DE102019113772A1 - Method for estimating a torque of at least one electric drive motor of a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung eines Drehmoments mindestens eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs, welcher über einen, eine Energiespeicher- und/oder Fahrdrahtspannung wandelnden Frequenzumrichter gespeist wird, wobei die dem Antriebsmotor zugeführte Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mittels einer Detektionseinheit erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität mindestens eines, einen elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs speisenden Frequenzumrichters, bei welchem die dem Antriebsmotor zugeführte Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mittels einer Detektionseinheit erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen wird sowie eine Antriebseinheit zur Regelung eines elektrischen Antriebsmotors und ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit.

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The present invention relates to a method for estimating a torque of at least one electric drive motor of a vehicle, which is fed via a frequency converter that converts an energy storage and / or contact wire voltage, the output frequency of the frequency converter supplied to the drive motor being detected by means of a detection unit and the speed of the Drive motor is compared. The invention also relates to a method for checking the functionality of at least one frequency converter feeding an electric drive motor of a vehicle, in which the output frequency of the frequency converter fed to the drive motor is detected by means of a detection unit and compared with the speed of the drive motor, and a drive unit for regulating an electric drive motor and a vehicle with a drive unit.
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung eines Drehmoments mindestens eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs, welcher über einen Energiespeicher- und/oder Fahrdrahtspannung wandelnden Frequenzumrichter gespeist wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität mindestens eines, einen elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs speisenden Frequenzumrichters sowie eine Antriebseinheit zur Regelung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit.The present invention relates to a method for estimating a torque of at least one electric drive motor of a vehicle, which is fed via a frequency converter which converts energy storage and / or contact wire voltage. The invention also relates to a method for checking the functionality of at least one frequency converter feeding an electric drive motor of a vehicle, as well as a drive unit for controlling an electric drive motor of a vehicle and a vehicle with a drive unit.

Die Erfindung kann beispielsweise bei elektrischen Fahrzeugen, wie beispielsweise Elektro- oder Trolleybussen, eingesetzt werden. Als besonders hilfreich hat sich der Einsatz bei einzelradgetriebenen Fahrzeugen erwiesen, bei welchen für jedes Rad des Fahrzeugs ein eigener Antriebsmotor vorgesehen ist. Der Einsatz von Einzelradantrieben, das heißt beispielsweise von Radnabenantrieben oder radnahen Elektromotoren, in Elektrofahrzeugen ermöglicht bessere Fahrdynamikfunktionen sowie mehr Freiheitsgrade für die Anordnung der Antriebsstrangkomponenten im Vergleich zu anderen Antriebsarten.The invention can be used, for example, in electric vehicles such as electric or trolley buses. The use in single-wheel drive vehicles has proven to be particularly helpful, in which a separate drive motor is provided for each wheel of the vehicle. The use of individual wheel drives, i.e. wheel hub drives or electric motors close to the wheel, in electric vehicles enables better driving dynamics functions and more degrees of freedom for the arrangement of the drive train components compared to other types of drive.

Eine Herausforderung für die Fahrdynamik- und Antriebsstrangregelung besteht jedoch in einer geeigneten Ansteuerung der einzelnen Antriebseinheiten. Die Antriebseinheiten werden in der Regel von einem Antriebsmotor gebildet, welcher über einen dem Antriebsmotor vorgeschalteten Frequenzumrichter gespeist wird. Der Frequenzumrichter wandelt dabei etwa eine Energiespeicherspannung, wie die einer Batterie, und/oder eine Fahrdrahtspannung, wenn es sich etwas um einen Trolleybus handelt, welcher über einen Stromabnehmer mittels eines Fahrdrahts gespeist wird, in eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz, mittels welcher der Antriebsmotor angesteuert wird.However, a challenge for the vehicle dynamics and drive train control is a suitable control of the individual drive units. The drive units are usually formed by a drive motor which is fed via a frequency converter connected upstream of the drive motor. The frequency converter converts an energy storage voltage, such as that of a battery, and / or a contact wire voltage, if it is a trolleybus, which is fed via a current collector by means of a contact wire, into an alternating voltage with a predetermined frequency, by means of which the drive motor is controlled.

