DE102018202182A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung, Steuerung, Antriebsstrang und Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung in einem Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (1) wenigstens zwei Antriebsmaschinen (3, 6) aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine (3) für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine (6) für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst:
Ermitteln (27) eines Lastverteilungskennfeldes, das auf einem ersten Wirkungsgradkennfeld der ersten Antriebsmaschine und einem zweiten Wirkungsgradkennfeld der zweiten Antriebsmaschine basiert.
Ermitteln (27) eines Lastverteilungskennfeldes, das auf einem ersten Wirkungsgradkennfeld der ersten Antriebsmaschine und einem zweiten Wirkungsgradkennfeld der zweiten Antriebsmaschine basiert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung, eine Steuerung, einen Antriebsstrang und ein Kraftfahrzeug.
- Bei elektrisch oder auch hybridisch betriebenen (Kraft-)Fahrzeugen mit mehr als einem Fahrmotor bzw. Antriebsmotor, z. B. einen Vorder- und Hinterachsantrieb, gibt es einen Freiheitsgrad der Lastverteilung zwischen den verschiedenen Antriebsmotoren. Die Lastverteilung kann entweder derart gestaltet sein, dass das Fahrzeug eine maximale Fahrperformance hat (z. B. Beschleunigung im Bereich von 0-100 km/h) oder dass das Fahrzeug einen minimalen Verbrauch von Kraftstoff, elektrischer Energie oder dergleichen erreicht.
- Allgemein ist es bekannt, dass der Fahrer des Fahrzeugs einen Betriebsmodus einstellt, bei dem die Lastverteilung entsprechend gesteuert wird, z. B. Sportmodus, bei dem die Lastverteilung für maximale Fahrperformance eingestellt wird, oder einen „Eco-Modus“, bei dem die Lastverteilung für eine optimale Effizienz eingestellt wird.
- Außerdem ist auch eine durch Schlupf beeinflusste Lastverteilung bekannt, wobei z. B. bei erkanntem Schlupf (z. B. bei nasser Straße) der Allradbetrieb eingeschaltet wird.
- Diese Lösungen stellen allerdings nur eine einfache Lastverteilung bereit, die im Allgemeinen nur einen festen Wert zur Verteilung der Last beinhaltet.
- Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 1ß0 2004 043 589 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Antriebsleistungsverteilung in einem Hybrid-Antriebsstrang eines Fahrzeugs bekannt. In Abhängigkeit der Fahrweise, z. B. dynamisch oder ökonomisch, wird ein Soll-Ladezustand eines Energiespeichers bestimmt und in Abhängigkeit des Soll-Ladezustandes wird ein Betriebsfall des Antriebsstrangs bestimmt. Basierend auf dem Soll-Ladezustand und dem Betriebsfall wird dann eine Soll-Antriebsleistung für eine Elektromaschine des Antriebsstrangs ermittelt. Im Anschluss daran wird die Soll-Antriebsleistung für eine Brennkraftmaschine und die Elektromaschine in Abhängigkeit der elektrisch möglichen Soll-Antriebsleistung ermittelt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass ein Gesamtwirkungsgrad bei der Lastverteilung nicht berücksichtigt wird.
- Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2008 037 241 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Antriebsstrangregelung für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb. Eine Kaskadenregelung regelt den Antriebsstrang leistungsbasiert. Dazu wird ein einer ersten Ebene eine angeforderte Radsollleistung mittels einer aus einem kennfeldbasierten Antriebsstrangmodell ermittelten Radistleistung korrigiert. Dann wird in einer zweiten Ebene die korrigierte Radistleistung einer Leistungsverteilung zugeführt, die die korrigierte Radistleistung in eine Verbrennungsmotorsollleistung und eine Elektromotorsollleistung aufteilt und daraus einen jeweiligen Arbeitspunkt einer Kupplung eines Getriebes ableitet. In einer dritten Ebene wird dann z. B. die Drehzahl oder das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine und der Elektromaschine entsprechend geregelt. Nachteilig daran ist, dass dieses Verfahren keine effizienzorientierte Lastverteilung ermöglicht. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung, eine Steuerung für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
- Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1, die Steuerung nach Anspruch 11, den Antriebsstrang nach Anspruch 12 und das Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst.
- Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereit, wobei der Antriebsstrang wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln eines Lastverteilungskennfeldes, das auf einem ersten Wirkungsgradkennfeld der ersten Antriebsmaschine und einem zweiten Wirkungsgradkennfeld der zweiten Antriebsmaschine basiert.
- Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereit, wobei der Antriebsstrang wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei die Steuerung zum Ausführen des Verfahrens nach dem ersten Aspekt eingerichtet ist.
- Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug bereit, wobei der Antriebsstrang wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, und wobei der Antriebsstrang eine Steuerung umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
- Gemäß einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang nach dem dritten Aspekt bereit.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, umfasst das Ermitteln eines Lastverteilungskennfeldes, das auf einem ersten Wirkungsgradkennfeld der ersten Antriebsmaschine und einem zweiten Wirkungsgradkennfeld der zweiten Antriebsmaschine basiert.
- Das Kraftahrzeug kann ein Elektrofahrzeug sein, aber auch ein Hybrid-Fahrzeug, welches bspw. neben einer Elektromaschine eine innere Verbrennungskraftmaschine, wie einen Benzinmotor, Dieselmotor oder Gasmotor aufweisen kann.
- Die erste Antriebsmaschine ist für den Vorderantrieb vorgesehen und kann, bspw. über ein Getriebe und/oder eine Kupplung, eine Vorderachse antreiben oder ein Vorderrad. Dementsprechend ist die erste Antriebsmaschine auch bei manchen Ausführungsbeispielen als Radnabenmotor oder dergleichen ausgestaltet und kann ein Vorderrad direkt antreiben.
- Die zweite Antriebsmaschine ist für den Hinterantrieb vorgesehen und kann bspw. über ein Getriebe und/oder eine Kupplung, eine Hinterachse antreiben oder ein Hinterrad.
- Dementsprechend ist die zweite Antriebsmaschine auch bei manchen Ausführungsbeispielen als Radnabenmotor oder dergleichen ausgestaltet und kann ein Hinterrad direkt antreiben.
- Auch wenn in der folgenden Beschreibung von einer Vorderachse und einer Hinterachse die Rede ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Fahrzeuge mit zwei Achsen beschränkt, sondern manche Ausführungsbeispiele betreffen auch Fahrzeuge mit mehr als zwei Achsen.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die erste Antriebsmaschine eine Leistung, die geringer ist als die Leistung der zweiten Antriebsmaschine, ohne dass die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht beschränkt ist und bei anderen Ausführungsbeispielen ist es genau umgekehrt.
- Das erste bzw. Wirkungsgradkennfeld enthält Werte, welche den Wirkungsgrad der ersten bzw. zweiten Antriebsmaschine bei verschiedenen Betriebspunkten repräsentieren. Dabei muss das Wirkungsgradkennfeld nicht explizite Wirkungsgradwerte enthalten, sondern es kann auch Werte enthalten, die direkt oder indirekt indikativ für einen Wirkungsgrad sind. Zum Beispiel kann das erste bzw. zweite Wirkungsgradkennfeld auch Werte enthalten, die jeweils einen Leistungsverlust bei einem zugehörigen Betriebspunkt darstellten. Außerdem kann das Wirkungsgradkennfeld Werte enthalten, die durch Umrechnung entstanden sind und daher nur indirekt indikativ für ein Wirkungsgrad bei bestimmten Betriebspunkten sind. Ferner kann der Betriebspunkt durch verschiedene Werte im Wirkungsgradkennfeld dargestellt werden, z. B. durch Drehzahl, abgegebene Leistung, aufgenommen Leistung, abgegebenes Drehmoment, etc.
- Das Lastverteilungskennfeld kann durch Auslesen aus einem (flüchten oder Festwert-) Speicher, durch Empfangen über einen Datenbus, über ein Netzwerk oder dergleichen ermittelt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird das Lastverteilungskennfeld auch durch Berechnung ermittelt, wobei die Berechnung auf dem ersten und dem zweiten Wirkungsgradkennfeld basiert.
