DE102017101367A1 - Anti-slip regulation in an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Regelung eines Fahrantriebs (1,2) eines Elektrofahrzeugs, das durch mindestens zwei elektrische Fahrantriebsmotoren angetrieben wird, von denen mindestens einer als rechter Fahrantriebsmotor auf einer rechten Fahrzeugseite und einer als linker Fahrantriebsmotor auf einer linken Fahrzeugseite einer Antriebsachse angeordnet ist und die unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen von einer Steuerung angesteuert werden können, wobei die Steuerung bei einer Kurvenfahrt die Räder der Fahrzeugseiten mit einer dem Lenkspurradius des jeweiligen Rades entsprechenden Drehzahl ansteuert, erfolgt die Regelung der Fahrantriebsmotoren jeweils über eine Drehmomentregelung (4) und bei einem Durchschlupfen eines Fahrantriebsmotors über einen maximalen Schlupfschwellenwert ein Abbremsen mittels Rekuperation in einen Energiespeicher.In a method for controlling a traction drive (1,2) of an electric vehicle, which is driven by at least two electric traction motors, of which at least one is arranged as a right traction drive motor on a right side of the vehicle and left drive motor on a left side of the vehicle a drive axle and the be controlled independently of each other with different speeds of a controller, the controller when cornering the wheels of the vehicle sides with a steering wheel radius of the respective wheel corresponding speed, the control of the traction motors is carried out respectively via a torque control (4) and a slippage of a Travel drive motor over a maximum slip threshold a deceleration by recuperation in an energy storage.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antischlupfregelung bei einem Elektrofahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Fahrantriebs eines Elektrofahrzeugs, das durch mindestens zwei elektrische Fahrantriebsmotoren angetrieben wird, von denen mindestens einer als rechter Fahrantriebsmotor auf einer rechten Fahrzeugseite und einer als linker Fahrantriebsmotor auf einer linken Fahrzeugseite einer Antriebsachse angeordnet ist und die unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen von einer Steuerung angesteuert werden können, wobei die Steuerung bei einer Kurvenfahrt die Räder der Fahrzeugseiten mit einer dem Lenkspurradius des jeweiligen Rades entsprechenden Drehzahl ansteuert.The invention relates to a method for traction control in an electric vehicle. In particular, the invention relates to a method for controlling a traction drive of an electric vehicle, which is driven by at least two electric traction motors, of which at least one is arranged as right traction drive motor on a right side of the vehicle and left drive motor on a left side of the vehicle a drive axle and independently can be controlled by a controller at different speeds, the controller when cornering the wheels of the vehicle sides with a steering wheel radius of the respective wheel corresponding speed controls.
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb sind hochdynamische Antriebssysteme bekannt, die eine elektrische Differenzialwirkung durch mindestens zwei elektrische Motoren darstellen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Motorwellen nicht mechanisch gekoppelt sind. Es ist weiterhin bekannt, bei solchen Fahrzeugen als weitere Funktionen eine elektrische Differenzialsperre (EDS) zur Erhöhung der Stabilität einzusetzen, beispielsweise bei einem elektrischen Fahrzeug als Kraftfahrzeug im Straßenverkehr.In vehicles with electric drive highly dynamic drive systems are known, which represent an electrical differential effect by at least two electric motors. The prerequisite for this is that the motor shafts are not mechanically coupled. It is also known to use in such vehicles as additional functions an electric differential lock (EDS) to increase the stability, for example, in an electric vehicle as a motor vehicle in traffic.
Weitere Zusatzfunktionen sind als Antischlupfregelung (ASR), intelligente Differenzialsperre (EDS) oder elektronische Stabilitätskontrolle (ESC/ESP) bekannt, die zur Erhöhung der Feinfühligkeit bzw. Präzision der Fahrzeughandhabung und/oder zur Erhöhung der Energieeffizienz des Antriebssystems eingesetzt werden. Wünschenswert sind dabei elektronische Differenzialsperren, die in einem kostenoptimierten Antriebssystem mit einer Minimierung des Bedarfs an Hardwareressourcen auskommen.Further additional functions are known as traction control (ASR), intelligent differential lock (EDS) or electronic stability control (ESC / ESP), which are used to increase the sensitivity or precision of the vehicle handling and / or to increase the energy efficiency of the drive system. Electronic differential locks, which minimize the need for hardware resources in a cost-optimized drive system, are desirable.
