DE102018216559A1

DE102018216559A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102018216559A1
Application number: DE102018216559.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Schnappauf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb in einem generativen Betrieb des Elektromotors; Bestimmen einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb; und Ansteuern des Elektromotors entsprechend der Drehmoment-Kennlinie, wobei das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment während des Umschaltens ungleich Null ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors, insbesondere zum Ansteuern eines elektrischen Antriebsstrangs oder Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors, die plötzliche Bewegungen bei einem Umschalten zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt vermeiden können.
Stand der Technik
Hybrid- oder Elektrofahrzeuge werden von einem Elektromotor angetrieben, wobei die nötige elektrische Energie beispielsweise in einem Hochvoltspeicher gespeichert wird. Bei einem Hybridfahrzeug ist der Elektromotor gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs vorhanden. Bei einem reinen Elektrofahrzeug stellt der Elektromotor hingegen den alleinigen Antrieb bereit. Für den Betrieb eines solchen Elektromotors kann eine Leistungselektronik mit einem Wechselrichter, der den Gleichstrom des Hochvoltspeichers in einen Wechselstrom umwandelt, vorhanden sein. Die Leistungselektronik kann derart ausgestaltet sein, dass der Elektromotor im Motorbetrieb ein bestimmtes Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl an einer Abtriebswelle erzeugt.
Elektromotoren können ein Drehmoment sowohl bei positiven als auch bei negativen Drehzahlen erzeugen. Damit kann der Elektromotor im Motorbetrieb zur Vorwärtsfahrt als auch zur Rückwärtsfahrt verwendet werden. Zudem kann der Elektromotor ausgelegt sein, um als Generator zu arbeiten. Ein 4-Quadrantenbetrieb, der motorisch wie generativ in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann, ist zum Beispiel aus der US 2009/0026998 A1 bekannt. Bei einem Umschalten zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt kann es dabei zu unerwünschten Bewegungen kommen, wenn der Elektromotor von Vorwärtsbetrieb auf Rückwärtsbetrieb oder umgekehrt umgesteuert wird.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs anzugeben, die plötzliche Bewegungen des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs bei einem Umschalten zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt vermeiden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs angegeben, insbesondere wobei der Elektromotor ein Drehmoment sowohl bei positiven als auch bei negativen Drehzahlen bereitstellen kann. Das Verfahren umfasst ein Empfangen einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb in einem generativen Betrieb des Elektromotors, ein Bestimmen einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb, und ein Ansteuern des Elektromotors entsprechend der Drehmoment-Kennlinie, wobei das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment während des (gesamten) Umschaltens ungleich (z.B. größer oder kleiner) als Null ist.
Damit erfolgt ein Umschalten innerhalb eines Quadranten, und insbesondere im Schub. Anders gesagt erfolgt beim Umschalten kein Quadrantenwechsel, da sich die Steuerung bzw. der Elektromotor bereits im „richtigen“ Quadranten befindet. Die Drehmoment-Kennlinie bleibt während des Umschaltens bei einem endlichen Drehmoment, ohne beim Umschalten auf null abzufallen und dann wieder endlich zu werden. Anders gesagt fährt die Drehmoment-Kennlinie beim Umschalten nicht mit einem vorbestimmten Gradienten aus dem Quadranten hinaus und dann wieder hinein, wodurch ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs vermieden werden können.
Wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise an einem Abhang steht und der Fahrer von Rückwärts auf Vorwärts schaltet, kann so verhindert werden, dass das Kraftfahrzeug durch ein Abfallen des Drehmoments auf null eine Bewegung in die Rückwärtsrichtung vollführt. Hierdurch können gefährliche Situationen, wie zum Beispiel das Auffahren auf Objekte hinter dem Kraftfahrzeug, vermieden werden.
Vorzugsweise umfasst das Empfangen einer Fahrstufenumschaltung ein Empfangen der Fahrstufenumschaltung bei einem ersten Drehmomentwert und einem ersten Drehzahlwert, wobei der erste Drehmomentwert und der erste Drehzahlwert betragsmäßig jeweils größer als Null sind, und ein Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf einen zweiten Drehzahlwert, der kleiner als der erste Drehzahlwert ist, wobei das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf den zweiten Drehzahlwert betragsmäßig größer als Null bleibt oder ist. Zum Beispiel kann das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf den zweiten Drehzahlwert im Wesentlichen dem ersten Drehmomentwert entsprechen.