- Das Lastverteilungskennfeld enthält Werte, die eine Verteilung der Last auf die ersten und die zweite Antriebsmaschine ermöglichen, sodass insgesamt ein optimaler (Gesamt-)Wirkungsgrad am Antriebsstrang erreicht wird, wenn die erste und die zweite Antriebsmaschine entsprechend gesteuert werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Lastverteilungskennfeld dreidimensional, wobei es in Abhängigkeit einer Drehzahl und eines (Gesamt-)Antriebsmoments eine zugehörige Verteilung der Last auf die erste bzw. zweite Antriebsmaschine angibt. Auch hier können die Werte direkte oder indirekte Werte sein, die bspw. durch eine Umformung von Drehzahl-, Momenten und/oder Lastverteilungswerten entstanden sind. Durch die wirkungsgradoptimale Lastverteilung kann eine Verbrauchsverringerung bzw. Reichweitenverbesserung erreicht werden.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen basiert das Lastverteilungskennfeld auf einem ersten und einem zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeld bzw. wird auf Grundlage des ersten und zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfelds ermittelt, wobei das erste Achsen-Wirkungsgradkennfeld auf Grundlage des ersten Wirkungsgradkennfeldes ermittelt wird und das zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld auf Grundlage des zweiten Wirkungsgradkennfeldes ermittelt wird. Das erste bzw. zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld kann durch Einbeziehung von weiteren Parametern ermittelt werden, die einen Verlust auf dem Weg von der ersten bzw. Antriebsmaschine zur Achs- bzw. Raddrehung erzeugen können. Zum Beispiel ist bei manchen Ausführungsbeispielen ein erstes Getriebe für die erste Antriebsmaschine und ein zweites Getriebe für die zweite Antriebsmaschine vorgesehen. Bei der Ermittlung des ersten bzw. zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes wird nun der Wirkungsgradverlust berücksichtigt, der sich durch das erste bzw. zweite Getriebe ergibt. Bei manchen Ausführungsbeispielen können auch noch weitere Faktoren berücksichtigt werden, die den Wirkungsgrad beeinflussen können, wie bspw. Reibungsverluste in Radlagern, Achslagern und dergleichen. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden bei Vorliegen verschiedener Getriebeübersetzungen (z.B. infolge von verschiedenen maximalen Antriebsmaschinendrehzahlen) die verschiedenen Getriebeübersetzungen für das erste bzw. Achsen-Wirkungsgradkennfeld berücksichtigt. Außerdem können auch ein Getriebeverlust und/oder ein Lagerverlust oder dergleichen berücksichtigt werden. Damit stellt insgesamt die Verwendung des ersten bzw. zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes eine verbesserte Genauigkeit bereit, sodass insgesamt der Wirkungsgrad weiter optimiert werden kann.
- Auch hier gilt wieder, dass das erste/zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld direkt oder indirekt indikativ für den Wirkungsgrad sein kann und bspw. auch Leistungsverlustwerte oder dergleichen enthalten kann.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen beruht das Lastverteilungskennfeld auf der Berechnung von Linearkombinationen des ersten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes und des zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes in Abhängigkeit des Antriebsmoments der ersten Antriebsmaschine und der zweiten Antriebsmaschine, wobei bei manchen Ausführungsbeispielen das Verfahren diese Berechnung enthält, wobei Linearkombinationen des ersten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes und des zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes ermittelt werden können, bei denen der Gesamtwirkungsgrad maximal ist. Dadurch ist es möglich, für verschiedene (Gesamt-)Achsenmomente Lastverteilungen zu ermitteln, bei denen der optimale Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen werden die Linearkombinationen für eine Vielzahl von vorgegebenen Drehzahlen ermittelt, wodurch für die Vielzahl von vorgegebenen Drehzahlen ermittelt wird, bei welcher Verteilung von Antriebsmomenten auf die erste bzw. zweite Antriebsmaschine, der optimale Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen wird das Lastverteilungskennfeld für eine Vielzahl von vorgegebenen Momenten und eine Vielzahl von vorgegebenen Drehzahlen ermittelt. Daher steht bei manchen Ausführungsbeispielen das Lastverteilungskennfeld für alle möglichen Betriebspunkte des Fahrzeugs zur Verfügung.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen werden die erste und zweite Antriebsmaschine basierend auf dem Lastverteilungskennfeld gesteuert, sodass insgesamt ein optimaler Gesamtwirkungsgrad erzielt wird, indem die Last optimal zwischen der ersten Antriebsmaschine und der zweiten Antriebsmaschinen verteilt wird. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Last optimal auf Vorder- und Hinterachse verteilt (oder bei anderen Antriebstopologie entsprechend).