Insbesondere bei elektrischen Fahrzeugen hat es sich jedoch aus Gründen der Sicherheit als erforderlich erwiesen, dass das Antriebsmoment mit einer hohen Sicherheit ermittelt wird. Insbesondere bei einzelradgetriebenen Fahrzeugen ist die Bestimmung der Antriebsmomente der einzelnen Räder hochsicherheitsrelevant. Bei derartigen Antriebsmotoren von Fahrzeugen tritt prinzipbedingt immer ein sog. Schlupf auf, d. h. die Drehfrequenz des elektrischen Feldes unterscheidet sich momentabhängig von der mechanischen Frequenz der Motorachse. Die Stabilität eines Fahrzeuges ist dann gegeben, wenn die relative Abweichung der Antriebsmomente der einzelnen Räder oder die Abweichung vom eingestellten Drehmoment nicht zu groß wird. Wird diese Abweichung jedoch überschritten, kann es beispielsweise dazu kommen, dass das Fahrzeug nicht mehr entsprechend dem normalen Betrieb funktionieren kann, weil beispielsweise im schlimmsten Fall sogar ein Rad in die falsche Richtung dreht. Dies kann dann zu einer Gefährdung sowohl der Insassen des Fahrzeugs als auch von sich in der Umgebung aufhaltenden Person oder Gegenständen führen.In the case of electric vehicles in particular, however, it has proven necessary for reasons of safety that the drive torque is determined with a high degree of reliability. In particular in the case of single-wheel drive vehicles, the determination of the drive torques of the individual wheels is highly relevant to safety. In the case of drive motors of this type in vehicles, a so-called slip always occurs due to the principle involved. H. the rotational frequency of the electric field differs depending on the moment from the mechanical frequency of the motor axis. A vehicle is stable when the relative deviation of the drive torque of the individual wheels or the deviation from the set torque is not too great. If this deviation is exceeded, however, it can happen, for example, that the vehicle can no longer function according to normal operation because, for example, in the worst case, a wheel can even turn in the wrong direction. This can then endanger both the occupants of the vehicle and persons or objects in the vicinity.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mittels welcher das Drehmoment mit hoher Sicherheit, jedoch mit einer vergleichbar geringen Genauigkeit, ermittelt werden kann.Against this background, the invention has the object of specifying a method by means of which the torque can be determined with a high degree of reliability, but with a comparably low accuracy.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die dem Antriebsmotor zugeführte Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mittels einer Detektionseinheit erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen wird.In a method of the type mentioned at the beginning, the object is achieved in that the output frequency of the frequency converter supplied to the drive motor is detected by means of a detection unit and compared with the speed of the drive motor.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, zuverlässig größere Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Drehmomenten ermitteln zu können, um so auf mögliche Fehler in der Antriebseinheit und insbesondere dem Antriebsmotor und/oder dem Frequenzumrichter rückschließen zu können. Insbesondere können auf diese Weise bei einzelradgetriebenen Fahrzeugen die Drehmomentwerte von mehreren einer Achse zugeordneten Antriebsmotoren miteinander verglichen werden. So kann eine Absicherung, insbesondere durch eine redundante Ermittlung des Drehmoments, vorgenommen werden, wodurch die Sicherheitsstandards zusätzlich erhöht werden können. Das Drehmoment kann einem Plausibilierungstest unterzogen und das Drehmoment mit einer hohen Sicherheit, aber geringen Genauigkeit abgeschätzt werden.With the aid of the method according to the invention, it is possible to reliably determine larger deviations between the target and actual torques in order to be able to draw conclusions about possible errors in the drive unit and in particular the drive motor and / or the frequency converter. In particular, in this way, in the case of single-wheel drive vehicles, the torque values of several drive motors assigned to an axle can be compared with one another. In this way, a safeguard, in particular by redundant determination of the torque, can be carried out, whereby the safety standards can be additionally increased. The torque can be subjected to a plausibility test and the torque can be estimated with a high degree of reliability but low accuracy.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht mindestens eine Steuereinheit zur Abschätzung des Drehmoments vor. Besonders bevorzugt kann in der Steuereinheit das durch die Detektionseinheit erfasste Signal der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mit der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen werden. Für die Berechnung kann der Steuereinheit das Drehmoment als Sollwert vorgegeben und/oder in dieser hinterlegt sein. Auf diese Weise kann ein Vergleich der einzelnen Drehmomente vorgenommen und die Abweichung bestimmt werden. Insbesondere kann aus der Differenz der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters und der Drehzahl des Antriebsmotors ein Maß für den Schlupf berechnet werden, welches proportional zu dem an dem Antriebsmotor aufgebauten Drehmoment ist und welches zur Auswertung herangezogen werden kann.A preferred embodiment provides at least one control unit for estimating the torque. Particularly preferably, the signal of the output frequency of the frequency converter detected by the detection unit can be compared with the speed of the drive motor in the control unit. For the calculation, the torque can be specified for the control unit as a setpoint and / or stored in it. In this way, the individual torques can be compared and the deviation determined. In particular, a measure for the slip can be calculated from the difference between the output frequency of the frequency converter and the speed of the drive motor, which is proportional to the torque built up on the drive motor and which can be used for evaluation.