Damit kann das Fahrzeug im Schubbetrieb abgebremst und langsamer werden, ohne dass das Drehmoment während des Umschaltens aus dem aktuellen Quadranten hinaus und dann wieder in den Quadranten hineinfährt, wodurch ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs vermieden werden können
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie weiter ein Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie basierend auf einer Fahrpedalstellung. Die Berücksichtigung der Fahrpedalstellung ist im Folgenden unabhängigen Aspekt der Offenbarung erläutert. Die Merkmale und Eigenschaften des nachfolgenden Aspekts können mit dem zuvor beschriebenen Aspekt kombiniert werden.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs angegeben, insbesondere wobei der Elektromotor ein Drehmoment sowohl bei positiven als auch bei negativen Drehzahlen bereitstellen kann. Das Verfahren umfasst ein Empfangen einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb, ein Bestimmen einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb basierend auf einer Fahrpedalstellung, und ein Ansteuern des Elektromotors entsprechend der bestimmten Drehmoment-Kennlinie. Vorzugsweise umfasst das Umschalten einen Quadrantenwechsel.
Damit wird beim Umschalten ein Fahrerwunsch berücksichtigt. Anders gesagt wird bei der Bestimmung der Drehmoment-Kennlinie für das Umschalten eine Stellung des Fahrpedals berücksichtigt. Es wird also keine vorbestimmte Drehmoment-Kennlinie mit einem festen Gradienten verwendet, sondern die Drehmoment-Kennlinie bzw. deren lokale Steigung wird basierend auf der Stellung des Fahrpedals variabel angepasst. Hierdurch kann eine unmittelbare Reaktion auf den Fahrerwunsch erfolgen, wodurch ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs zum Beispiel nach Ende des Umschaltvorgangs vermieden werden können.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie weiter ein Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie für ein Summenrad. Anders gesagt erfolgt die Umschaltung nicht bezogen auf Einzelachsen, sondern auf zwei Achsen. Damit kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung für einen Allrad-Antrieb verwendet werden. Zudem kann durch das Anwenden des Verfahrens auf das Summenrad sichergestellt werden, dass die Bremse des Kraftfahrzeugs bei der Umschaltung einbezogen werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein Softwareprogramm umfassen, das eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die Steuervorrichtung ist zum Ausführen des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend die zuvor genannten Steuervorrichtung angegeben. Das Kraftfahrzeug kann gemäß Ausführungsformen ein reines Elektrofahrzeug (BEV) oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) sein. Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
2a ein Diagramm eines 4-Quadrantenbetriebs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
2b ein Diagramm eines 4-Quadrantenbetriebs mit einer beispielhaften Fahrstufenumschaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
3 ein Flussdiagram eines Verfahrens Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
4 ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 3,
5 ein Flussdiagram eines Verfahrens Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
6 ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 5,
7 ein weiteres Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 5, und
8 ein System zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Elektromotor 12 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Kraftfahrzeug 10 ist ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein reines Elektrofahrzeug (BEV) oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) sein. Im Falle eines BEV kann ein Antriebsstrang 14 das Kraftfahrzeug 10 nur mittels des Elektromotors 12 antreiben. Im Falle eines PHEV kann der Antriebsstrang 14 ein Hybridantriebsstrang sein und es kann ein weiterer Antriebsmotor vorhanden sein, wie zum Beispiel ein Verbrennungsmotor. Zudem kann der Hybridantriebsstrang in diesem Fall ein Getriebe aufweisen.
Der Elektromotor 12 kann ein Drehmoment sowohl bei positiven als auch bei negativen Drehzahlen bereitstellen. Der Antriebsstrang 14 ist eingerichtet, um Räder 16 bzw. eine oder mehrere Achsen des Kraftfahrzeugs 10 anzutreiben. Dabei stellt der Elektromotor 12 an der Achse des Antriebsstrangs 14 ein Drehmoment bereit und dreht die Achse mit einer Drehzahl. In der 1 ist beispielhafte eine einzige Achse gezeigt, die zum Beispiel eine Vorderachse oder eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Kraftfahrzeug 10 ein einachsiges BEV oder ein BEV mit Allrad sein. In anderen Ausführungsformen kann das Kraftfahrzeug 10 ein PHEV sein, das als Achshybrid mit einer oder mehreren elektrischen Achsen ausgebildet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, und das Kraftfahrzeug 10 kann ein anderes zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 10 sein, bei dem der Elektromotor 12 eine oder mehrere Achsen antreibt.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Steuervorrichtung 100, die eingerichtet ist, um den Elektromotor 12 anzusteuern. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 100 eingerichtet sein, um den Elektromotor 12 gemäß einer Drehmoment-Kennlinie anzusteuern. Dies wird als „Momentensteuerung“ bezeichnet. Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung 100 einen Soll-Drehmomentwert vorgeben, der durch eine entsprechende Bestromung des Elektromotors 12 eingestellt werden kann. Hierzu kann das Kraftahrzeug 10 eine mit der Steuervorrichtung 100 verbundene Motorsteuerung (nicht gezeigt) umfassen, die eingerichtet ist, um den Soll-Drehmomentwert in geeignete Stromwerte umzurechnen.