- Die Lastverteilung wird bei manchen Ausführungsbeispielen entsprechend durch ein Fahrzeugsteuergerät (oder Steuerung) eingestellt.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen wird das erste Wirkungsgradkennfeld durch Ausmessen der ersten Antriebsmaschine bestimmt und/oder das zweite Wirkungsgradkennfeld durch Ausmessen der zweiten Antriebsmaschine bestimmt wird. Dazu können das Fahrzeug oder auch die einzelnen Antriebsmaschinen auf einem Messstand durchgemessen werden, um bspw. Leistungsverluste in Abhängigkeit der Drehzahl, des abgegebenen Moments oder dergleichen zu ermitteln, sodass darauf basierend das erste bzw. zweite Wirkungsgradkennfeld ermittelt werden kann. Dadurch kann das Wirkungsgradkennfeld besonders genau ermittelt werden.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen ist eine feste Lastverteilung gemäß dem Lastverteilungskennfeld zwischen der ersten und der zweiten Antriebsmaschine vorgesehen, wobei bei anderen eine dynamisch verstellbare Lastverteilung zwischen den Antriebsmaschinen gemäß dem Lastverteilungskennfeld vorgesehen ist.
- Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Steuerung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang, wie ausgeführt, wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei die Steuerung zum Ausführen des Verfahrens, wie ausgeführt, eingerichtet ist.
- Die Steuerung ist hier funktional zu verstehen und sie kann bspw. Steuerelemente einer Motorsteuerung, eines Hybridkoordinators, eines Batteriemanagementsystems, eines Fahrzeugsteuergeräts und dergleichen umfassen. Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Steuerung einen oder mehrere (Mikro-)Prozessoren, Logikschaltungen und dergleichen, eine flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Speicher, in dem bspw. Daten, die für das Verfahren benötigt werden, abgespeichert sind, eine Schnittstelle zur Kommunikation mit anderen Elementen des Fahrzeugs, z. B. die erste und zweite Antriebsmaschine, etc.
- Manche Ausführungsbeispiele betreffen einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, und wobei der Antriebsstrang eine Steuerung umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren, wie ausgeführt, auszuführen
- Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Antriebsstrang weiter eine Vorderachse und eine Hinterachse, wobei die erste Antriebsmaschine dazu eingerichtet ist, die Vorderachse anzutreiben und die zweite Antriebsmaschine dazu eingerichtet ist, die Hinterachse anzutreiben, wie auch schon weiter oben ausgeführt wurde.
- Bei manchen Ausführungsbeispielen, ist, wie auch schon oben ausgeführt, die erste Antriebsmaschine eine elektrische Maschine ist und/oder wobei die zweite Antriebsmaschine eine elektrische Maschine. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine eine Asynchronmaschine oder eine permanent erregte Synchronmaschine oder dergleichen sein.
- Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, wie ausgeführt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
-
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrang veranschaulicht; -
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Steuerung veranschaulicht; -
3 schematisch ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Lastverteilung darstellt; -
4 die Linearkombinationen von Achsen-Wirkungsgradkennfeldern veranschaulicht; -
5 Optimalverteilungen für eine Lastverteilung veranschaulicht; -
6 einen Bereich einer Lastpunktverschiebung in der Darstellung von6 veranschaulicht; -
7 ein Kennfeld für die Auslastung eines Hinterachsenantriebs veranschaulicht; -
8 ein Kennfeld für die Auslastung eines Vorderachsenantriebs veranschaulicht; -
9 ein Kennfeld für den Momentenanteil des Hinterachsenantriebs veranschaulicht; und -
10 ein Kennfeld für den Momentenanteil des Vorderachsenantriebs veranschaulicht. - Ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs
1 mit einem Antriebsstrang2 ist in1 schematisch veranschaulicht. - Der Antriebsstrang
2 hat eine erste Antriebsmaschine3 , die eine elektrische Maschine ist und als Vorder(achsen)antrieb ausgestaltet ist. Die erste Antriebsmaschine3 treibt über ein erstes Getriebe4 eine Vorderachse5 des Antriebsstrangs2 an. - Der Antriebsstrang
2 hat außerdem eine zweite Antriebsmaschine6 , die eine elektrische Maschine ist und als Hinter(achsen)antrieb ausgestaltet ist. Die zweite Antriebsmaschine6 treibt über ein zweites Getriebe7 eine Hinterachse8 des Antriebsstrangs2 an. - Ein als Lithium-Ionen-Hochvolt-Batterie ausgebildeter elektrischer Energiespeicher
9 ist über ein Hochvolt-Bordnetz10 mit der ersten Antriebsmaschine3 und der zweiten Antriebsmaschine6 verbunden. Der elektrische Energiespeicher9 hat bspw. 96 Lithium-Ionen-Zellen und ein integriertes Batteriemanagementsystem. Außerdem ist ein erster elektrischer Leistungswandler11 zwischen der ersten Antriebsmaschine3 und dem elektrischen Energiespeicher9 gekoppelt und ein zweiter elektrischer Leistungswandler12 ist zwischen der zweiten Antriebsmaschine6 und dem elektrischen Energiespeicher9 gekoppelt. An dem zweiten elektrischen Leistungswandler12 kann bspw. eine Ladedose mit Ladegerät angeschlossen werden, um den elektrischen Energiespeicher9 extern zu laden. -
2 veranschaulicht schematisch eine Steuerung15 , die zur Steuerung des Kraftfahrzeugs1 ausgelegt ist und die dazu eingerichtet ist, die hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. - Die Steuerung
15 ist mit den einzelnen anzusteuernden Komponenten des Kraftfahrzeugs1 verbunden, nämlich mit der Antriebsmaschine3 , der zweiten Antriebsmaschine6 , dem Energiespeicher9 , den elektrischen Leistungswandlern11 und12 und weiteren Komponenten, die hier zur Vereinfachung weggelassen sind. - Im Folgenden wird ein Verfahren
20 zum Steuern des Kraftfahrzeugs1 bzw. seines Antriebsstrangs2 bzw. zur Ermittlung der Lastverteilung beschrieben, um die hierin beschriebene Lastverteilung zwischen der ersten und der zweiten Antriebsmaschine zu bewirken, wobei das Verfahren20 , ohne die vorliegend Erfindung darauf zu beschränken, anhand des Kraftfahrzeugs1 von1 erläutert wird. - Bei
21 wird auf einem Messstand für die erste 3 und die zweite Antriebsmaschine6 ein erstes bzw. zweites Wirkungsgradkennfeld erstellt, indem jeweils Leistungsverluste führ zughörige Momente und Drehzahlen der zugehörigen Antriebsmaschine ermittelt werden. Außerdem wird jeweils die maximal Momentenfähigkeit Mmax für die erste und die zweite Antriebsmaschine ermittelt. Bei dem Wirkungsgradkennfeld können auch Verluste, die bspw. aufgrund eines Inverters oder anderer Komponenten entstehen, berücksichtigt werden. Dadurch können anhängig vom Betriebspunkt die verschiedenen optimalen Kennfeldbereiche für die erste 3 und die zweite Antriebsmaschine6 ermittelt werden. - Bei
22 wird nun für die erste Antriebsmaschine3 ein erstes Achsen-Wirkungsgradkennfeld basierend auf dem ersten Wirkungsgradkennfeld ermittelt und für die zweite Antriebsmaschine6 ein zweites Achsen-Wirkungsgradkennfeld basierend auf dem zweiten Wirkungsgradkennfeld, indem für das erste Achsen-Wirkungsgradkennfeld die Getriebeübersetzung und der Wirkungsgrad des zugehörigen Getriebes4 berücksichtigt wird und für das zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld die Getriebeübersetzung und der Wirkungsgrad des zugehörigen Getriebes7 berücksichtigt wird. Das erste bzw. zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld hat dann Gültigkeit auf Achsniveau in Bezug auf Achsdrehzahl und Radmoment der zugehörigen Achse. Hier sind die Achsen-Wirkungsgradkennfelder auch Verlustleistungskennfelder, da sie die auftretenden Verluste auf dem Weg zwischen erster und zweiter Antriebsmaschinen auf dem Weg zur Achse bzw. auf dem Weg zum Rad repräsentieren. - Bei
