DE102019100324A1 - Vorrichtung zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren in zweiachsigen Kraftfahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren in zweiachsigen Kraftfahrzeugen Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren in zweiachsigen Kraftfahrzeugen mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit wird, dass, während sich das Fahrzeug bewegt, folgende Schritte ausgeführt werden. In einem ersten Schritt wird geprüft, ob vorgegebene Bedingungen für eine Umschaltung von einer Momentenregelung in eine Drehzahlregelung erfüllt sind, und wenn dies der Fall ist, wird in Drehzahlregelung für einen vorgegebenen Zeitraum umgeschaltet. Während des vorgegebenen Zeitraums erfolgt in einem zweiten Schritt, der während des Zeitraums ausgeführt wird, in dem die Drehzahlregelung aktiv ist ein Erfassen und Speichern der Soll-Momente der beiden Elektromotoren, und ein Bilden einer Differenz aus den erfassten Soll-Momenten der beiden Elektromotoren, wobei ein momentenabhängiges Kennfeld mit Korrekturwerten auf Basis dieser Differenz erstellt wird. Nach der Deaktivierung der Drehzahlregelung werden die Soll-Momente während der Momentenregelung durch die Korrekturwerte korrigiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren in zweiachsigen Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen.
  • Einzelradantriebe kommen zunehmend bei Fahrzeugen mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Achse zum Einsatz. Ein Vorteil des Einzelradantriebs ist unter anderem die Möglichkeit zur Umsetzung einer radindividuellen Verteilung des Antriebsmoments. Der Verzicht auf ein Differentialgetriebe bedeutet, dass das Drehmoment abhängig von der erwünschten Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs gleich oder gezielt unterschiedlich an die zwei Räder der Achse mit elektrischem Einzelradantrieb verteilt werden kann.
  • Diese Flexibilität bedeutet auch einen hohen Anspruch an die Genauigkeit des abgegebenen Drehmoments zweier völlig oder teils unabhängigen elektrischen Antriebe bzw. Antriebsmotoren. Eine zu hohe Abweichung der Drehmomente vom jeweiligen Sollwert kann die Fahrdynamik negativ beeinflussen. Der Fahrer müsste durch deutliches Gegenlenken bei Geradeausfahrt ausgleichen. Ab einer gewissen Schwelle ist das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht mehr akzeptabel.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Kalibrierung zur Kompensation von Differenzen in Drehmomenten bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den abhängigen Ansprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren in zweiachsigen Kraftfahrzeugen mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit werden, während sich das Fahrzeug bewegt, folgende Schritte ausgeführt. In einem ersten Schritt wird geprüft, ob vorgegebene Bedingungen für eine Umschaltung von einer Momentenregelung in eine Drehzahlregelung erfüllt sind, und wenn dies der Fall ist, wird in Drehzahlregelung für einen vorgegebenen Zeitraum umgeschaltet. Während des vorgegebenen Zeitraums erfolgt in einem zweiten Schritt, der während des Zeitraums ausgeführt wird, in dem die Drehzahlregelung aktiv ist, ein Erfassen und Speichern der Soll-Momente der beiden Elektromotoren, und ein Bilden einer Differenz aus den erfassten Soll-Momenten der beiden Elektromotoren, wobei ein momentenabhängiges Kennfeld mit Korrekturwerten auf Basis dieser Differenz erstellt wird. Nach der Deaktivierung der Drehzahlregelung werden die Soll-Momente während der Momentenregelung durch die Korrekturwerte korrigiert.
  • Das Drehmoment wird üblicherweise nicht direkt gemessen und geregelt, sondern indirekt über Strom- und Rotorlagemessungen und Modelle des E-Antriebs ermittelt. Die dafür benötigte Sensorik unterliegt einer fertigungsbedingten, aber auch alterungsbedingten Streuung. Zusätzlich können weitere Parameter des elektrischen Antriebs bzw. Antriebsmotors fertigungsbedingt variieren und zusätzlich durch Fehler im Betrieb verändert werden.