Eine in diesem Zusammenhang vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in dem Frequenzumrichter integriert angeordnet ist und mittels dieser die Ausgangsfrequenz erzeugt wird. Insoweit können vorhandene Strukturen auch für die Abschätzung des Drehmoments verwendet werden. Besonders bevorzugt kann das von der Steuereinheit des Frequenzumrichters erzeugte Signal aus dem Frequenzumrichter herausgeführt und dem Antriebsmotor und/oder der Detektionseinheit zugeführt werden. In der Steuereinheit kann ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt werden. Insbesondere kann ein Träger-Rechtecksignal mit einer Frequenz im kHz-Bereich mit einer Grundfrequenz im Hz-Bereich in seiner Impulsbreite moduliert werden. Das so erzeugte Signal kann dann als Ausgangssignal zur Ansteuerung der Leistungsendstufe zur Versorgung des Antriebsmotors dienen. Besonders bevorzugt kann die so erzeugte Ausgangsfrequenz der elektrischen Drehfeldfrequenz des angeschlossenen Antriebsmotors entsprechen.An embodiment advantageous in this context provides that the control unit is arranged integrated in the frequency converter and the output frequency is generated by means of this. In this respect, existing structures can also be used for estimating the torque. Particularly preferably, the signal generated by the control unit of the frequency converter can be led out of the frequency converter and fed to the drive motor and / or the detection unit. A pulse-width modulated signal can be generated in the control unit. In particular, a carrier square-wave signal with a frequency in the kHz range can be modulated in its pulse width with a fundamental frequency in the Hz range. The signal generated in this way can then serve as an output signal for controlling the power output stage for supplying the drive motor. The output frequency generated in this way can particularly preferably correspond to the electrical rotating field frequency of the connected drive motor.