2a zeigt ein Diagramm eines 4-Quadrantenbetriebs des Elektromotors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Typischerweise ist der Elektromotor als Motor und Generator ausgelegt. Ersteres wird als motorischer Betrieb („Zug“) bezeichnet, und letzteres als generatorischer oder generativer Betrieb („Schub“). Das Bereitstellen eines Drehmomentes bei positiven und negativen Drehzahlen bedeutet daher, dass der Elektromotor das Drehmoment als Motor liefert bzw. als Generator aufnimmt. Bezugnehmend auf die 2a erfolgt der motorische Betrieb in den Quadranten I und III. Der generatorische oder generative Betrieb erfolgt in den Quadranten II und IV.
2b zeigt ein Diagramm eines 4-Quadrantenbetriebs mit einer beispielhaften Fahrstufenumschaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Im Beispiel der 2b erfolgt am Punkt A eine Fahrstufenumschaltung von vorwärts („D“) auf rückwärts („R“), während sich das Fahrzeug im Zug bzw. Quadrant I in Vorwärtsrichtung bewegt. Nachdem der Fahrer den Schalthebel von „D“ auf „R“ umgelegt hat, erfolgt durch die Steuervorrichtung die Umschaltung des Motorbetriebs von vorwärts auf rückwärts gemäß einer bestimmten Kennlinie 200, die zwischen dem Punkt A im Quadrant I und einem Punkt B im Quadrant IV definiert ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Umschalten des Motorbetriebs der Drehmoment-Kennlinie 200 zwischen den Punkten A und B entsprechen bzw. zwischen den Punkten A und B definiert sein. Der Punkt A kann im Wesentlichen einem Zeitpunkt der Fahrstufenumschaltung durch den Fahrer entsprechen. Die Punkte A und B können betragsmäßig denselben Drehmomentwerten (T₁=-T₂) in den jeweiligen Quadranten entsprechen. Optional können die Punkte A und B denselben Drehzahlwerten (n₁=n₂) in den jeweiligen Quadranten entsprechen.
Für das Umschalten des Motorbetriebs wird das positive Drehmoment ausgehend vom Punkt A zuerst auf null reduziert und dann negativ, wobei ein Quadrantenwechsel vom Quadrant I in den Quadrant IV erfolgt. Durch das negative Drehmoment im Quadrant IV bremst das Fahrzeug ab, wird zum Stillstand gebracht (n=0) und dann im Quadrant III in die Rückwärtsrichtung beschleunigt, beispielsweise wenn der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Die Beschleunigung in die Rückwärtsrichtung im Quadrant III ist optional, und das Fahrzeug kann zum Stillstand gebracht werden (n=0), ohne dass eine Beschleunigung in die Rückwärtsrichtung erfolgt (z.B., wenn der Fahrer das Fahrpedal nicht betätigt).
2b zeigt im Quadranten IV eine Kurve, die ein Grenzdrehmoment des Elektromotors angibt. Insbesondere gibt die Kurve die Leistungsgrenzen des Elektromotors an. Die Kurve bzw. die Lage der Kurve kann zum Beispiel temperaturabhängig sein und/oder kann von einem Ladezustand (State of Charge, SoC) des Hochvoltspeichers abhängen. Im Bereich 201 reicht der Elektromotor alleine nicht aus, um das Kraftfahrzeug den Anforderungen entsprechend abzubremsen. Daher kann die (Brems-)Wirkung des Elektromotors im Bereich 201 zum Beispiel durch die Bremsen des Kraftfahrzeugs ergänzt werden, um die gewünschte Fahrzeugdynamik zu erreichen.
In den 2a und 2b ist beispielhaft das Drehmoment T als Funktion der Drehzahl n dargestellt. Diese Darstellung ist lediglich beispielhaft und es können alternative Darstellungen verwendet werden, wie zum Beispiel das Drehmoment T als Funktion der Geschwindigkeit v oder der Zeit t. Die Geschwindigkeit v kann zum Beispiel derart definiert sein, dass sie in der aktuellen Fahrtrichtung (d.h. vorwärts und rückwärts) immer positiv ist.