Im Stand der Technik sind elektrische Differenziale bekannt, die auf der Basis einer Drehmomentregelung arbeiten. Ein solches herkömmliches elektrisches Differenzial hat beispielsweise die gleiche Funktionalität wie ein mechanisches Differenzial, indem es für einen Ausgleich der Drehzahlen zwischen den beiden Rädern einer Achse sorgt. Bei Geradeausfahrt drehen sich die Räder beider Seiten synchron, sodass kein Differenzialeffekt auftritt. Bei einer Kurvenfahrt drehen sich die Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen, wobei das Rad am Außenradius mit einer höheren und das andere mit einer niedrigeren Drehzahl angetrieben wird. Bei einem herkömmlichen Differenzial wird auf die Rädern auf der linken und rechten Seite jeweils das gleiche Drehmoment aufgebracht.In the prior art electrical differentials are known, which operate on the basis of a torque control. Such a conventional electric differential, for example, has the same functionality as a mechanical differential, providing for compensation of rotational speeds between the two wheels of an axle. When driving straight ahead, the wheels of both sides turn synchronously, so that no differential effect occurs. When cornering, the wheels rotate at different speeds, the wheel is driven at the outer radius with a higher and the other at a lower speed. In a conventional differential, the same torque is applied to the wheels on the left and right sides, respectively.
Ein solches Differenzial arbeitet stabil und genau, wenn eine gleichmäßige Haftung an den Rädern beider Seiten vorhanden ist. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass sobald ein Rad die Haftung verliert, wie es zum Beispiel bei Regen oder Glatteis vorkommen kann, dieses Rad durchdreht. Das Fahrzeug verliert in diesem Fall nicht nur Zugkraft sondern auch seine Stabilität bei der Geradeausfahrt und Lenkung.Such a differential works stably and accurately when there is even adhesion to the wheels on both sides. A disadvantage of this prior art, however, that as soon as a wheel loses liability, as may occur, for example, in the rain or ice, this wheel is spinning. In this case, the vehicle loses not only traction but also its stability when driving straight ahead and steering.
Um in solchen Situationen die Stabilität des Fahrzeugs zu erhöhen, werden oftmals sogenannte dynamische Differenzialsperren verwendet, die zur Verringerung des Radschlupfes die Energiezufuhr des betroffenen Elektromotors reduzieren. Geläufige Bezeichnungen für solche Systeme in der Literatur sind EDS, ASR, IEDS, ESC oder ESP, die zunehmend in Kraftfahrzeugen für den Straßenverkehr eingesetzt werden. Dabei werden in der Praxis überwiegend Drehmomentregelungen bei diesen dynamischen Differenzialsperren eingesetzt um die Energiezufuhr zu steuern, weil diese Regelungsart wesentlich dynamischer als beispielsweise eine Drehzahlregelung ist.In order to increase the stability of the vehicle in such situations, so-called dynamic differential locks are often used, which reduce the energy supply of the affected electric motor to reduce the wheel slip. Common names for such systems in the literature are EDS, ASR, IEDS, ESC or ESP, which are increasingly used in motor vehicles for road traffic. In practice, predominantly torque controls are used in these dynamic differential locks to control the power supply, because this type of control is much more dynamic than, for example, a speed control.
Nachteilig an diesem Stand der Technik sind verschiedene Aspekte. Es wird beispielsweise eine Geschwindigkeitsmessung bzw. ein Geschwindigkeitssensor benötigt, um einen Radschlupf festzustellen. Auch ist die Präzision der Traktionskontrolle nicht sehr groß da, da der Algorithmus zu der Regelung einige Größen verwendet, die während der Fahrt nicht genau ermittelt werden können. Hierzu gehört beispielsweise der effektive Radius des Rades und die mögliche momentane Reibungskraft des Rades auf der Fahrbahn. Bei einer geringeren Präzision der Traktionskontrolle müssen jedoch weitere Systeme, wie etwa ein ABS, angepasst werden, um nicht fälschlicherweise in das Fahrverhalten einzugreifen.Disadvantages of this prior art are various aspects. For example, a speed measurement or a speed sensor is needed to detect a wheel slip. Also, the precision of the traction control is not very large because the algorithm used to control the scheme some sizes that can not be accurately determined while driving. This includes, for example, the effective radius of the wheel and the possible momentary frictional force of the wheel on the road. However, with lower traction control precision, other systems, such as ABS, must be adjusted so as not to erroneously interfere with driveability.