23 werden Linearkombination des ersten und zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfelds bei einer vorgegebenen Drehzahl ermittelt, wodurch ein Summen-Kennfeld erhalten wird:MG das Gesamtachsmoment bei der vorgegebenen Drehzahl ist, das von der ersten 3 und der zweiten Antriebsmaschine6 bereitgestellt wird,XHA eine Zahl zwischen 0 und 1 ist und den Anteil des maximalen MomentsMHA,max der zweiten Antriebsmaschine6 (Hinterachse) am GesamtachsmomentMG darstellt undXVA eine Zahl zwischen 0 und 1 ist und den Anteil des maximalen MomentsMVA,max der ersten Antriebsmaschine3 (Vorderachse) am GesamtachsmomentMG darstellt. Bei anderen Ausführungsbeispielen erfolgt die Ermittlung umgekehrt, das heißt zunächst werden bei einem vorgegebenen Moment alle Drehzahlen durchgespielt, um die Wirkungsgradkennfelder bzw. die Linearkombinationen zu ermitteln, und dann werden die Wirkungsgradkennfelder bzw. Linearkombinationen für die verschiedenen Momente ermittelt. -
4 veranschaulicht solche Linearkombination30 , wobei4 auf der Abszisse das GesamtachsmomentMG in Nm veranschaulicht und auf der Ordinate die Verlustleistung Lv in Watt für die erste Antriebsmaschine3 und zweite Antriebsmaschine6 gemeinsam angegeben ist, wie sie sich aus dem ersten und zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeld ergibt. - Jede Linearkombination
30 , wobei4 nur einige veranschaulicht, stellt folglich den Leistungsverlustverlauf bei einer bestimmten Drehzahl und für zugehörige, verschiedene GesamtachsmomenteMG dar, wobei alle verfügbaren Achsmomente für die erste und die zweite Antriebsmaschine durchgespielt werden. - Bei
24 werden nun die optimalen Linearkombinationen (das heißt minimale Verluste am Gesamtantrieb) ermittelt, wie in4 auch durch die Kurve31 dargestellt ist, die jeweils (bei einer vorgegebenen Drehzahl) für ein GesamtachsmomentMG die Linearkombination mit der geringsten Gesamtverlustleistung Lv und damit dem besten (optimalen) Wirkungsgrad zeigt. - Bei
25 wird nun jeweils, bei der vorgegebenen Drehzahl, fürXVA undXHA die Optimalverteilung ermittelt, wie es auch in5 veranschaulicht ist.5 veranschaulicht auf der Abszisse das GesamtachsmomentMG und auf der Ordinate Werte zwischen 0 und 1. - Die durchgezogene Linie in
5 stellt die Werte fürXHA dar und die gestrichelte Linie stellt Werte fürXVA dar, wie sie sich aus der zugehörigen Kurve31 ergeben. Damit sind in5 für jeweils ein gegebenes GesamtachsmomentMG die zugehörigen optimalen Werte fürXHA undXVA bei der vorgegebenen Drehzahl gezeigt, wobeiXHA undXVA die zugehörigen Lastanteile für die zweite Antriebsmaschine bzw. für die ersten Antriebsmaschine darstellen. -
6 entspricht der Darstellung von5 , nur dass in6 ein schraffierter Bereich einen Bereich der Lastpunktverschiebung darstellt, in dem Last von der Hinterachse auf die Vorderachse verschoben wird. Würde man nämlich zum Beispiel den Verlauf vonXHA (durchgezogene Linie) einfach linear fortsetzen, so ergäbe sich der in6 dargestellte Verlauf (gestrichelt-gepunktete Linie in6 ), bis ein Maximalwert vonXHA erreicht werden würde, der sich durch die maximale Leistung der zweiten Antriebsmaschine ergibt (gerader Verlauf der gestrichelt-gepunktete Linie in6 ). - Der in
6 schraffierte Bereich zeigt nun, dass es vom Gesamtwirkungsgrad her sinnvoller ist, die Last der zweiten Antriebsmaschine abzusenken und Leistung der ersten Antriebsmaschine hinzuzufügen. - Bei
26 wird nun die gesamte Berechnung für alle (verfügbaren) Drehzahlen durchgeführt, sodass ein Lastverteilungskennfeld für alle Achsmomente und Drehzahlen erhalten wird und damit bei 27 das Lastverteilungskennfeld entsprechend ermittelt wird. Bei28 wird der Antriebsstrang2 gemäß dem ermittelten Lastverteilungskennfeld gesteuert, indem bspw. für die erste und die zweite Antriebsmaschine jeweils ein zugehöriges Ansteuerungskennfeld abgeleitet wird, das jeweils die anteilige Last für den zugehörigen Antrieb angibt. - Die
