfrate der Räder verteilt wird. In the US 2001 0025 219 A1 a power distribution device for a vehicle with separately driven front and rear wheels is described, wherein the force is distributed according to the difference in the slip rate of the wheels.

In der US 2002 0013 194 A1 wird ein System für ein Fahrzeug mit Vorder- und Hinterradantrieb beschrieben, das zwischen einem Antriebsmodus und einem Lademodus, in dem die Batterie des Fahrzeugs geladen wird, umschalten kann. In the US 2002 0013 194 A1 For example, there is described a system for a front and rear wheel drive vehicle that is capable of switching between a drive mode and a charge mode in which the battery of the vehicle is being charged.

In der US 2005 0052 080 A1 wird ein elektrisches Fahrzeug mit mehreren Elektromotoren beschrieben, wobei verschiedene Größen wie Geschwindigkeit, Kraft oder Effizienz der Elektromotoren gemessen und zur Anpassung verschiedener Steuerungsgrößen verwendet werden. In the US 2005 0052 080 A1 An electric vehicle with multiple electric motors is described, wherein different quantities such as speed, force or efficiency of the electric motors are measured and used to adapt various control variables.

In der US 2005 0029 035 A1 wird ein allradfähiges Fahrzeug mit einer Antriebseinheit und einer Verteilereinrichtung beschrieben, wobei der Fahrzustand des Fahrzeugs über Sensoren ermittelt wird. Je nach Fahrzustand wählt die Verteilereinrichtung aus verschiedenen Fahr-Modi aus und erzeugt eine entsprechende Kraftverteilung auf die Räder. In the US 2005 0029 035 A1 an all-wheel drive vehicle is described with a drive unit and a distribution device, wherein the driving state of the vehicle is determined by sensors. Depending on the driving state, the distributor device selects from different driving modes and generates a corresponding force distribution on the wheels.

In der EP 0 775 607 A1 wird ein allradfähiges Hybrid-Fahrzeug beschrieben, wobei an der Hinterachse ein zusätzlicher Elektromotor angebracht ist. In the EP 0 775 607 A1 An all-wheel hybrid vehicle is described, wherein an additional electric motor is mounted on the rear axle.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung stellt ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. The invention provides an electrically operated motor vehicle, a corresponding method for operating a motor vehicle, a corresponding computer program and a corresponding storage medium according to the independent claims.

Dieser Ansatz fußt auf dem Grundgedanken, dass keine feste Verteilung des von dem Energiespeicher gelieferten Stromes auf die Elektromaschinen, sondern eine dynamische Anpassung der Verteilung der Momente und somit des Stromes zwischen den Elektromaschinen je nach Fahrzustand erfolgt. This approach is based on the idea that there is no fixed distribution of the current supplied by the energy store to the electric machines, but a dynamic adjustment of the distribution of the moments and thus the current between the electric machines depending on the driving condition.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der ermöglichten Reichweitenoptimierung, da jeweils die für den Moment je nach Fahrerwunsch effizienteste Momentenverteilung eingestellt werden kann. An advantage of this solution lies in the possible range optimization, since in each case the most efficient moment distribution can be set for the moment depending on the driver's request.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So können ein oder mehrere Fahrdynamikregelsysteme, insbesondere eine Traktionskontrolle, bedarfsweise in das Verteilen des Momentes eingreifen. Auf diese Weise wird eine Eingriffsmöglichkeit seitens Fahrdynamiksystemen, wie dem Traktionsmanagement und dem Rekuperationsmanagement, sichergestellt. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. Thus, one or more driving dynamics control systems, in particular a traction control, intervene, as needed, in the distribution of the moment. In this way an intervention possibility on the part of driving dynamics systems, such as traction management and recuperation management, ensured.

Ferner mögen Kenngrößen der Elektromaschinen wie Wirkungsgrad, Strom und Spannung ermittelt und bei der Berechnung der Stromverteilung berücksichtigt werden. Die E-Maschinen werden auf diesem Weg im Verhältnis ihres Potentials ausgewogen belastet. Furthermore, characteristics of the electric machines such as efficiency, current and voltage can be determined and taken into account in the calculation of the current distribution. The E-machines are weighed in this way balanced in proportion to their potential.