Ferner vorteilhaft ist mindestens eine zweite, außerhalb oder innerhalb des Frequenzumrichters angeordnete Steuereinheit. Dies hat sich insbesondere aus Redundanzgründen als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere kann zusätzlich zu der ersten, in dem Frequenzumrichter integriert angeordneten und die Ausgangsfrequenz erzeugenden Steuereinheit eine weitere Steuereinheit innerhalb des Frequenzumrichters angeordnet sein. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, eine zweite Steuereinheit vorzusehen. Besonders bevorzugt kann die erste Steuereinheit auch zusätzlich die Aufgaben der zweiten Steuereinheit übernehmen. Eine Anordnung der zweiten Steuereinheit außerhalb des Frequenzumrichters bietet den Vorteil, dass kein direkter Eingriff in den Frequenzumrichter notwendig ist, und der Frequenzumrichter so beispielsweise als eine Art Black Box gehandhabt werden kann. Zudem bestünde dann die Möglichkeit einer Austauschbarkeit. Mittels einer zweiten, insbesondere von dem Frequenzumrichter autarken Steuereinheit kann die Sicherheit weiter erhöht werden, da eine vom Frequenzumrichter unabhängige Steuereinheit der Signalauswertung dient. Tritt beispielsweise ein Fehler in der Steuereinheit des Frequenzumrichters auf, kann dies durch die weitere Steuereinheit detektiert und im Rahmen von Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigt werden. Auf diese Weise können auch Fehler im Frequenzumrichter ermittelt und zuverlässig behandelt werden.At least one second control unit arranged outside or inside the frequency converter is also advantageous. This has proven to be particularly advantageous for reasons of redundancy. In particular, in addition to the first control unit which is integrated in the frequency converter and which generates the output frequency, a further control unit can be arranged within the frequency converter. However, it is not absolutely necessary to provide a second control unit. Particularly preferably, the first control unit can also take over the tasks of the second control unit. An arrangement of the second control unit outside the frequency converter offers the advantage that no direct intervention in the frequency converter is necessary and the frequency converter can thus be handled as a kind of black box, for example. In addition, there would then be the possibility of interchangeability. Safety can be further increased by means of a second control unit, in particular one that is independent of the frequency converter, since a control unit that is independent of the frequency converter is used for signal evaluation. If, for example, an error occurs in the control unit of the frequency converter, this can be detected by the further control unit and taken into account as part of safety measures. In this way, errors in the frequency converter can also be determined and reliably dealt with.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Antriebsmotors, insbesondere mittels eines Drehzahlgebers, erfasst und mittels einer Steuereinheit ausgewertet wird. Besonders bevorzugt kann der Drehgeber hierzu als Inkrementalgeber ausgebildet sein. Über die ermittelte Drehzahl kann dann auf das aktuelle Drehmoment geschlossen werden. Die Berechnung kann bevorzugt in der Steuereinheit erfolgen. Durch einen Vergleich des über die Detektionseinheit ermittelten Drehmomentes und des über den Drehzahlgeber ermittelten Drehmoments des Antriebsmotors kann dann die relative Abweichung ermittelt und das Drehmoment abgeschätzt werden. Bevorzugt kann beim Überschreiten eines Schwellwertes durch die Steuereinheit aktiv eingegriffen und der Fehlerzustand ausgeregelt werden.According to a further embodiment, it is provided that the speed of the drive motor, in particular by means of a speed sensor, is recorded and evaluated by means of a control unit. For this purpose, the rotary encoder can particularly preferably be designed as an incremental encoder. The current torque can then be deduced from the determined speed. The calculation can preferably take place in the control unit. By comparing the torque determined by the detection unit and the torque of the drive motor determined by the speed sensor, the relative deviation can then be determined and the torque estimated. If a threshold value is exceeded, the control unit can preferably intervene actively and correct the error state.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Messung der Drehzahl an der Motorachse erfolgt. Derart kann die Drehzahl direkt und ohne mögliche Fehlerquellen ermittelt und der Steuereinheit als Eingangssignal zugeführt werden. Abweichungen oder fehlerhafte Messungen, beispielsweise aufgrund weiterer Komponenten, können auf diese Weise vermieden werden.In this context, it is advantageous if the speed is measured on the motor axis. In this way, the speed can be determined directly and without possible sources of error and fed to the control unit as an input signal. Deviations or incorrect measurements, for example due to other components, can be avoided in this way.

Bevorzugt ist ferner, wenn zur Ermittlung der Richtung des Drehmoments Richtungsinformationen des Drehzahlgebers ausgewertet werden. Durch die Ermittlung der Richtungsinformation kann zusätzlich Aufschluss über den Betriebszustand des Antriebsmotors gewonnen werden. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob eine Drehung in die richtige Richtung erfolgt. Dreht beispielsweise ein Rad in die falsche Richtung kann dies erkannt und berücksichtigt werden.It is also preferred if direction information from the speed sensor is evaluated to determine the direction of the torque. By determining the directional information, additional information about the operating state of the drive motor can be obtained. For example, it can be determined whether a rotation is in the right direction. For example, if a wheel turns in the wrong direction, this can be recognized and taken into account.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters der Drehfeldfrequenz des Antriebsmotors entspricht. Das Ausgangssignal kann so direkt auf den Antriebsmotor übertragen und dieser entsprechend den Vorgaben durch den Frequenzumrichter betrieben werden.In a further development of the invention, it is proposed that the output frequency of the frequency converter corresponds to the rotating field frequency of the drive motor. The output signal can be transmitted directly to the drive motor and this can be operated by the frequency converter according to the specifications.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird aus der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters und der Drehzahl ein Maß für den Schlupf ermittelt, welches zur Auslösung von Sicherheitsfunktionen verwendet wird. Das Drehmoment kann insbesondere durch die Kloßsche Formel mit M/Mk = 2/((s/sk)+(sk/s)) mit dem Schlupf verknüpft werden, wobei (sk) der Kippschlupf und (Mk) das Kippmoment Datenblattwerte des Antriebsmotors darstellen. Das Drehmoment ist dabei proportional zum Schlupf, was bei der Abschätzung des Drehmoments berücksichtigt werden kann.In a further embodiment of the invention, a measure for the slip is determined from the output frequency of the frequency converter and the speed, which measure is used to trigger safety functions. The torque can in particular be linked to the slip using the Kloß formula with M / Mk = 2 / ((s / sk) + (sk / s)), with (sk) representing the tilt slip and (Mk) the tilting torque data sheet values of the drive motor . The torque is proportional to the slip, which can be taken into account when estimating the torque.

