DE102017110627B4 - Antriebssystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems - Google Patents

Antriebssystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems Download PDF

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Abstract

Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend einen Elektromotor (3) zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (2), eine Antriebsachse (4) zum Übertragen des Antriebsdrehmoments an Räder (5) des Kraftfahrzeugs (2), eine Motorsteuerungseinheit (6) zum Steuern des Elektromotors (3) und einen ersten Drehzahlsensor (7) zum Ermitteln einer Drehzahl des Antriebssystems (1),
wobei der erste Drehzahlsensor (7) zum Messen einer Antriebsachsendrehzahl (na) der Antriebsachse (4) des Antriebssystems (1) ausgebildet ist, wobei der erste Drehzahlsensor (7) zum Messen der Antriebsachsendrehzahl (na) im Bereich der Antriebsachse (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Drehzahlsensor (7) zum Übertragen der ermittelten Antriebsachsendrehzahl (na) mit der Motorsteuerungseinheit (6) datenkommunizierend gekoppelt ist und dass die Motorsteuerungseinheit (6) eine zweite Datenschnittstelle (13) zum Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl (na) an eine Kontrolleinheit (11) eines Fahrerassistenzsystems (12) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Elektromotor, eine Antriebsachse, eine Motorsteuerungseinheit und einen ersten Drehzahlsensor. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines gattungsgemäßen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs.
  • Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei im Wesentlichen zwischen verbrennungsmotorischen, hybriden und elektromotorischen Antriebssystemen unterschieden wird. Verbrennungsmotorische Antriebssysteme weisen einen Verbrennungsmotor auf, der zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments über ein schaltbares Getriebe mit einer oder mehreren Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs mechanisch gekoppelt ist. Hybride Antriebssysteme weisen zusätzlich zum Verbrennungsmotor mindestens einen Elektromotor auf, wobei bei einigen hybriden Antriebssystemen der Elektromotor zur Übertragung des Antriebsdrehmoments mit einer oder mehreren Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs mechanisch gekoppelt ist. Der Elektromotor ist beispielsweise drehsynchron mit dem Verbrennungsmotor, z.B. über einen Riementrieb, oder drehsynchron mit mindestens einer Antriebsachse, z.B. über ein nicht schaltbares, einstufiges Getriebe mechanisch gekoppelt. Elektromotorische Antriebssysteme weisen zur Übertragung des Antriebsdrehmoments auf mindestens eine Antriebsachse mindestens einen Elektromotor auf. Der Elektromotor ist beispielsweise über ein nicht schaltbares, einstufiges Getriebe mit einer oder mehreren Antriebsachsen drehsynchron mechanisch gekoppelt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere elektromotorische Antriebssysteme und kann auch bei hybriden Antriebssystemen, insbesondere bei welchem ein Elektromotor drehsynchron mit mindestens einer Antriebsachse mechanisch gekoppelt ist, angewendet werden.
  • Unter einer drehsynchronen mechanischen Kopplung wird im Rahmen der Erfindung eine mechanische Kopplung verstanden, bei welcher Drehzahlen der miteinander gekoppelten Komponenten in einem festgelegten Drehzahlverhältnis zueinander stehen. Wenn die Drehzahl einer dieser Komponenten bekannt ist, ist die Drehzahl der anderen Komponente somit über das festgelegte Drehzahlverhältnis leicht bestimmbar bzw. berechenbar.