Wünschenswert ist eine maximal performante Lösung unter Ausnutzung der gesamten Batterieleistung. Die bestmögliche Ausnutzung der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung führt in dieser Ausführungsform zu einer Performanceoptimierung. It is desirable to have a maximum performance solution that exploits the entire battery power. The best possible utilization of the available electrical power leads in this embodiment to a performance optimization.

Schließlich verteilt die Recheneinheit vorzugsweise das Moment um, falls eine der Elektromaschinen eine spezifische Leistungsgrenze erreicht, also gleichsam an ihrem Limit ist. So erfolgt eine Änderung des ursprünglichen Verteilungsfaktors bei Bedarf. Die ruckfreie Beschleunigung auch bei Umverteilung erhöht die Fahrbarkeit beträchtlich. Finally, the arithmetic unit preferably redistributes the moment if one of the electric machines reaches a specific power limit, ie is at its limit. This changes the original distribution factor as needed. The smooth acceleration even when redistributed increases the drivability considerably.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.

Die einzige Figur zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. The single figure shows schematically a motor vehicle according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Die Figur illustriert den grundlegenden Aufbau eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das allradfähige Kraftfahrzeug 10 umfasst unter anderem eine Vorderachse 11 und eine Hinterachse 12, eine mit der Vorderachse 11 mechanisch verbundene erste Elektromaschine 13 zum Antreiben der Vorderachse 11, eine mit der Hinterachse 12 mechanisch verbundene zweite Elektromaschine 14 zum Antreiben der Hinterachse 12, einen mit der ersten Elektromaschine 13 und der zweiten Elektromaschine 14 elektrisch verbundenen Energiespeicher 15 zum Versorgen der Elektromaschinen 13, 14 mit einem begrenzten Strom sowie eine echtzeitfähige, mit den Elektromaschinen 13, 14 und dem Energiespeicher 15 elektronisch verbundene zentrale Recheneinheit 16 zum dynamischen Verteilen eines mittels des Stromes ausgeübten Drehmomentes zwischen den Elektromaschinen 13, 14. Hinzu kommt in der vorliegenden Ausgestaltung ein mit der Vorderachse 11, der Hinterachse 12 und der Recheneinheit 16 elektronisch verbundenes Fahrdynamikregelsystem 17, zum Beispiel eine Traktionskontrolle. Die erwähnte zentrale Recheneinheit muss kein separates Bauteil sein, sondern kann auch in eine schon vorhandene Komponente (z. B. Umrichter oder Leistungselektronik) integriert sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The figure illustrates the basic structure of an electrically powered motor vehicle 10 according to an embodiment of the invention. The four-wheel motor vehicle 10 includes, among other things, a front axle 11 and a rear axle 12 , one with the front axle 11 mechanically connected first electric machine 13 for driving the front axle 11 , one with the rear axle 12 mechanically connected second electric machine 14 for driving the rear axle 12 , one with the first electric machine 13 and the second electric machine 14 electrically connected energy storage 15 for supplying the electric machines 13 . 14 with a limited power as well as a real-time, with the electric machines 13 . 14 and the energy storage 15 electronically connected central processing unit 16 for dynamically distributing a torque applied by the current between the electric machines 13 . 14 , In addition, in the present embodiment, one with the front axle 11 , the rear axle 12 and the arithmetic unit 16 electronically linked vehicle dynamics control system 17 , for example a traction control. The mentioned central processing unit does not have to be a separate component, but can also be integrated into an already existing component (eg converter or power electronics) without leaving the scope of the invention.