3 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 300 Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Verfahren 300 umfasst im Block 310 ein Empfangen einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb in einem generativen Betrieb des Elektromotors, im Block 320 ein Bestimmen einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb, und im Block 330 ein Ansteuern des Elektromotors entsprechend der Drehmoment-Kennlinie. Das steuerungstechnische Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb erfolgt dabei als Reaktion auf die Fahrstufenumschaltung durch den Fahrer. Das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment ist während des Umschaltens größer als Null. Beispielsweise kann das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment während des Umschaltens im Wesentlichen konstant sein.
Wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise an einem Abhang steht und der Fahrer von Rückwärts auf Vorwärts schaltet, kann so verhindert werden, dass das Kraftfahrzeug durch ein Abfallen des Drehmoments auf null eine Bewegung in die Rückwärtsrichtung vollführt. Hierdurch können gefährliche Situationen, wie zum Beispiel das Auffahren auf Objekte hinter dem Kraftfahrzeug, vermieden werden.
Beim Verfahren 300 erfolgt die Umschaltung vom Vorwärtsbetrieb in den Rückwärtsbetrieb bzw. vom Rückwärtsbetrieb in den Vorwärtsbetrieb im generativen Betrieb, also im Schub. Damit erfolgt die Umschaltung innerhalb des Quadranten. Anders gesagt erfolgt im Gegensatz zum in der in 2b gezeigten Beispiel kein Quadrantenwechsel, da sich der Elektromotor bereits im „richtigen“ Quadranten befindet.
Die Fahrstufenumschaltung, die auch als „Fahrstufenwechsel“ oder „Rangieren“ bezeichnet werde kann, kann durch den Fahrer erfolgen. Zum Beispiel kann der Fahrer den Wählhebel betätigen oder verstellen, um von „D“ auf „R“ oder von „R“ auf „D“ zu schalten. Die Fahrstufenumschaltung kann erfolgen, während sich das Kraftfahrzug bewegt (v>0) oder während das Kraftfahrzug stillsteht (v=0).
4 zeigt ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 3 ohne einen Quadrantenwechsel.
In diesem Beispiel erfolgt das Ansteuern des Elektromotors entsprechend der Drehmoment-Kennlinie derart, dass das vom Elektromotor bereitgestellte Drehmoment während des Umschaltens ungleich (z.B. größer oder kleiner) als Null ist. Anders gesagt fährt die Kennlinie beim Umschalten nicht mit einem vorbestimmten Gradienten 401 aus dem Quadranten hinaus und dann wieder hinein. Insbesondere bleibt das Sollmoment im Schubbereich im gleichen Quadranten, da dieser schon zur Verzögerung führt und springt nicht erst aus dem Quadranten und fährt wieder rein. Hierdurch können ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs vermieden und ein Fahrkomfort erhöht werden.
Das Umschalten, wie es in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, beschreibt zum Beispiel eine Zeitspanne, die es steuerungstechnisch dauert, bis der Motorbetrieb umgeschaltet ist. Diese Umschaltung unterscheidet sich damit von der Fahrstufenumschaltung, die zum Beispiel ein Umlegen eines Wählhebels durch einen Fahrer beschreibt und das (steuerungstechnische) Umschalten auslöst. Das Umschalten findet innerhalb eines einzigen Quadranten statt und kann zum Beispiel für endliche Drehzahlen zwischen den Punkten A und B definiert sein, wie es im Beispiel der 4 gezeigt ist.
Im Beispiel der 4 wird die Drehzahl ausgehend vom Punkt A zuerst auf null reduziert und dann negativ, wobei ein Quadrantenwechsel vom Quadrant IV in den Quadrant III erfolgt. Durch das negative Drehmoment im Quadrant IV bremst das Fahrzeug ab, wird zum Stillstand gebracht (n=0) und dann im Quadrant III in die Rückwärtsrichtung beschleunigt, beispielsweise wenn der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Die Beschleunigung in die Rückwärtsrichtung im Quadrant IV ist optional, und das Fahrzeug kann zum Stillstand gebracht werden (n=0), ohne dass eine Beschleunigung in die Rückwärtsrichtung erfolgt (z.B., wenn der Fahrer das Fahrpedal nicht betätigt).