  • In elektromotorischen Antriebssystemen verwendete Elektromotoren weisen einen Stator und einen Rotor auf. Zum Betreiben des Elektromotors, also zur bedarfsgerechten Bereitstellung elektrischer Energie, damit der Elektromotor diese in mechanische Energie umwandelt, wird oftmals eine aktuelle IST-Rotordrehzahl des Rotors benötigt, um diese einer SOLL-Rotordrehzahl anzupassen. Eine SOLL-Rotordrehzahl kann beispielsweise vom Fahrer, z.B. durch eine Gaspedalstellung, oder einem Fahrerassistenzsystem vorgegeben werden. Die Ermittlung der IST-Rotordrehzahl ist insbesondere für den Betrieb von Asynchronmotoren wichtig, da bei diesen Elektromotoren die IST-Rotordrehzahl von einer synchronen Drehzahl eines Erregerdrehfelds zum Antreiben des Rotors abweicht. Die Differenz zwischen synchroner Drehzahl und IST-Rotordrehzahl wird als Drehzahlabweichung bezeichnet. Über einen Quotienten aus Drehzahlabweichung und synchroner Drehzahl ist ein Schlupf des Asynchronmotors definiert.
  • Zur Ermittlung der Rotordrehzahl weisen herkömmliche Elektromotoren einen Drehzahlsensor auf, der zum Messen der Rotordrehzahl ausgebildet und hierfür in einem Bereich des Rotors angeordnet ist. Oftmals weisen Kraftfahrzeuge Fahrerassistenzsysteme, wie z.B. ein Antiblockiersystem (ABS) oder elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), auf, welche ebenfalls auf die von Drehzahlsensoren gemessenen Drehzahlen angewiesen sind. Für diese Fahrerassistenzsysteme werden beispielsweise zusätzliche Drehzahlsensoren zum Messen der Antriebsachsendrehzahl der Antriebsachse im Bereich der Antriebsachse, an den Rädern oder dergleichen angeordnet.
  • Aus der DE 10 2012 110 597 A1 ist ein Verfahren zur Plausibilisierung einer mittels eines Drehzahlsensors ermittelten Drehzahl bekannt. Hierfür werden verschiedene Drehzahlsensoren bereitgestellt, deren Messwerte miteinander verglichen werden. Bei widersprüchlichen Messwerten kann auf den Defekt eines Drehzahlsensors geschlossen werden. Gemäß der US 6 480 771 B2 erfolgt eine qualitative Plausibilisierung indem ein Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs ermittelt und bei gleichzeitigem Messen einer Radrehzahl von 0 auf eine Fehlfunktion des Drehzahlsensors des Rads geschlossen wird. Die DE 10 2005 033 354 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen eines Antriebsstrangs. Hierfür werden Messwerte mehrerer Drehzahlsensoren verwendet, welche beispielsweise am Rotor und an der Antriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Aus der DE 102 24 189 A1 ist ein Regelsystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, bei welchem ebenfalls mehrere Drehzahlsensoren zum Messen von Antriebsachsendrehzahl und Rotordrehzahl verwendet werden.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 044 303 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung.
  • Aufgrund der Vielzahl der verwendeten Drehzahlsensoren weisen aus dem Stand der Technik bekannte Antriebssysteme mit mindestens einem Elektromotor eine besonders hohe Komplexität auf. Dies führt zu hohen Herstellungskosten aufgrund kostenintensiver Drehzahlsensoren sowie einer großen Zahl an Montageschritten.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems zu schaffen, mit welchem auf kostengünstige Art und Weise eine Steuerung des Elektromotors gewährleistet ist und eine Komplexität reduziert ist.
  • Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 gelöst. 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 dem erfindungsgemäßen Antriebssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Antriebssystem weist einen Elektromotor zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Antriebsachse zum Übertragen des Antriebsdrehmoments an Räder des Kraftfahrzeugs, eine Motorsteuerungseinheit zum Steuern des Elektromotors und einen ersten Drehzahlsensor zum Ermitteln einer Drehzahl des Antriebssystems auf. Erfindungsgemäß ist der erste Drehzahlsensor zum Messen einer Antriebsachsendrehzahl der Antriebsachse des Antriebssystems ausgebildet, wobei der erste Drehzahlsensor zum Messen der Antriebsachsendrehzahl im Bereich der Antriebsachse angeordnet ist. Der erste Drehzahlsensor ist zum Übertragen der ermittelten Drehzahl mit der Motorsteuerungseinheit datenkommunizierend gekoppelt.