7 bis10 zeigen nun Beispiele für Lastverteilungskennfelder, wobei die Abszisse jeweils die AchsdrehzahlD in Umdrehungen pro Minute angibt und die Ordinate das zugehörige AchsmomentM in Nm. Bei jeder7 bis10 ist rechts eine Skala für den Momentanteil angegeben, wobei die oberste Schraffur (Punkte) den Momentenanteil von 0,75 bis 1 angibt, die schräge Schraffur den Momentenanteil von 0,5 bis 0,75 angibt, die wellenförmige Schraffur den Momentenanteil von 0,25 bis 0,5 angibt und die kästchenförmige Schraffur den Momentenanteil von 0, bis 0,25 angibt. Außerdem zeigt jeweils eine vertikale Linie eine Achsdrehzahl an, die hier bspw. bei 750 Umdrehungen pro Minute liegt, und für die die5 bzw.6 gilt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Skala natürlich deutlicher feiner sein und die grobe Skala dient hier nur zur Vereinfachung der Darstellung. -
7 zeigt rein exemplarisch die Auslastung der zweiten Antriebsmaschine (Hinterachse), also MHA/MHA,max. Wie man dem Kennfeld der7 entnehmen kann, liegt bspw. die Auslastung der zweiten Antriebsmaschine bei sehr niedrigen Achsdrehzahlen (z. B. unter 100) und bei sehr niedrigen Drehmomenten (z. B. unter 100) bei nahezu Null (Bereich mit kästchenförmige Schraffur), das heißt, die zweite Antriebsmaschine kommt praktisch nicht zum Einsatz, wohingegen bei sehr hohen Achsdrehzahlen, z. B. bei der vertikalen Linie und sehr hohem Achsmoment, z. B. bei ca. 3000, die zweite Antriebsmaschine zu 100% ausgelastet ist (Bereich mit gepunkteter Schraffur). -
8 zeigt, ähnlich wie7 , rein exemplarisch die Auslastung der ersten Antriebsmaschine (Vorderachse), also MVA/MVA,max. Wie man dem Kennfeld der8 vor allem im Vergleich zur7 entnehmen kann, gibt es einen großen Bereich (kästchenförmige Schraffur), in dem der Momentenanteil der ersten Antriebsmaschine gering bzw. praktisch gleich Null ist, das heißt in dem Bereich wird das Achsmoment im Wesentlichen nur von der zweiten Antriebsmaschine bereitgestellt. -
9 zeigt rein exemplarisch den Momentenanteil der zweiten Antriebsmaschine (Hinterachse) am Gesamtachsmoment, also MAchse,HA/MAchse, Summe. Wie man dem Kennfeld der9 entnehmen kann, ist in dem Bereich mit der Punkt-Schraffur der Anteil der zweiten Antriebsmaschine hoch (nahe oder gleich Eins), sodass in dem Bereich im Wesentlichen nur die zweite Antriebsmaschine das Moment liefert. -
10 zeigt rein exemplarisch den Momentenanteil der ersten Antriebsmaschine (Vorderachse) am Gesamtachsmoment, also MAchse,VA/MAchse, Summe. Wie man dem Kennfeld der10 entnehmen kann, ist in dem Bereich mit der Kästchen-Schraffur der Anteil der ersten Antriebsmaschine niedrig (nahe oder gleich Null), sodass in dem Bereich die erste Antriebsmaschine im Wesentlichen geschleppt wird und kein Moment liefert. - Allgemein werden bei manchen Ausführungsbeispielen nicht immer aller Werte für Kennfelder vermessen bzw. berechnet und benötigte Zwischenwerte werden bspw. durch Interpolation ermittelt, wie es allgemein für Kennfelder bekannt und üblich ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Erste Antriebsmaschine
- 4
- Erstes Getriebe
- 5
- Vorderachse
- 6
- Zweite Antriebsmaschine
- 7
- Zweites Getriebe
- 8
- Hinterachse
- 9
- Energiespeicher
- 10
- Hochvolt-Bordnetz
- 11
- erster elektrischer Leistungswandler
- 12
- zweiter elektrischer Leistungswandler
- 15
- Steuerung
- 20
- Verfahren
- 21
- Ermittlung erstes und zweites Wirkungsgradkennfeld
- 22
- Ermittlung erstes und zweites Achsen-Wirkungsgradkennfeld
- 23
- Berechnen von Linearkombination des ersten und zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes
- 24
- Ermitteln optimaler Linearkombinationen
- 25
- Optimalverteilung ermitteln
- 26
- Erweitern auf alle Drehzahlen
- 27
- Ermitteln Lastverteilungskennfeld
- 28
- Steuern des Antriebsstrangs
- 30
- Linearkombinationen
- 31
- Kurve geringster Gesamtverlust
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008037241 A1 [0007]
Claims (15)