  • Durch die Vermeidung von unzulässigen Drehmomentdifferenzen aufgrund einer Kalibrierung der Elektromotoren während der Fahrt, genauer sobald vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, kann ein aufgrund unterschiedlicher Drehmomente bzw. Drehzahl verursachtes instabiles Fahrverhalten verhindert werden. Das Kalibrierungsverfahren läuft bei einer Drehzahlregelung ab, deswegen ist eine temporäre Umschaltung von Momentenregelung (Standardregelung) in Drehzahlregelung erforderlich.
  • Erfindungsgemäße Maßnahmen:
    1. 1: Umschalten in Drehzahlregelung für einen vorgegebenen, kurzen Zeitraum unter vorgegebenen Bedingungen, während sich das Fahrzeug bewegt Während sich das Fahrzeug bewegt, wird durch ein Steuergerät überprüft, ob bestimmte Bedingungen für ein Umschalten erfüllt werden. Die zu erfüllenden Bedingungen sind:
      • - die Drehzahlen beider Elektromotoren sind gleich, was z.B. bei Geradeausfahrt ohne Schlupf der Fall ist, d.h. Nist EM1 = Nist EM2
      • - die Fahrzeuggeschwindigkeit ist unterhalb einer maximal erlaubten Fahrzeuggeschwindigkeit von z.B. 30 km/h oder weniger. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch die Drehzahl der Elektromotoren N bestimmt werden. Es muss also gelten, dass N ≤ Nmax, wobei Nmax in die Fahrzeuggeschwindigkeit umgerechnet werden kann. Die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit Nmax kann abhängig von den verwendeten Elektromotoren oder anderen Bedingungen vom Fachmann festgelegt werden.
      • - Das Lenkrad befindet sich in einer Geradestellung oder innerhalb eines Toleranzbereichs von z.B. ± 2 Grad davon, wobei der Toleranzbereich ebenfalls vom Fachmann festgelegt werden kann. Die Geradestellung kann z.B. durch im Fahrzeug vorhandene Hilfsmittel unterstützt werden, z.B. „steer by wire“.
      • - Die Gierrate, also die Fahrzeugdrehgeschwindigkeit um die Z-Achse, darf einen vorgegebenen Wert N_z_max nicht überschreiten. Auch dieser Wert kann in Abhängigkeit von der Anwendung von dem Fachmann gewählt werden und sollte möglichst gering sein.
    2. 2: Korrektur der Drehzahldifferenz über Momentenkorrektur Wenn die Voraussetzungen für die Einschaltung der Drehzahlregelung erfüllt sind, wird die Drehzahlregelung für eine vorgegebene, kurze Zeit Δt aktiviert. Wiederum kann diese Zeit Δt abhängig von der Anwendung vom Fachmann gewählt werden und sollte innerhalb weniger Sekunden liegen.
  • Als Drehzahl-Sollwert Nsoll für die beiden Drehzahlregler der Elektromotoren EM1 und EM2 ist ein Wert nah zur aktuellen Ist-Drehzahl auszuwählen, um einen möglichst ruhigen Laufbetrieb ohne starkes Bremsen oder Beschleunigen zu gewährleisten und damit die Regelung einfach zu halten. Die mögliche Abweichung, d.h. der genaue Wert, kann wiederum abhängig von der Anwendung vom Fachmann gewählt werden. Voraussetzung für die Korrektur ist, dass die Drehzahlregler für die beiden Elektromotoren EM1 und EM2 immer aktiv sind. Aus der Drehzahl wird dann das Drehmoment bestimmt. Die Drehzahlregler stellen automatisch die Soll-Momente so, dass die Ist-Drehzahl in beiden E-Maschinen EM1 und EM2 gleich bleibt. Im Falle voller Symmetrie beider E-Maschinen EM1 und EM2, d.h. es ist keine Parameterstreuung usw. vorhanden, wären auch die Soll-Momente, d.h. die Ausgangssignale der Drehzahlregler, gleich, da die Ausgänge der Drehzahlregler die Soll-Momente für jede E-Maschine darstellen. Eine Ungleichheit von Soll-Momenten weist auf eine Asymmetrie in einer E-Maschine hin. In diesem Fall sollten die Soll-Momente korrigiert werden, wenn auf die Momentenregelung umgeschaltet wird. Für die Korrektur wird die Abweichung von beiden Soll-Momenten, d.h. den Ausgangssignalen der Drehzahlregler bei aktivierter Drehzahlregelung, benutzt.