  • Ein Antriebssystem ist im Sinne der Erfindung ein System eines Kraftfahrzeugs, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments weist das Antriebssystem mindestens einen Elektromotor auf. Das Antriebssystem kann erfindungsgemäß auch zwei oder mehr Elektromotoren aufweisen. Der Elektromotor ist beispielsweise als Asynchronmotor ausgebildet. Vorzugsweise ist das Antriebssystem auch zum Verzögern bzw. Abbremsen des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Vorzugsweise ist der Elektromotor als Generator betreibbar, so dass das Kraftfahrzeug durch den Elektromotor abbremsbar ist, wobei kinetische Energie des Kraftfahrzeugs mittels des im Generatorbetrieb betriebenen Elektromotors in elektrische Energie umwandelbar ist. Dieser Vorgang wird auch als Rekuperation bezeichnet. Die hierbei zurückgewonnene elektrische Energie ist beispielsweise in einem Energiespeicher bzw. einer Batterie des Kraftfahrzeugs speicherbar.
  • Die Antriebsachse ist zur Übertragung des vom Elektromotor erzeugten Antriebsdrehmoments an Räder des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Vorzugsweise ist die Antriebsachse auch zum Übertragen eines Bremsmoments vom Elektromotor auf die Räder ausgebildet, um somit das Rekuperieren kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs durch den Elektromotor zu ermöglichen. Das Antriebssystem kann erfindungsgemäß auch mehrere, insbesondere zwei, Antriebsachsen aufweisen, wobei vorzugsweise mit jeder Antriebsachse mindestens ein Elektromotor mechanisch gekoppelt ist. Alternativ kann beispielsweise der Verbrennungsmotor mit einer ersten Antriebsachse, z.B. einer Vorderachse, und ein Elektromotor mit einer zweiten Antriebsachse, z.B. einer Hinterachse, mechanisch gekoppelt sein.
  • Die Motorsteuerungseinheit ist zum Steuern des Elektromotors ausgebildet. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Steuern des Elektromotors auch ein Regeln des Elektromotors umfasst. Zum gezielten Steuern des Elektromotors ist insbesondere bei Asynchronmotoren die Bestimmung einer Drehzahl eines Rotors des Elektromotors von großer Bedeutung, da beim Betreiben des Asynchronmotors ein sogenannter „Schlupf“ zwischen dem Rotor und einem rotierenden Erregerfeld eines Stators des Elektromotors auftritt. Eine Rotordrehzahl ist bei einem angetriebenen Rotor stets kleiner als eine Erregerfelddrehzahl des Stators. Die Motorsteuerungseinheit ist somit ausgebildet, auf Basis der ermittelten Rotordrehzahl das Erregerfeld zu steuern und somit auch bei veränderlichen Lastzuständen die Rotordrehzahl einer Soll-Rotordrehzahl anzupassen bzw. auf dieser zu halten.
  • Der erste Drehzahlsensor ist zum Messen der Antriebsachsendrehzahl ausgebildet. Zur Gewährleistung dieser Funktion ist der erste Drehzahlsensor im Bereich der Antriebsachse angeordnet. Unter der Antriebsachsendrehzahl wird erfindungsgemäß auch eine Raddrehzahl verstanden, sofern die Räder drehsynchron mit der Antriebsachse mechanisch gekoppelt sind. Somit wird ihm Rahmen der Erfindung ein Messen der Raddrehzahl mit einem Messen der Antriebsachsendrehzahl gleichgesetzt. Erfindungsgemäß kann die Antriebsachsendrehzahl auch indirekt durch ein Messen einer Drehzahl an einem Getriebe, welches den Elektromotor mit der Antriebsachse mechanisch koppelt, erfolgen. In jedem dieser Fälle ist der erste Drehzahlsensor zur Messung von Drehzahlen außerhalb des Elektromotors ausgebildet.