In einigen Ausführungsformen umfasst das Empfangen einer Fahrstufenumschaltung ein Empfangen der Fahrstufenumschaltung bei einem ersten Drehmomentwert T₁ und einem ersten Drehzahlwert n₁ (z.B. Punkt A in der 4), wobei der erste Drehmomentwert T₁ und der erste Drehzahlwert n₁ betragsmäßig jeweils größer als Null sind, und ein Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert n₁ auf einen zweiten Drehzahlwert n₂ , der kleiner als der erste Drehzahlwert n₁ ist, wobei das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert n₁ auf den zweiten Drehzahlwert n₂ betragsmäßig größer als Null bleibt oder ist. Zum Beispiel kann das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert n₁ auf den zweiten Drehzahlwert n₂ im Wesentlichen dem ersten Drehmomentwert T₁ entsprechen. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Drehzahlwert null (n₂=0). Anders gesagt kann das Fahrzeug zum Stillstand kommen.
Damit kann das Fahrzeug im Schubbetrieb langsamer werden, ohne dass das Drehmoment während des Umschaltens aus dem Quadranten hinaus und dann wieder hineinfährt (z.B. gemäß dem Gradienten 401 in 4), wodurch ruckartige Bewegungen des Fahrzeugs vermieden werden können.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie weiter ein Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie basierend auf einer Fahrpedalstellung. Die Berücksichtigung der Fahrpedalstellung ist unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 erläutert. Die Merkmale und Eigenschaften des nachfolgenden Aspekts können mit dem zuvor beschriebenen Aspekt kombiniert werden.
5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 500 Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Das Verfahren 500 umfasst im Block 510 ein Empfangen einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb, im Block 520 ein Bestimmen einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb basierend auf einer Fahrpedalstellung, und im Block 530 ein Ansteuern des Elektromotors entsprechend der bestimmten Drehmoment-Kennlinie. Damit wird beim Umschalten ein Fahrerwunsch berücksichtigt. Anders gesagt wird bei der Bestimmung der Drehmoment-Kennlinie für das Umschalten eine Stellung des Fahrpedals berücksichtigt.
6 zeigt ein Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 5. Insbesondere sind in der 6 die Grenzen der möglichen Fahrpedalstellungen gezeigt. Die untere gestrichelte Linie gibt die Fahrpedalstellung „0%“ an, und die obere gestrichelte Linie gibt die Fahrpedalstellung „100%“ an. Die Fahrpedalstellung „0%“ kann angeben, dass der Fahrer das Fahrpedal nicht drückt, und die Fahrpedalstellung „100%“ kann angeben, dass der Fahrer das Fahrpedal bis zum Anschlag drückt.
Im unteren rechten Quadranten IV erfolgt zum Beispiel ein Abbremsen des Kraftfahrzeugs auf null im Schub. Im oberen rechten Quadranten I erfolgt zum Beispiel eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, wobei die Kennlinie aufgrund der Leistungsgrenzen des Elektromotors abfällt.
7 zeigt ein weiteres Diagramm zum Erläutern des Verfahrens gemäß der 5. Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erläuterungen zeigt die 7 das Drehmoment als Funktion der Zeit t anstelle der Drehzahl n.
Die vertikale gestrichelte Linie in 7 gibt den Umschaltzeitpunkt bei einer bestimmten Fahrpedalstellung zwischen 0% und 100% an. Beim Umschalten wird keine vorbestimmte Drehmoment-Kennlinie mit einem festen Gradienten unabhängig von der Fahrpedalstellung verwendet, wie es durch die Drehmoment-Kennlinie 701 angegeben ist. Stattdessen wird die Kennlinie bzw. deren lokale Steigung basierend auf der Stellung des Fahrpedals angepasst, wie es durch die Drehmoment-Kennlinie 702 angegeben ist. Anders gesagt berücksichtigt die Drehmoment-Kennlinie 702 den Fahrerwunsch bzw. die Fahrpedalstellung, die unter Bezugnahme auf die 6 erläutert wurde.
Wenn der Fahrer während des Umschaltens die Fahrpedalstellung ändert, kann sich die Form der Drehmoment-Kennlinie 702 ändern. Anders gesagt kann die Drehmoment-Kennlinie 702 in Echtzeit während des Umschaltens variabel angepasst bzw. geändert werden, um dem Fahrerwunsch zu entsprechen. Ändert sich also während der Umschaltung der Fahrerwunsch, so läuft z.B. summenradbezogen der Lastschlag/Dash aufs neue Ziel. Das Fahrzeug zeigt eine direkte Reaktion auf Fahrpedal-Änderungen während der Gangumschaltung, wodurch ein Fahrkomfort verbessert wird.