  • Um die Kalibrierung durchzuführen werden die Ausgänge von den beiden Drehzahlreglern der beiden Elektromotoren EM1 und EM2, also Msoll_EM1_N_Regler und Msoll_EM2_N_Regler, im Steuergerät 1 gespeichert.
  • Außerdem wird eine Differenz aus diesen Soll-Momenten aus den beiden Drehzahlreglern der Elektromotoren EM1 und EM2 gebildet: Δ Msoll = Msoll _ EM1 _ N _ Regler - Msoll _ EM2 _ N _ Regler
    Figure DE102019100324A1_0001
  • Wenn eine Differenz zwischen den Drehzahlreglern vorhanden ist, weist dies auf eine Genauigkeitsstreuung der Sensorik und/oder der Baukomponenten hin, die korrigiert werden sollte.
  • Auf Basis von mehreren gespeicherten Sollmoment-Werten wird während der Drehzahlregelungsphase ein momentabhängiges Kennfeld bzw. eine Kennlinie mit Korrekturwerten ΔMsoll(Msoll) erstellt. Hier werden Korrekturwerte für die Soll-Momente Msoll für jeden Elektromotor EM1 bzw. EM2 abgelegt und nach der Deaktivierung der Drehzahlregelung, d.h. während der Momentregelung, zur Korrektur verwendet.
  • Die im Kennfeld gespeicherten Korrekturwerte ΔMsoll(Msoll) werden während der Momentregelung ständig zu den Sollmoment-Werten der Momentregelung Msoll_EM1 und Msoll_EM2 hinzuaddiert, um die Genauigkeitsstreuung der Hardware auszugleichen.
  • Wenn der Zeitraum Δt verstrichen ist, d.h. wenn wieder von Drehzahlregelung auf Momentregelung umgeschaltet wird, wird auch die beschriebene Zusammenstellung von Korrekturwerten beendet, da damit auch die Kalibrierung beendet ist.
  • Ferner kann eine Beschränkung der Häufigkeit der Aktivierung der Kalibrierung erfolgen. Die Aktivierung kann beispielsweise auf eine Aktivierung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, z.B. ein Tag, beschränkt werden. Da das Korrekturkennfeld auch momentabhängig sein sollte, muss die Drehzahlregelung bei verschiedenen Soll-Momenten aktiviert werden. Eine Aktivierung einmal pro Tag, z.B. bei kaltem und bei heißem Motor, wäre in einem ersten Schritt ausreichend. Die Aktivierung kann aber nur stattfinden, wenn die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind.
  • Diese Erfindung in Form eines Konzepts zur Kalibrierung der Soll-Momentabweichung zwischen zwei einzeln angetriebenen Rädern im Kraftfahrzeug, d.h. mit zwei Elektromotoren auf einer Achse, bietet eine Möglichkeit für einen kostengünstigen Umgang mit Drehmomentdifferenzen in Fahrzeugen mit elektrischem Einzelradantrieb ohne teure Sensorik und Fertigungsverfahren. Sie bietet die Möglichkeit, die erfindungsgemäße definierte Kalibrierung während des Betriebs des Fahrzeugs durchzuführen und damit eine Destabilisierung des Fahrverhaltens aufgrund von Abweichungen der Soll-Momente der beiden Elektromotoren zu verhindern.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • 1 in schematischer Darstellung eine Übersicht über die wesentlichen Komponenten der Erfindung bei einem einachsigen Antrieb gemäß einer Ausführung der Erfindung,
    • 2 ein Ablaufdiagramm der Kalibrierung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • In 1 ist ein einachsig angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem ersten linken Elektromotor EM1 zum Einzelradantrieb an der Hinterachse HA, mit einem zweiten rechten Elektromotor EM2 zum Einzelradantrieb an der Hinterachse HA dargestellt. Alternativ können auch ein über die Vorderachse betriebenes Fahrzeug oder ein Allradfahrzeug mit der Erfindung versehen werden, da diese auf zwei auf einer Achse angeordnete Elektromotoren EM1 und EM2 unabhängig von der Platzierung am Fahrzeug abzielt. Das Fahrzeug gemäß 1 stellt ein straßengekoppeltes Hybrid- oder Elektro-Fahrzeug dar. Das Fahrzeug weist mindestens eine elektronische Steuereinheit 1, insbesondere als oder in einem Motorsteuergerät, auf. Die Steuereinheit 1 ist beispielsweise durch ein entsprechend programmiertes Funktions-Modul (Computer-Programm-Produkt) derart ausgestaltet, dass damit folgendes erfindungsgemäßes Verfahren, welches in 2 als Ablaufdiagramm dargestellt ist, während der Fahrt durchführbar ist:
    • In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Überprüfen durch das Steuergerät 1, ob ein Umschalten in Drehzahlregelung für einen vorgegebenen, kurzen Zeitraum unter vorgegebenen Bedingungen, während sich das Fahrzeug bewegt, möglich ist.