Als Sicherheitsfunktionen können beispielsweise verschiedene Maßnahmen eingeleitet werden, wie beispielsweise die Ausgabe eines Warnhinweises und/oder die Einleitung einer Notbremsung. Die Sicherheitsfunktionen können insbesondere aktiv und/oder passiv beim Vorliegen eines gefährlichen Betriebszustands eingeleitet werden. Beschädigungen oder Verletzungen kann auf diese Weise entgegengewirkt werden.Various measures can be initiated as safety functions, for example, such as the output of a warning and / or the initiation of emergency braking. The safety functions can in particular be initiated actively and / or passively when a dangerous operating state is present. Damage or injuries can be counteracted in this way.

Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird die Ausgangsfrequenz in der Detektionseinheit passiv, insbesondere mittels eines Tiefpasses, erfasst. Besonders bevorzugt kann der Tiefpass durch ein RC-Glied und/oder ein RLC-Glied gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Integrator vorgesehen sein. Durch eine entsprechende Filterung kann ein Ausgangssignal generiert werden, welches die reine Grundfrequenz des modulierten Signals enthält. Die Trägerfrequenz kann unterdrückt bzw. ausgefiltert werden. Besonders bevorzugt kann das zu detektierende Ausgangssignal des Frequenzumrichters entweder direkt an der Steuereinheit, beispielsweise am Controller der PWM-Ausgänge oder vor dem Treiber der Leistungsendstufe, abgegriffen werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sämtliche Komponenten, und insbesondere die zweite Steuereinheit, auf dem gleichen Potential liegen, wodurch auf zusätzliche Isolationen verzichtet werden kann.According to a structural embodiment, the output frequency in the detection unit is passive, in particular by means of a low pass, detected. The low-pass filter can particularly preferably be formed by an RC element and / or an RLC element. Alternatively or additionally, an integrator can also be provided. Appropriate filtering can generate an output signal that contains the pure fundamental frequency of the modulated signal. The carrier frequency can be suppressed or filtered out. The output signal of the frequency converter to be detected can particularly preferably be tapped either directly at the control unit, for example at the controller of the PWM outputs or in front of the driver of the power output stage. In this way it can be ensured that all components, and in particular the second control unit, are at the same potential, so that additional insulation can be dispensed with.