- Verfahren zum Ermitteln einer Lastverteilung in einem Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (1) wenigstens zwei Antriebsmaschinen (3, 6) aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine (3) für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine (6) für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln (27) eines Lastverteilungskennfeldes, das auf einem ersten Wirkungsgradkennfeld der ersten Antriebsmaschine und einem zweiten Wirkungsgradkennfeld der zweiten Antriebsmaschine basiert.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei das Lastverteilungskennfeld auf einem ersten und einem zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeld basiert, wobei das erste Achsen-Wirkungsgradkennfeld auf Grundlage des ersten Wirkungsgradkennfeldes ermittelt wird und das zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld auf Grundlage des zweiten Wirkungsgradkennfeldes ermittelt wird. - Verfahren nach
Anspruch 2 , wobei das erste und/oder das zweite Achsen-Wirkungsgradkennfeld unter Berücksichtigung einer Getriebeübersetzung, eines Getriebeverlustes und/oder eines Lagerverlustes ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lastverteilungskennfeld auf der Berechnung von Linearkombinationen des ersten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes und des zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes in Abhängigkeit des Antriebsmoments der ersten Antriebsmaschine (3) und der zweiten Antriebsmaschine (6) beruht.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , wobei Linearkombinationen des ersten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes und des zweiten Achsen-Wirkungsgradkennfeldes ermittelt werden, bei denen der Gesamtwirkungsgrad maximal ist. - Verfahren nach
Anspruch 4 oder5 , wobei die Linearkombinationen für eine Vielzahl von vorgegebenen Drehzahlen ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lastverteilungskennfeld für eine Vielzahl von vorgegebenen Momenten und eine Vielzahl von vorgegebenen Drehzahlen ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Steuern der Lastverteilung zwischen der ersten Antriebsmaschine (3) und der zweiten Antriebsmaschine (6) basierend auf dem Lastverteilungskennfeld.
- Verfahren nach
Anspruch 8 , wobei die erste (3) und die zweite Antriebsmaschine (6) basierend auf dem Lastverteilungskennfeld gesteuert wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Wirkungsgradkennfeld durch Ausmessen der ersten Antriebsmaschine (3) bestimmt wird und/oder das zweite Wirkungsgradkennfeld durch Ausmessen der zweiten Antriebsmaschine (6) bestimmt wird.
- Steuerung (15) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang (2) wenigstens zwei Antriebsmaschinen (3, 6) aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine (3) für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine (6) für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, wobei die Steuerung (15) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
- Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang (2) wenigstens zwei Antriebsmaschinen (3, 6) aufweist, wobei die erste Antriebsmaschine (3) für einen Vorderantrieb vorgesehen ist und die zweite Antriebsmaschine (6) für einen Hinterantrieb vorgesehen ist, und wobei der Antriebsstrang (2) eine Steuerung (15) umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis10 auszuführen. - Antriebsstrang nach
Anspruch 12 , weiter eine Vorderachse (5) und eine Hinterachse (8) umfassend, wobei die erste Antriebsmaschine (3) dazu eingerichtet ist, die Vorderachse (5) anzutreiben und die zweite Antriebsmaschine (6) dazu eingerichtet ist, die Hinterachse (8) anzutreiben. - Antriebsstrang nach
Anspruch 13 , wobei die erste Antriebsmaschine (3) eine elektrische Maschine ist und/oder wobei die zweite Antriebsmaschine (6) eine elektrische Maschine ist. - Kraftfahrzeug (1) mit einem Antriebsstrang (2) nach einem der
Ansprüche 12 bis14 .
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