  • Zum Übermitteln der gemessenen Antriebsachsendrehzahl ist der erste Drehzahlsensor datenkommunizierend mit der Motorsteuerungseinheit gekoppelt. Das Besondere an einer derartigen Kopplung ist, dass Motorsteuerungseinheiten üblicherweise mit Drehzahlsensoren gekoppelt sind, welche zur direkten Messung der Rotordrehzahl ausgebildet sind. Mittels einer erfindungsgemäßen datenkommunizierenden Kopplung ist die Motorsteuerungseinheit mit extern vom Elektromotor gewonnenen Messdaten versorgbar, wobei diese Messdaten, nämlich die Antriebsachsendrehzahlen, aufgrund eines definierten Drehzahlverhältnisses zwischen dem Rotor des Elektromotors und der Antriebsachse zur bedarfsgerechten Steuerung des Elektromotors verwendbar sind. Mit anderen Worten ist aus der gemessenen Antriebsachsendrehzahl die Rotordrehzahl leicht bestimmbar, beispielsweise mittels der Motorsteuerungseinheit. Somit steht der Motorsteuerungseinheit stets die aktuelle Rotordrehzahl zur Verfügung, ohne dass hierfür eine direkte Messung der Rotordrehzahl erforderlich ist.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem hat gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen den Vorteil, dass die zum Steuern des Elektromotors erforderliche Rotordrehzahl durch das Messen der Antriebsachsendrehzahl ermittelbar ist. Ein für das Ermitteln der Antriebsachsendrehzahl erforderlicher erster Drehzahlsensor ist weniger komplex sowie kostengünstiger und im Falle eines Defekts leichter austauschbar als ein zum Messen der Rotordrehzahl ausgebildeter Drehzahlsensor. Somit können Herstellungs- sowie Wartungs- und Reparaturkosten eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystems reduziert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Antriebssystem vorgesehen sein, dass das Antriebssystem ein Getriebe mit statischem Übersetzungsverhältnis zum Übertragen des Antriebsdrehmoments vom Elektromotor auf die Antriebsachse aufweist. Das Getriebe ist vorzugsweise in einem Antriebsdrehmomentfluss zwischen dem Elektromotor und dem ersten Drehzahlsensor angeordnet. Bei einem Getriebe mit statischem Übersetzungsverhältnis ist ein Drehzahlverhältnis zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang konstant. Ein solches Getriebe weist beispielsweise zwei Zahnräder mit unterschiedlichen Durchmessern auf, welche miteinander kämmen und somit zur Übertragung des Antriebsmoments bzw. Bremsmoments sowie je nach Betrachtungsweise zur Drehzahlübersetzung bzw. -untersetzung ausgebildet sind. Derartige Getriebe sind bei elektromotorisch betriebenen Antriebssystemen von Vorteil, da die hierfür verwendeten Elektromotoren ein hohes Drehzahlspektrum aufweisen und somit keine aufwändigen schaltbaren Getriebe erforderlich sind. Ferner hat ein statisches Übersetzungsverhältnis den Vorteil, dass die gemessene Antriebsachsendrehzahl zur Ermittlung der Rotordrehzahl stets mit einer konstanten Zahl multipliziert werden muss.
  • Es ist bevorzugt, dass das Antriebssystem keinen zweiten Drehzahlsensor aufweist, welcher zum Messen einer Rotordrehzahl eines Rotors des Elektromotors ausgebildet sowie im Bereich des Rotors angeordnet ist. Ein derartiger zweiter Drehzahlsensor ist erfindungsgemäß nicht erforderlich, da die Bestimmung der Rotordrehzahl durch Messen der Antriebsachsendrehzahl und eine entsprechende Berechnung erfolgen kann. Somit werden Kosten für Sensorik und demnach für die Herstellung des Elektromotors, welcher keinen zweiten Drehzahlsensor aufweist, eingespart.