Es erfolgt auch keine Anpassung der Regelungseigenschaften an dynamische Eigenschaften des Drehmoment-Regelkreises, keine Anpassung des Verhaltens über der Zeit im Sinne einer Synthese oder Verbesserung der dynamischen Eigenschaften. Ebenso wenig kann eine Prognose erfolgen, die ein proaktives ASR bzw. eine Traktionskontrolle ermöglichen würde.There is also no adjustment of the control characteristics to dynamic properties of the torque control loop, no adjustment of the behavior over time in the sense of a synthesis or improvement of the dynamic properties. Nor can a prognosis be made that would enable a proactive ASR or traction control.
Daher kann es dazu kommen, dass bei Regen oder Glatteis beispielsweise bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug eine Achse wegen ungenügender Präzision der Regelung antreibt, während die andere bremst. Ebenso kann dies zwischen den Seiten einer Achse der Fall sein. Es kommt zu unerwünschten Vibrationen durch ungewollte, ständige Änderungen der Betriebsart, die den Wirkungsgrad des Antriebs beeinträchtigen und sich auch negativ auf die Lebensdauer der Antriebsaggregate auswirkt.Therefore, it may happen that in the case of rain or ice, for example, in a four-wheel drive vehicle drives an axis because of insufficient precision of the scheme, while the other brakes. Likewise, this can be the case between the sides of an axis. It comes to unwanted vibration due to unwanted, constant changes in the operating mode, which affect the efficiency of the drive and also has a negative effect on the life of the drive units.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antischlupfregelung bei einem Elektrofahrzeug zur Verfügung zu stellen, das die zuvor genannten Probleme vermeidet und mit der eine verbesserte Antischlupfregelung ermöglicht wird.The present invention is therefore an object of the invention to provide an anti-slip control in an electric vehicle, which avoids the aforementioned problems and with the improved traction control is made possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Antischlupfregelung beim Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Regelung eines Fahrantriebs eines Elektrofahrzeugs, das durch mindestens zwei elektrische Fahrantriebsmotoren angetrieben wird, von denen mindestens einer als rechter Fahrantriebsmotor auf einer rechten Fahrzeugseite und einer als linker Fahrantriebsmotor auf einer linken Fahrzeugseite einer Antriebsachse angeordnet ist und die unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen von einer Steuerung angesteuert werden können, wobei die Steuerung bei einer Kurvenfahrt die Räder der Fahrzeugseiten mit einer dem Lenkspurradius des jeweiligen Rades entsprechenden Drehzahl ansteuert, die Regelung der Fahrantriebsmotoren jeweils über eine Drehmomentregelung erfolgt und bei einem Durchschlupfen eines Fahrantriebsmotors über einen maximalen Schlupfschwellenwert ein Abbremsen mittels Rekuperation in einen Energiespeicher erfolgt.The object is achieved in that in a method for controlling a traction drive of an electric vehicle which is driven by at least two electric traction motors, of which at least one arranged as a right traction drive motor on a right side of the vehicle and left drive motor on a left side of a drive axle is and can be controlled independently of each other with different speeds of a controller, the controller when cornering the wheels of the vehicle sides with a steering wheel radius of the respective wheel corresponding speed controls, the control of the traction motors is done in each case via a torque control and a slippage of a Travel drive motor via a maximum slip threshold is a deceleration by recuperation in an energy storage.