8 zeigt ein System 800 zum Ansteuern eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Verfahren ein Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie für ein Summenrad. Anders gesagt erfolgt die Umschaltung nicht bezogen auf Einzelachsen, sondern auf zwei Achsen. Damit kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung für Allrad-Antrieb verwendet werden.
In der 8 ist schematisch dargestellt, wie die Funktion 810 des Fahrstufenwechsel von Achsweise (TQC) auf Summenrad (TQW) umgestellt wird. Damit kann die Bremse 820 korrekt reagieren und verhält sich wie der Elektromotor bezogen auf den Fahrerwunsch. Insbesondere kann durch das Anwenden des Verfahrens auf das Summenrad sichergestellt werden, dass die Bremse des Kraftfahrzeugs bei der Umschaltung einbezogen werden kann. Die Bremse kann zum Beispiel für den Fall Schubrekukompensation auf Schaltungen/Rangieren korrekt reagieren.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Drehmoment-Kennlinie für das Umschalten situationsabhängig angepasst. Anders gesagt werden keine vorgegebenen Drehmoment-Kennlinie, wie beispielsweise fixe Gradienten, beim Fahrstufenwechsel verwendet, wodurch unerwünschte Fahrzeugbewegungen verhindert und ein Fahrerkomfort erhöht werden können. Zum Beispiel erfolgt eine Vertrimmung des Fahrerwunsches vor der Fahrpedalfilterung, um ein Lastschlag/Dashverhalten beizubehalten. In einem weiteren Beispiel kann ein Einbau einer situationsgetriggerten Überblendung der Quadranten durch Limitierung/Nichtlimiterung des Fahrerwunsches in Abhängigkeit davon, ob ein Schubfall oder Zugfall vorliegt, erfolgen, wodurch ein Fahrerkomfort erhöht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0026998 A1 [0003]

Claims

Verfahren (300) zum Ansteuern eines Elektromotors (12) eines Kraftfahrzeugs (10), umfassend die Schritte: Empfangen (310) einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb in einem generativen Betrieb des Elektromotors (12); Bestimmen (320) einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb; und Ansteuern (330) des Elektromotors (12) entsprechend der Drehmoment-Kennlinie, wobei das vom Elektromotor (12) bereitgestellte Drehmoment während des Umschaltens ungleich Null ist.
Das Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Empfangen einer Fahrstufenumschaltung umfasst: Empfangen der Fahrstufenumschaltung bei einem ersten Drehmomentwert und einem ersten Drehzahlwert, wobei der erste Drehmomentwert und der erste Drehzahlwert betragsmäßig jeweils größer als Null sind; und Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf einen zweiten Drehzahlwert, der kleiner als der erste Drehzahlwert ist, wobei das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf den zweiten Drehzahlwert betragsmäßig größer als Null bleibt.
Das Verfahren (300) nach Anspruch 2, wobei das Drehmoment während dem Reduzieren der Drehzahl vom ersten Drehzahlwert auf den zweiten Drehzahlwert im Wesentlichen dem ersten Drehmomentwert entspricht.
Das Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie weiter umfasst: Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie basierend auf einer Fahrpedalstellung.
Verfahren (500) zum Ansteuern eines Elektromotors (12) eines Kraftfahrzeuges (10), umfassend die Schritte: Empfangen (510) einer Fahrstufenumschaltung zwischen einem Vorwärtsbetrieb und einem Rückwärtsbetrieb; Bestimmen (520) einer Drehmoment-Kennlinie zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsbetrieb und dem Rückwärtsbetrieb basierend auf einer Fahrpedalstellung; und Ansteuern (530) des Elektromotors (12) entsprechend der bestimmten Drehmoment-Kennlinie.
Das Verfahren (500) nach Anspruch 5, wobei das Umschalten im Zugbetrieb oder Schubbetrieb des Elektromotors erfolgt.
Das Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie weiter umfasst: Bestimmen der Drehmoment-Kennlinie für ein Summenrad.
Speichermedium, umfassend ein Softwareprogramm, das eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Steuervorrichtung (100) zum Ansteuern eines Elektromotors (12) eines Kraftfahrzeuges (10), wobei die Steuervorrichtung (100) zum Ausführen des Verfahrens (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug (10), insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend die Steuervorrichtung (100) nach Anspruch 9.