  • Vorzugsweise weist der erste Drehzahlsensor eine erste Datenschnittstelle zum Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl an eine Kontrolleinheit eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs auf. Die erste Datenschnittstelle ermöglicht vorzugsweise eine kabelgebundene Datenübertragung. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Datenschnittstelle auch zur kabellosen Datenübertragung ausgebildet sein. Eine solche erste Datenschnittstelle ermöglicht, dass die gemessene Antriebsachsendrehzahl neben der Motorsteuerungseinheit auch einer Kontrolleinheit eines Fahrerassistenzsystems, wie z.B. Antiblockiersystem (ABS), elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder dergleichen, zur Verfügung gestellt werden kann. Diese Fahrerassistenzsysteme benötigen somit keine weiteren Drehzahlsensoren. Dies hat den Vorteil, dass Redundanzen von Drehzahlsensoren vermieden und somit Herstellungskosten des Antriebssystems reduziert sind.
  • Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Motorsteuerungseinheit eine zweite Datenschnittstelle zum Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl an eine Kontrolleinheit eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Antriebssystem kann die zweite Datenschnittstelle zusätzlich oder alternativ zur ersten Datenschnittstelle aufweisen. Die zweite Datenschnittstelle ermöglicht vorzugsweise eine kabelgebundene Datenübertragung. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Datenschnittstelle auch zur kabellosen Datenübertragung ausgebildet sein. Die vom ersten Drehzahlsensor übertragene Antriebsachsendrehzahl ist somit an die Motorsteuerungseinheit übermittelbar und von dieser über die zweite Datenschnittstelle beispielsweise an die Kontrolleinheit weiterleitbar. Zusätzlich kann die Motorsteuerungseinheit ausgebildet sein, die aus der gemessenen Antriebsachsendrehzahl ermittelte Rotordrehzahl über die zweite Datenschnittstelle an die Kontrolleinheit zu übermitteln.
  • Weiter bevorzugt weist das Antriebssystem das Fahrerassistenzsystem auf, wobei das Fahrerassistenzsystem als Antiblockiersystem und/oder elektronisches Stabilitätsprogramm ausgebildet ist. Das Fahrerassistenzsystem ist somit ein integraler Bestandteil des Antriebssystems. Das Antiblockiersystem und/oder elektronisches Stabilitätsprogramm sind vorzugsweise zum gezielten Bremsen der Räder und/oder zum Drosseln des Elektromotors ausgebildet. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Motorsteuereinheit und Kontrolleinheit zusammengefasst sind. Ein integriertes Fahrerassistenzsystem hat den Vorteil, dass die Bereitstellung der gemessenen Antriebsachsendrehzahl bzw. der ermittelten Rotordrehzahl an die Kontrolleinheit verbessert ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes Antriebssystem auf. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist dieselben Vorteile wie bereits voranstehend bezüglich des erfindungsgemäßen Antriebssystems beschrieben sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Vorteil, dass die zum Steuern des Elektromotors erforderliche Rotordrehzahl durch das Messen der Antriebsachsendrehzahl ermittelbar ist. Ein für das Ermitteln der Antriebsachsendrehzahl erforderlicher erster Drehzahlsensor ist weniger komplex sowie kostengünstiger und im Falle eines Defekts leichter austauschbar als ein zum Messen der Rotordrehzahl ausgebildeter Drehzahlsensor. Somit können Herstellungs- sowie Wartungs- und Reparaturkosten des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    • - Messen der Antriebsachsendrehzahl der Antriebsachse des Kraftfahrzeugs mittels des ersten Drehzahlsensors,
    • - Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl an die Motorsteuerungseinheit des Antriebssystems, und
    • - Steuern des Elektromotors auf Basis der übertragenen Antriebsachsendrehzahl mittels der Motorsteuerungseinheit.