Vorteilhaft ergibt sich eine präzise Antischlupfregelung und diese greift während eines Lenkvorgangs nicht ein, solange die Haftung nicht abreißt und das tatsächliche Drehmoment der linken sowie der rechten Seite identisch oder fast identisch sind, wenn die Räder auf ihrem jeweiligen Lenkspurradius mit unterschiedlichem Radius eine Kurvenlinie ablaufen. Die Drehmomentregelung ist sehr dynamisch, da sie über eine zusätzliche lösungsspezifische Rückkoppelung verfügen kann und die Zeitkonstante im Regelkreis sich verkleinert. Auch wird bei einer aktiven Antischlupfregelung durch die Vorgabe eines Soll-Drehmoments, beispielsweise durch die Betätigung eines Fahrpedals oder Gaspedals, und eines entsprechenden Ist-Drehmoments eine Rekuperation viel schneller erreicht, als bei einer Antischlupfregelung beruhend allein auf einem Drehzahlvergleich. Grundsätzlich kann hier die Rückspeisung in jede Form von elektrischem Energiespeicher, insbesondere jedoch in eine Traktionsbatterie eines batterie-elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, erfolgen.Advantageously, there is a precise traction control and this does not intervene during a steering operation, as long as the adhesion does not break off and the actual torque of the left and the right side are identical or almost identical, if the wheels run on their respective steering wheel radius with different radius a curved line. The torque control is very dynamic, as it can have an additional solution-specific feedback and reduces the time constant in the control loop. Also, in an active traction control by the specification of a desired torque, for example by the operation of an accelerator pedal or accelerator pedal, and a corresponding actual torque recuperation is achieved much faster than in an antiskid based alone on a speed comparison. In principle, the feedback can take place here in any form of electrical energy storage, but in particular in a traction battery of a battery-electrically powered vehicle.
Eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit erfolgt träger, da diese stark von der Trägheit des Antriebssystems abhängt. Daher wird bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren eine Drehzahlregelung während der Antischlupfregelung nicht verwendet, wie sie beispielsweise für eine elektrische Umsetzung einer Differenzialsperre oft zum Einsatz kommt, bei der eine Art elektrische Welle simuliert wird auf der Basis einer Drehzahl- und Lageregelung, die in Übereinstimmung gebracht werden. Es ergibt sich eine Energieersparnis, da während des Durchschlupfens die mittleren Windgeschwindigkeiten durch die hochdynamische Regelung geringer sind und durch die Rekuperation. Im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik werden das Fahrverhalten und der Komfort für den Fahrer erhöht und es ergeben sich geringere Vibrationen während der Antischlupfregelung. Die Stabilität des Fahrzeugs wird erhöht, ohne dass zusätzliche Hardwareressourcen und entsprechende Kosten erforderlich sind. Besonders vorteilhaft ist das vorgeschlagene Verfahren bei sehr leichten Fahrzeugen und Fahrzeugen, bei denen es zu einer hohen Durchschlupfrate der Antriebsräder kommen kann. Beispiel hierfür sind sind etwa Freizeitfahrzeuge wie Gocarts, die bisher überwiegend mit benzinbetriebenen Motoren angetrieben werden. Vorteilhaft erfolgt neben einem ersten Betriebszustand ohne Durchschlupfen der Räder, insbesondere bei Geradeausfahrt, und einem dritten Betriebszustand mit einem Durchschlupfen über dem maximalen Schlupfschwellenwert, in einem zweiten Betriebszustand eine Reduzierung des Drehmoments eines durchschlupfenden Rades ohne Rekuperation.A change in the angular velocity is slower, as it depends heavily on the inertia of the drive system. Therefore, in the proposed method according to the invention, a speed control during the traction control is not used, as is often used, for example, for an electrical conversion of a differential lock, in which a kind of electrical wave is simulated on the basis of a speed and position control, brought into line become. This results in an energy saving, since during the slip through the average wind speeds are lower by the highly dynamic control and the recuperation. Compared to prior art systems, drivability and comfort for the driver are increased and lower vibrations result during traction control. The stability of the vehicle is increased without the need for additional hardware resources and associated costs. Particularly advantageous is the proposed method in very light vehicles and vehicles in which it can come to a high Durchschlupfrate the drive wheels. Examples of this include recreational vehicles such as Gocarts, which have so far been powered mainly by gasoline-powered engines. Advantageously, in addition to a first operating state without slippage of the wheels, in particular when driving straight ahead, and a third operating state with a slippage above the maximum slip threshold, in a second operating state, a reduction of the torque of a slipping wheel without recuperation.
Das Überschreiten des maximalen Schlupfschwellenwertes kann durch eine Bestimmung der Leistungsdifferenz zwischen den Fahrzeugseiten bestimmt werden.Exceeding the maximum slip threshold may be determined by determining the power difference between the vehicle sides.