  • Die zu erfüllenden Bedingungen sind:
    • - S11: die aktuell erfassten Drehzahlen beider Elektromotoren EM1 und EM2 sind gleich, was bei Geradeausfahrt ohne Schlupf der Fall ist, d.h. Nist_EM1 = Nist_EM2
    • - S12: die Fahrzeuggeschwindigkeit ist unterhalb einer maximal erlaubten Fahrzeuggeschwindigkeit von z.B. 30 km/h oder weniger. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch die Drehzahl N der Elektromotoren EM1 und EM2 bestimmt werden. Es muss also gelten, dass N ≤ Nmax, wobei Nmax aus der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden kann und umgekehrt. Die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit kann abhängig von den verwendeten Elektromotoren EM1 und EM2 oder anderen Bedingungen vom Fachmann festgelegt werden.
    • - S13: Das Lenkrad befindet sich in einer Geradestellung oder innerhalb eines Toleranzbereichs von z.B. ± 2 Grad, wobei der Toleranzbereich ebenfalls vom Fachmann festgelegt werden kann. Die Geradestellung kann z.B. durch im Fahrzeug vorhandene Hilfsmittel unterstützt werden, z.B. „steer by wire“.
    • - S14: Die Gierrate, also die Fahrzeugdrehgeschwindigkeit um die Z-Achse, darf einen vorgegebenen Wert N_z_max nicht überschreiten. Auch dieser Wert kann in Abhängigkeit von der Anwendung von dem Fachmann gewählt werden und sollte möglichst gering sein.
  • Wenn alle Bedingungen erfüllt sind (ja), wird der zweite Schritt S2 durchgeführt, nämlich die tatsächliche Kalibrierung. Hierzu wird die Drehzahlregelung für eine vorgegebene, kurze Zeit Δt aktiviert. Während dieser Zeit Δt wird die Differenz zwischen Soll-Moment des ersten Elektromotors und Soll-Moment des zweiten Elektromotors ermittelt: Δ Msoll = Msoll _ EM1 _ N _ Regler - Msoll _ EM2 _ N _ Regler
    Figure DE102019100324A1_0002
    Auf Basis der Differenzwerte wird ein Kennfeld bzw. eine Kennlinie erstellt, welche Korrekturwerte ΔMsoll(Msoll) basierend auf aktuellen Soll-Momenten vorgibt. Danach ist die Kalibrierung abgeschlossen und es kann wieder zur Momentregelung übergegangen werden. Während der Momentregelung werden die Korrekturwerte ΔMsoll(Msoll) jeweils auf die Soll-Momente der beiden Elektromotoren MSoll_EM1 und MSoll_EM2 addiert.
  • Wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist (nein), dann wird Schritt S1 erneut durchgeführt, d.h. die Drehzahlregelung und damit die Kalibrierung wird so lange nicht aktiviert, bis wieder alle Bedingungen S11-S14 erfüllt sind.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren (EM1; EM2) in zweiachsigen Kraftfahrzeugen mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (1), wobei die Steuereinheit (1) derart ausgestaltet ist, dass, während sich das Fahrzeug bewegt, folgende Schritte ausgeführt werden: - erster Schritt (S1): ◯ Prüfen, ob vorgegebene Bedingungen (S11-S14) für eine Umschaltung von einer Momentenregelung in eine Drehzahlregelung erfüllt sind, und wenn dies der Fall ist: ◯ Umschalten in die Drehzahlregelung für einen vorgegebenen Zeitraum (Δt), - zweiter Schritt (S2), der während des Zeitraums (Δt) ausgeführt wird, in dem die Drehzahlregelung aktiv ist: ◯ Erfassen und Speichern der Soll-Momente (Msoll_EM1_N_Regler; Msoll_EM2_N_Regler) der beiden Elektromotoren (EM1; EM2), und ◯ Bilden einer Differenz aus den erfassten Soll-Momenten (Msoll_EM1_N_Regler; Msoll_EM2_N_Regler) der beiden Elektromotoren (EM1; EM2), wobei ein momentenabhängiges Kennfeld mit Korrekturwerten (ΔMsoll(Msoll)) auf Basis dieser Differenz erstellt wird, wobei nach der Deaktivierung der Drehzahlregelung die Soll-Momente (Msoll_EM1; Msoll_EM2) während der Momentenregelung durch die Korrekturwerte (ΔMsoll(Msoll)) korrigiert werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erfüllenden Bedingungen mindestens eine aus nachfolgenden Bedingungen sind: a. die aktuellen Drehzahlen (Nist EM1; Nist EM2) beider Elektromotoren (EM1; EM2) sind gleich, b. die Fahrzeuggeschwindigkeit ist kleiner als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit, c. das Lenkrad befindet sich in einer Geradestellung oder innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, d. die Gierrate des Fahrzeugs ist innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Drehzahl (Nist EM1; Nist EM2) der Elektromotoren (EM1; EM2) bestimmt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahl-Sollwert (Nsoll) für die beiden Drehzahlregler der Elektromotoren (EM1; EM2) ein Wert nah zur aktuellen Ist-Drehzahl gewählt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Momente der Elektromotoren (EM1; EM2) aus den Drehzahlreglern (Msoll_EM1_N_Regler; Msoll_EM2_N_Regler) der Elektromotoren (EM1; EM2) ausgegeben werden.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus vorab gespeicherten Sollmoment-Werten ein momentabhängiges Kennfeld bzw. eine Kennlinie mit Korrekturwerten (ΔMsoll(Msoll)) erstellt wird, wobei die Korrekturwerte (ΔMsoll(Msoll)) während des Zeitraums der Momentregelung zu den Sollmoment-Werten (Msoll_EM1; Msoll_EM2) der Momentregelung hinzuaddiert werden.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeit der Durchführung des zweiten Schritts (S2) auf eine Aktivierung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums beschränkt ist.
  8. Verfahren zur Kalibrierung zweier auf einer Achse angeordneter Elektromotoren (EM1; EM2) in zweiachsigen Kraftfahrzeugen mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (1), wobei während sich das Fahrzeug bewegt, folgende Schritte ausgeführt werden: - erster Schritt (S1): ◯ Prüfen, ob vorgegebene Bedingungen (S11-S14) für eine Umschaltung von einer Momentenregelung in eine Drehzahlregelung erfüllt sind, und wenn dies der Fall ist: ◯ Umschalten in die Drehzahlregelung für einen vorgegebenen Zeitraum (Δt), - zweiter Schritt (S2), der während des Zeitraums (Δt) ausgeführt wird, in dem die Drehzahlregelung aktiv ist: ◯ Erfassen und Speichern der Soll-Momente (Msoll_EM1_N_Regler; Msoll_EM2_N_Regler) der beiden Elektromotoren (EM1; EM2), und ◯ Bilden einer Differenz aus den erfassten Soll-Momenten (Msoll_EM1_N_Regler; Msoll_EM2_N_Regler) der beiden Elektromotoren (EM1; EM2), wobei ein momentenabhängiges Kennfeld mit Korrekturwerten (ΔMsoll(Msoll)) auf Basis dieser Differenz erstellt wird, wobei nach der Deaktivierung der Drehzahlregelung die Soll-Momente (Msoll_EM1; Msoll_EM2) während der Momentenregelung durch die Korrekturwerte (ΔMsoll(Msoll)) korrigiert werden.
  9. Computer-Programmprodukt für die mindestens eine elektronische Steuereinheit (1) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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