  • Erfindungsgemäß kann unter dem Steuern des Elektromotors auch ein Regeln des Elektromotors verstanden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend bezüglich des erfindungsgemäßen Antriebssystems sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass zum Steuern des Elektromotors die Antriebsachsendrehzahl gemessen und als Grundlage verwendet wird. Ein für das Ermitteln der Antriebsachsendrehzahl erforderlicher erster Drehzahlsensor ist weniger komplex sowie kostengünstiger und im Falle eines Defekts leichter austauschbar als ein zum Messen der Rotordrehzahl ausgebildeter Drehzahlsensor. Somit können Herstellungs- sowie Wartungs- und Reparaturkosten eines zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Antriebssystems reduziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird die vom ersten Drehzahlsensor gemessene Antriebsachsendrehzahl an die Kontrolleinheit eines Fahrerassistenzsystems übertragen, wobei mittels der Kontrolleinheit auf Basis der übertragenen Antriebsachsendrehzahl Radbremsen des Kraftfahrzeugs gesteuert und/oder der Elektromotor gedrosselt werden. Im Rahmen der Erfindung kann zusätzlich zur Antriebsachsendrehzahl auch die mittels der Motorsteuerungseinheit ermittelte Rotordrehzahl an die Kontrolleinheit übermittelt werden. Bei konstantem bzw. definiertem Übersetzungsverhältnis von Rotor und Antriebsachse ist bei bekannter Antriebsachsendrehzahl die Rotordrehzahl stets definiert und leicht ermittelbar. Ein Übertragen der Antriebsachsendrehzahl bzw. Rotordrehzahl an die Kontrolleinheit hat den Vorteil, dass die Anzahl erforderlicher Drehzahlsensoren zum Betrieb des Elektromotors und Fahrerassistenzsystems reduziert und somit Herstellungskosten des Antriebssystems bzw. Kraftfahrzeugs reduziert sind.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass aus der gemessenen Antriebsachsendrehzahl sowie einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Rotor und der Antriebsachse mittels der Motorsteuerungseinheit die Rotordrehzahl ermittelt wird. Die Ermittlung der Rotordrehzahl durch die Motorsteuerungseinheit hat den Vorteil, dass die Steuerung des Elektromotors auf herkömmliche Weise, nämlich auf Basis der Rotordrehzahl, erfolgen kann. Ferner kann somit die Rotordrehzahl an die Kontrolleinheit des Fahrerassistenzsystems bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere bei der Anbindung eines Fahrerassistenzsystems, welches zum Operieren auf Basis der Rotordrehzahl ausgebildet ist, von Vorteil.
  • Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
    • 2 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
    • 3 in einem Ablaufdiagramm 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 bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug 2 (vgl. 2) schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Antriebssystem 1 weist einen Elektromotor 3 mit einer Motorsteuerungseinheit 6 auf, wobei ein Rotor 9 des Elektromotors 3 mit einer Rotordrehzahl nr betreibbar ist. Der Rotor 9 ist über ein Getriebe 8 des Antriebssystems 1, welches vorzugsweise als einstufiges, nicht schaltbares Getriebe 8 ausgebildet ist, mit einer Antriebsachse 4 des Antriebssystems 1 mechanisch gekoppelt. Ein Getriebeeingang 8a des Getriebes 8 ist mit dem Rotor 9 drehfest mechanisch gekoppelt, ein Getriebeausgang 8b des Getriebes 8 ist mit der Antriebsachse 4 drehfest mechanisch gekoppelt. An entgegengesetzten Enden der Antriebsachse 4 ist jeweils ein Rad 5 angeordnet. Ein vom Elektromotor 3 erzeugtes Antriebsmoment ist somit vom Rotor 9 über das Getriebe 8 auf die Antriebsachse 4 und von dieser auf die Räder 5 übertragbar. Entsprechend ist ein Fahrtmoment des rollenden Kraftfahrzeugs 2 zum Rekuperieren kinetischer Energie von den Rädern 5 über die Antriebsachse 4 und das Getriebe 8 auf den Rotor 9 des Elektromotors 3 übertragbar. Ein Drehzahlverhältnis einer Antriebsachsendrehzahl na und der Rotordrehzahl nr ist durch ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 8 festgelegt, so dass auf Basis der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na die Rotordrehzahl nr leicht ermittelbar ist, nämlich durch Multiplikation mit dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 8.