Im Betrieb des Kraftfahrzeuges 10 treibt die erste Elektromaschine 13 die Vorderachse 11 an, die zweite Elektromaschine 14 treibt die Hinterachse 12 an, die Energiespeicher 15 versorgt die Elektromaschinen 13, 14 mit Strom und die Recheneinheit 16 verteilt das Moment unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade, Ströme und Spannungen der Elektromaschinen 13, 14 dynamisch zwischen diesen. Der Rechenablauf wandelt den Fahrerwunsch somit gleichsam über verschiedene Zwischenstufen in die durch die fahrzeugspezifischen Stromgrenzen definierten maximalen Ströme, welche den Elektromaschinen 13, 14 zur Verfügung gestellt werden. Auch der Betrieb mit der genannten Momenten- bzw. Stromverteilung im Rekuperationsfall ist möglich, wobei bei Bedarf die Gesamtleistung des Energiespeichers 15 ausgenutzt werden kann. In operation of the motor vehicle 10 drives the first electric machine 13 the front axle 11 on, the second electric machine 14 drives the rear axle 12 on, the energy storage 15 supplies the electrical machines 13 . 14 with electricity and the arithmetic unit 16 distributes the moment taking into account the efficiencies, currents and voltages of the electric machines 13 . 14 dynamic between these. The calculation process thus converts the driver's wish, as it were, via various intermediate stages into the maximum currents defined by the vehicle-specific current limits, which are the electric machines 13 . 14 to provide. Also, the operation with said torque or current distribution in Rekuperationsfall is possible, with the total performance of the energy storage, if necessary 15 can be exploited.

Die Gesamtleistung des Energiespeichers 15 wird dabei so weit als möglich ausgenutzt. Die Recheneinheit 16 verteilt das Moment um, falls die erste Elektromaschine 13 oder die zweite Elektromaschine 14 eine spezifische Leistungsgrenze erreicht, so dass, wenn abgefragt, der maximal darstellbare Fahrerwunsch umgesetzt wird und die Elektromaschinen 13, 14 an ihrem jeweiligen Limit arbeiten. Lediglich bedarfsweise greift das Fahrdynamikregelsystem 17 in die Momentenverteilung ein. The overall performance of the energy storage 15 is exploited as much as possible. The arithmetic unit 16 redistribute the moment, if the first electric machine 13 or the second electric machine 14 reaches a specific power limit, so that when queried, the maximum representable driver's request is implemented and the electric machines 13 . 14 work at their respective limits. Only when needed does the vehicle dynamics control system take effect 17 in the moment distribution.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der beschriebene Ablauf auch bei einer Topologie mit mehrgängigen Getrieben umsetzbar. In einer weiteren besonderen Ausführungsform kann auch an jedem der vier Räder eine Elektromaschine 13 angeordnet sein, zwischen denen eine Momentenverteilung entsprechend dem oben in Bezug auf den Achsantrieb beschriebenen Verfahren erfolgt. In a preferred embodiment, the described procedure can also be implemented in the case of a topology with multiple-gear transmissions. In a further particular embodiment, an electric machine can also be attached to each of the four wheels 13 be arranged, between which a torque distribution is carried out according to the method described above with respect to the final drive.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CN 201805389 U [0003] CN 201805389 U [0003]
  • JP 2007325372 A [0004] JP 2007325372 A [0004]
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  • US 20050029035 A1 [0008] US 20050029035 A1 [0008]
  • EP 0775607 A1 [0009] EP 0775607 A1 [0009]

Claims (11)

Elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Vorderachse (11) und eine Hinterachse (12), – eine mechanisch mit der Vorderachse (11) verbundene erste Elektromaschine (13) zum Antreiben der Vorderachse (11), – eine mit der Hinterachse (12) mechanisch verbundene zweite Elektromaschine (14) zum Antreiben der Hinterachse (12), – einen mit der ersten Elektromaschine (13) und der zweiten Elektromaschine (14) elektrisch verbundenen Energiespeicher (15) zum Versorgen der Elektromaschinen (13, 14) mit einem begrenzten Strom und – eine echtzeitfähige, mit den Elektromaschinen (13, 14) und dem Energiespeicher (15) elektronisch verbundene zentrale Recheneinheit (16) zum dynamischen Verteilen eines mittels des Stromes ausgeübten Drehmomentes zwischen den Elektromaschinen (13, 14). Electrically operated motor vehicle ( 10 ), characterized by the following features: - a front axle ( 11 ) and a rear axle ( 12 ), - one mechanically with the front axle ( 11 ) connected first electric machine ( 13 ) for driving the front axle ( 11 ), - one with the rear axle ( 12 ) mechanically connected second electric machine ( 14 ) for driving the rear axle ( 12 ), - one with the first electric machine ( 13 ) and the second electric machine ( 14 ) electrically connected energy storage ( 15 ) for supplying the electric machines ( 13 . 14 ) with a limited current and - a real-time capable, with the electric machines ( 13 . 14 ) and the energy storage ( 15 ) electronically connected central processing unit ( 16 ) for dynamically distributing a torque applied by the current between the electric machines ( 13 . 14 ). Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – ein mit der Vorderachse (11), der Hinterachse (12) und der Recheneinheit (16) elektronisch verbundenes Fahrdynamikregelsystem (17), insbesondere eine Traktionskontrolle. Motor vehicle ( 10 ) according to claim 1, characterized by the following feature: - one with the front axle ( 11 ), the rear axle ( 12 ) and the arithmetic unit ( 16 ) electronically linked vehicle dynamics control system ( 17 ), in particular a traction control. Verfahren zum elektrischen Betreiben eines Kraftfahrzeuges (10), insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine erste Elektromaschine (13) treibt eine Vorderachse (11) an, – eine zweite Elektromaschine (14) treibt eine Hinterachse (12) an, – ein Energiespeicher (15) versorgt die Elektromaschinen (13, 14) mit einem begrenzten Strom und – eine Recheneinheit (16) verteilt ein mittels des Stromes ausgeübtes Drehmoment dynamisch zwischen den Elektromaschinen (13, 14). Method for electrically operating a motor vehicle ( 10 ), in particular according to claim 1 or 2, characterized by the following features: - a first electric machine ( 13 ) drives a front axle ( 11 ), - a second electric machine ( 14 ) drives a rear axle ( 12 ), - an energy store ( 15 ) supplies the electrical machines ( 13 . 14 ) with a limited current and - a computing unit ( 16 ) dynamically distributes a torque applied by the current between the electric machines ( 13 . 14 ). Verfahren zum elektrischen Betreiben eines Kraftfahrzeuges (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – jedes von vier Rädern wird von einer an dem Rad angeordneten Elektromaschine (13, 14) angetrieben, – ein Energiespeicher (15) versorgt die Elektromaschinen (13, 14) mit einem begrenzten Strom und – eine Recheneinheit (16) verteilt ein mittels des Stromes ausgeübtes Drehmoment dynamisch zwischen den Elektromaschinen (13, 14). Method for electrically operating a motor vehicle ( 10 ), characterized by the following features: each of four wheels is driven by an electric machine ( 13 . 14 ), - an energy store ( 15 ) supplies the electrical machines ( 13 . 14 ) with a limited current and - a computing unit ( 16 ) dynamically distributes a torque applied by the current between the electric machines ( 13 . 14 ). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – ein Fahrdynamikregelsystem (17), insbesondere eine Traktionskontrolle, greift bedarfsweise in das Verteilen des Drehmomentes ein. Method according to Claim 3 or 4, characterized by the following feature: a vehicle dynamics control system ( 17 ), in particular a traction control, intervenes as needed in the distribution of torque. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Recheneinheit (16) berücksichtigt Wirkungsgrade, Ströme und Spannungen der Elektromaschinen (13, 14). Method according to one of claims 3 to 5, characterized by the following feature: - the arithmetic unit ( 16 ) takes into account efficiencies, currents and voltages of electrical machines ( 13 . 14 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Recheneinheit (16) verteilt das Drehmoment entsprechend einem Fahrerwunsch. Method according to one of claims 3 to 6, characterized by the following feature: - the arithmetic unit ( 16 ) distributes the torque according to a driver's request. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – eine Gesamtleistung des Energiespeichers (15) wird ausgenutzt. Method according to one of claims 3 to 7, characterized by the following feature: - a total power of the energy store ( 15 ) is exploited. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Recheneinheit (16) verteilt das Drehmoment um, falls die erste Elektromaschine (13) oder die zweite Elektromaschine (14) eine spezifische Leistungsgrenze erreicht. Method according to one of claims 3 to 8, characterized by the following feature: - the arithmetic unit ( 16 ) redistributes the torque if the first electric machine ( 13 ) or the second electric machine ( 14 ) reaches a specific performance limit. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 9 durchzuführen.  Computer program, which is set up to carry out all the steps of a method according to one of Claims 3 to 9. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.  A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 10.
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