Die Bestimmung der Leistung bzw. Leistungsdifferenz in dem rechtsseitigen und linksseitigen Antriebsstrang bzw. den Fahrantriebsmotoren ist sehr dynamisch und präzise, da sie als Produkt aus Drehmoment und Drehzahl errechnet werden kann. Der Schlupfschwellenwert entspricht aber keineswegs einfach nur einer Drehzahldifferenz. Beispielsweise wird bei einem nur sehr langsam drehenden Rad auf einer Fahrzeugseite und einem „durchdrehenden“ Antriebsrad auf der anderen Fahrzeugseite aufgrund der großen Drehzahldifferenz diese Seite eine sehr viel höhere Leistung aufnehmen und eine Leistungsbilanz, die die unterschiedlichen Drehzahlen bei gleichem Drehmoment berücksichtigt, wird verletzt. Vorteilhaft kann dann auf eine Geschwindigkeitsmessung verzichtet werden, da bei aktiver Antischlupfregelung eine Größe der errechneten Leistung hochdynamisch in Richtung Null gesetzt wird, damit ein korrekter Vergleich der Leistung beider Seiten in einem sehr präzisen Antischlupfregelungsvorgang erreicht werden kann.The determination of the power difference in the right-hand and left-hand drive trains or traction drive motors is very dynamic and precise, since it can be calculated as a product of torque and speed. The slip threshold, however, by no means simply corresponds to a speed difference. For example, with only a very slowly rotating wheel on one side of the vehicle and a "spinning" drive wheel on the other side of the vehicle due to the large speed difference this page will record a much higher performance and a power balance that takes into account the different speeds at the same torque is violated. Advantageously can then be dispensed with a speed measurement, since with active traction control, a magnitude of the calculated power is highly dynamically set towards zero, so that a correct comparison of the performance of both Pages in a very precise traction control process can be achieved.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Ansteuerung der Fahrantriebsmotoren über eine Zwei-Quadranten-Steuerung.In one embodiment of the method, the drive of the traction drive motors via a two-quadrant control.
In dem ersten Quadranten kann eine lineare Kennlinie genutzt werden.In the first quadrant, a linear characteristic can be used.
Dadurch erfolgt eine konstante Verstärkung im ersten Quadranten, der bei einem Fahrantriebsmotor der Vorwärtsdrehrichtung entspricht. Es ergibt sich eine maximale Feinfühligkeit und Präzision der Antischlupfregelung.As a result, there is a constant gain in the first quadrant, which corresponds to the forward direction of rotation in a traction drive motor. This results in a maximum sensitivity and precision of traction control.
Vorteilhaft wird in dem zweiten Quadranten eine nichtlineare Kennlinie genutzt.Advantageously, a non-linear characteristic is used in the second quadrant.
Insbesondere kann hier eine nichtlineare Kennlinie eingesetzt werden, die näher an den Eigenschaften eines Systems mit einer Zweipunktregelung liegt. Durch eine solche Auslegung ergibt sich eine sehr hohe Dynamik und Präzision der Antischlupfregelung.In particular, here a non-linear characteristic can be used, which is closer to the properties of a system with a two-step control. Such a design results in a very high dynamics and precision of traction control.
Die Fahrmotoren können Drehstrom-, Gleichstrom- oder Reluktanzmotoren sein.The traction motors can be three-phase, DC or reluctance motors.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur einen Antriebsstrang
Ein Drehzahlsensor
Eine Übertragungsfunktion
Die Antriebsleistungen werden als Produkt durch einen Multiplikator
Im Gegensatz zu einem zuvor beschriebenen ersten Betriebszustand drehen in einem zweiten Betriebszustand bei einer Kurvenfahrt sich die Antriebsräder mit unterschiedlichen Drehzahlen. Das Rad im größeren Lenksspurradius wird etwas schneller und das andere langsamer angetrieben. Die Leistung in den beiden Antriebs strängen 1,2 ändert sich und am Ausgang des Vergleiches
Es wird eine zulässigen Leistungsdifferenz
Wenn aufgrund einer reduzierten Bodenhaftung und als Folge eines reduzierten äußeren Drehmoments es zu einem Durchschlupfen eines Antriebsrades kommt, steigt die Leistung am Ausgang des Multiplikators
Wenn die Belastung
Während einer Differenzialsperrenfunktion in dieser Betriebsweise im zweiten Quadranten liefert der Multiplikator
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