  • An der Antriebsachse 4 ist ein erster Drehzahlsensor 7 zum Messen der Antriebsachsendrehzahl na angeordnet. Der erste Drehzahlsensor ist zur Übermittlung der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na mit der Motorsteuerungseinheit 6 mittels einer als Kabel ausgebildeten Datenleitung 14 elektrisch gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Funkverbindung zur Übermittlung der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na an die Motorsteuerungseinheit 6 vorgesehen sein. Der erste Drehzahlsensor 7 weist eine erste Datenschnittstelle 10 zur Übermittlung der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na an eine Kontrolleinheit 11 eines Fahrerassistenzsystems 12, wie z.B. eines Antiblockiersystems oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms, auf. Die Motorsteuerungseinheit 6 weist eine zweite Datenschnittstelle 13 zur Übermittlung der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na und der ermittelten Rotordrehzahl nr an die Kontrolleinheit 11 auf. Somit sind auf Basis der von dem ersten Drehzahlsensor 7 gemessenen Antriebsachsendrehzahl na der Elektromotor 3 sowie das Fahrerassistenzsystem 12 betreibbar, ohne dass hierfür zusätzliche Drehzahlsensoren erforderlich sind.
  • In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Das Antriebssystem 1 realisiert in dieser Ausführungsform einen Frontantrieb und ist in dieser Abbildung schematisch durch ein gestricheltes Rechteck symbolisiert. Die einzelnen Komponenten des Antriebssystems 1 sind bis auf die Räder 5 in dieser Abbildung nicht erkennbar.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die Antriebsachsendrehzahl na mittels des ersten Drehzahlsensors 7 des Antriebssystems 1 gemessen. Die Messung kann beispielsweise direkt an der Antriebsachse 4, am Rad 5 oder am Getriebeausgang 8b erfolgen, da Getriebeausgangsdrehzahl, Raddrehzahl und Antriebsachsendrehzahl na einander vom Betrag her entsprechen oder zumindest proportional zueinander sind. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird die gemessene Antriebsachsendrehzahl na über die Datenleitung 14 an die Motorsteuerungseinheit 6 übermittelt. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird die Rotordrehzahl nr mittels der Motorsteuerungseinheit 6 aus der gemessenen Antriebsachsendrehzahl na und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes 8 bzw. einer Drehzahldifferenz von Getriebeeingang 8a und Getriebeausgang 8b ermittelt bzw. berechnet. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird der Elektromotor 3 auf Basis der übertragenen Antriebsachsendrehzahl na und/oder ermittelten Rotordrehzahl nr mittels der Motorsteuerungseinheit 6 gesteuert bzw. geregelt. Eine Steuerung bzw. Regelung des Elektromotors 3 erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Rotordrehzahl nr einer vorgegebenen SOLL-Rotordrehzahl durch entsprechendes Ansteuern es Elektromotors 3 mittels der Motorsteuerungseinheit 6 angepasst wird. Das Verfahren wird vorzugsweise wiederholt ausgeführt, um eine kontinuierliche Steuerung bzw. Regelung des Elektromotors 3 auf Basis stets aktueller Antriebsachsendrehzahlen na bzw. Rotordrehzahlen nr mittels der Motorsteuerungseinheit 6 zu ermöglichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebssystem
    2
    Kraftfahrzeug
    3
    Elektromotor
    4
    Antriebsachse
    5
    Rad
    6
    Motorsteuerungseinheit
    7
    erster Drehzahlsensor
    8
    Getriebe
    9
    Rotor
    10
    erste Datenschnittstelle
    11
    Kontrolleinheit
    12
    Fahrerassistenzsystem
    13
    zweite Datenschnittstelle
    14
    Datenleitung
    100
    erster Verfahrensschritt
    200
    zweiter Verfahrensschritt
    300
    dritter Verfahrensschritt
    400
    vierter Verfahrensschritt
    na
    Antriebsachsendrehzahl
    nr
    Rotordrehzahl

Claims (9)

  1. Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend einen Elektromotor (3) zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (2), eine Antriebsachse (4) zum Übertragen des Antriebsdrehmoments an Räder (5) des Kraftfahrzeugs (2), eine Motorsteuerungseinheit (6) zum Steuern des Elektromotors (3) und einen ersten Drehzahlsensor (7) zum Ermitteln einer Drehzahl des Antriebssystems (1), wobei der erste Drehzahlsensor (7) zum Messen einer Antriebsachsendrehzahl (na) der Antriebsachse (4) des Antriebssystems (1) ausgebildet ist, wobei der erste Drehzahlsensor (7) zum Messen der Antriebsachsendrehzahl (na) im Bereich der Antriebsachse (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehzahlsensor (7) zum Übertragen der ermittelten Antriebsachsendrehzahl (na) mit der Motorsteuerungseinheit (6) datenkommunizierend gekoppelt ist und dass die Motorsteuerungseinheit (6) eine zweite Datenschnittstelle (13) zum Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl (na) an eine Kontrolleinheit (11) eines Fahrerassistenzsystems (12) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.
  2. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) ein Getriebe (8) mit statischem Übersetzungsverhältnis zum Übertragen des Antriebsdrehmoments vom Elektromotor (3) auf die Antriebsachse (4) aufweist.
  3. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) keinen zweiten Drehzahlsensor aufweist, welcher zum Messen einer Rotordrehzahl (nr) eines Rotors (9) des Elektromotors (3) ausgebildet sowie im Bereich des Rotors (9) angeordnet ist.
  4. Antriebssystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehzahlsensor (7) eine erste Datenschnittstelle (10) zum Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl (na) an eine Kontrolleinheit (11) eines Fahrerassistenzsystems (12) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.
  5. Antriebssystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerungseinheit (6) die zweite Datenschnittstelle (13) zum Übertragen der ermittelten Rotordrehzahl (nr) an eine Kontrolleinheit (11) eines Fahrerassistenzsystems (12) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.
  6. Antriebssystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) das Fahrerassistenzsystem (12) aufweist, wobei das Fahrerassistenzsystem (12) als Antiblockiersystem und/oder elektronisches Stabilitätsprogramm ausgebildet ist.
  7. Kraftfahrzeug (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (2) ein Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeugs (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend die folgenden Schritte: - Messen der Antriebsachsendrehzahl (na) der Antriebsachse (4) des Kraftfahrzeugs (2) mittels des ersten Drehzahlsensors (7), - Übertragen der gemessenen Antriebsachsendrehzahl (na) an die Motorsteuerungseinheit (6) des Antriebssystems (1), und - Steuern des Elektromotors (3) auf Basis der übertragenen Antriebsachsendrehzahl (na) mittels der Motorsteuerungseinheit (6), dadurch gekennzeichnet, dass die vom ersten Drehzahlsensor (7) gemessene Antriebsachsendrehzahl (na) an eine Kontrolleinheit (11) eines Fahrerassistenzsystems (12) übertragen wird, wobei mittels der Kontrolleinheit (11) auf Basis der übertragenen Antriebsachsendrehzahl (na) Radbremsen des Kraftfahrzeugs (2) gesteuert und/oder der Elektromotor (3) gedrosselt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Antriebsachsendrehzahl (na) sowie einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Rotor (9) und der Antriebsachse (4) mittels der Motorsteuerungseinheit (6) die Rotordrehzahl (nr) ermittelt wird.
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