Besonders bevorzugt ist, wenn bei einer Abweichung von einem Drehmomentreferenzwert ein Signal zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen erzeugt wird. Als Drehmomentreferenzwert kann insbesondere ein Drehmomentsollwert, ein ermittelter Drehmoment Ist-Wert und/oder das insbesondere auf anderem, mit geringer Sicherheit ermittelte Drehmoment herangezogen werden. So kann beispielsweise das Fahrzeug und/oder die Antriebseinheit abgeschaltet oder eine Notbremsung eingeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Signale erzeugt werden, welche einer entsprechenden fehlerhaften Regelung entgegenwirken. So könnte beispielsweis Einfluss auf die Steuereinheit des Frequenzumrichters genommen und ein Korrektursignal an den Antriebsmotor übermittelt werden.It is particularly preferred if a signal for initiating safety measures is generated in the event of a deviation from a torque reference value. In particular, a torque setpoint value, a determined torque actual value and / or the torque determined on another, with little certainty, can be used as the torque reference value. For example, the vehicle and / or the drive unit can be switched off or emergency braking can be initiated. Alternatively or additionally, signals can also be generated which counteract a corresponding faulty regulation. For example, the control unit of the frequency converter could be influenced and a correction signal could be transmitted to the drive motor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Drehmomente mehrerer Antriebsmotoren, insbesondere von mehreren eine Antriebsachse zugeordneten Antriebsmotoren, gleichzeitig abgeschätzt und die so ermittelten Drehmomente miteinander verglichen. Derart kann ein mögliches fehlerhaftes Verhalten einzelner Komponenten des Antriebsstranges frühzeitig erkannt und diesem Zustand entgegenwirkt werden, bevor ein gefährlicher Betriebszustand eintreten kann. So können plötzliche und ungleichmäßige Drehmomentausbildungen an den verschiedenen Antriebsmotoren zuverlässig erkannt und eine Abschaltung daraus abgeleitet werden. Besonders bevorzugt können die Drehmomentwerte von zwei Antriebsmotoren der gleichen Achse miteinander verglichen werden.According to an advantageous embodiment, the torques of a plurality of drive motors, in particular of a plurality of drive motors assigned to a drive axle, are estimated simultaneously and the torques determined in this way are compared with one another. In this way, a possible faulty behavior of individual components of the drive train can be detected early and this state can be counteracted before a dangerous operating state can occur. In this way, sudden and uneven torque build-ups on the various drive motors can be reliably detected and shutdown can be derived from them. It is particularly preferable for the torque values of two drive motors on the same axis to be compared with one another.

Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass bei mehreren Frequenzumrichtern eine Kreuzprüfung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Redundanz erzeugt und insbesondere kann auf zusätzliche Steuereinheiten verzichtet werden. Die Kosten können so weiter reduziert werden. Die Kreuzüberprüfung kann insbesondere eine Diagnosefunktion übernehmen. In diesem Fall kann die Steuereinheit eines ersten Frequenzumrichters die Überprüfung und Auswertung des Drehmoments eines zweiten Frequenzumrichters und umgekehrt. Dieses Prinzip kann insbesondere auch auf eine Vielzahl von Antriebsmotoren übertragen werden.According to a structural embodiment, it is proposed that a cross check be carried out if there are several frequency converters. In this way, additional redundancy can be generated and, in particular, additional control units can be dispensed with. The costs can thus be further reduced. The cross check can in particular take on a diagnostic function. In this case, the control unit of a first frequency converter can check and evaluate the torque of a second frequency converter and vice versa. This principle can in particular also be applied to a large number of drive motors.

Besonders bevorzugt ist der Antriebsmotor als Einzelradantrieb ausgebildet. Auf diese Weise können die Räder eines Fahrzeugs unabhängig voneinander angetrieben werden. Die Verwendung von Einzelradantrieben bietet den Vorteil, dass auf Differenzialbetriebe verzichtet und über die Verteilung der Antriebsleitung auf die Fahrstabilität Einfluss genommen werden kann. Zusätzlich kann die Kraftübertragung auf mehrere Räder entfallen und eine Antischlupfregelung ist ohne Bremsung möglich. Insgesamt kann Bauraum und Gestaltungsfreiheit für das Fahrzeug gewonnen werden. Besonders bevorzugt ist, wenn das Fahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet ist.The drive motor is particularly preferably designed as a single wheel drive. In this way, the wheels of a vehicle can be driven independently of one another. The use of individual wheel drives offers the advantage that differential drives are dispensed with and driving stability can be influenced by distributing the drive line. In addition, the power transmission to several wheels can be omitted and anti-slip control is possible without braking. Overall, installation space and freedom of design can be gained for the vehicle. It is particularly preferred if the vehicle is designed as an electric vehicle.

Es ist ferner möglich, dass der Antriebsmotor als Asynchronmaschine ausgebildet ist. Insbesondere in Kombination mit einem entsprechend gesteuerten Frequenzumrichter ist er in der Lage, gegen große Gegenmomente von Antriebsmaschinen anzulaufen. Auf diese Weise kann ein robuster und kostengünstiger Antriebsmotor realisiert werden.It is also possible that the drive motor is designed as an asynchronous machine. Particularly in combination with a correspondingly controlled frequency converter, it is able to start up against large counter-torques from drive machines. In this way, a robust and inexpensive drive motor can be implemented.

Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird weiter vorgeschlagen, dass der Frequenzumrichter mindestens eine Schnittstelle aufweist, mittels welcher die Messwerte aus dem Frequenzumrichter herausgeführt werden. Auf diese Weise kann der Abgriff der Signale, auch ohne einen direkten Eingriff in den Frequenzumrichter, erfolgen. So kann der Frequenzumrichter als autarke Einheit ausgebildet werden. Über eine Schnittstelle können dann weitere Komponenten, wie beispielsweise Steuereinheiten, angeschlossen und zur Überprüfung des Signals verwendet werden. Die Integrität kann so weiter erhöht werden.According to a structural embodiment, it is further proposed that the frequency converter has at least one interface by means of which the measured values are taken out of the frequency converter. In this way, the signals can be picked up without direct intervention in the frequency converter. The frequency converter can be designed as an independent unit. Additional components, such as control units, can then be connected via an interface and used to check the signal. The integrity can be increased further.

Bei einem Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die dem Antriebsmotor zugeführte Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters mittels einer Detektionseinheit erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen wird.In a method for checking the functionality of the type mentioned at the beginning, the object is achieved in that the output frequency of the frequency converter fed to the drive motor is detected by means of a detection unit and compared with the speed of the drive motor.

Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Abschätzung des Drehmoments beschrieben wurden. Dabei können sämtliche Merkmale allein oder in Kombination Anwendung finden.The same advantages result which have already been described in connection with the method for estimating the torque. All the features can be used alone or in combination.

Mit Hilfe eines entsprechenden Verfahrens kann ein mögliches fehlerhaftes Verhalten von Komponenten des Antriebsstrangs frühzeitig erkannt werden, insbesondere bevor ein gefährlicher Betriebszustand eintritt. So könnte beispielsweise eine ungleichmäßige Drehmomentausbildung an einzelnen Antriebsmotoren erkannt und eine Abschaltung des Antriebsmotors daraus abgeleitet werden. Die Sicherheit kann auf diese Weise weiter erhöht werden. Insbesondere kann das Drehmoment mit einer hohen Sicherheit, aber geringen Genauigkeit, abgeschätzt und mit dem vom Frequenzumrichter ermittelten Drehmoment verglichen werden. Es ist somit nicht erforderlich, die Motorströme redundant zu erfassen, was ein erhebliches Einsparpotential sowohl auf der Hardwareseite als auch bei den Anforderungen an die Softwareentwicklung bietet.With the help of a corresponding method, a possible faulty behavior of components of the drive train can be detected at an early stage especially before a dangerous operating state occurs. For example, an uneven torque development on individual drive motors could be detected and shutdown of the drive motor derived from this. The security can be further increased in this way. In particular, the torque can be estimated with a high degree of certainty but with low accuracy and compared with the torque determined by the frequency converter. It is therefore not necessary to record the motor currents redundantly, which offers considerable savings potential both on the hardware side and in terms of software development requirements.

Bei einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sie zur Durchführung eines Verfahrens zur Abschätzung des Drehmoments ausgebildet ist. Auch hier ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits vorbeschrieben wurden. Sämtliche Merkmale der vorbeschriebenen Verfahren können ebenfalls allein oder in Kombination Anwendung finden.In the case of a drive unit of the type mentioned at the beginning, the object is achieved in that it is designed to carry out a method for estimating the torque. Here, too, there are the same advantages that have already been described above. All of the features of the methods described above can also be used alone or in combination.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug mit einer Antriebseinheit der vorbeschriebenen Art gelöst.The object is also achieved by a vehicle with a drive unit of the type described above.

Auch die anhand des Verfahrens zur Überprüfung der Funktionalität, der Antriebseinheit des Fahrzeugs beschriebenen Merkmale können bei einem Verfahren zur Abschätzung des Drehmoments eingesetzt werden.The features described using the method for checking the functionality of the drive unit of the vehicle can also be used in a method for estimating the torque.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Hierin zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Antriebseinheit.
  • 2 eine Detaildarstellung der Antriebseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Antriebseinheiten und separater Steuereinheit.
  • 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels mit zwei Antriebseinheiten.
Further details and advantages of the invention are to be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawings. Show here:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of a drive unit.
  • 2 a detailed representation of the drive unit according to the first embodiment.
  • 3 a schematic representation of a second embodiment with two drive units and a separate control unit.
  • 4th a schematic representation of a third embodiment with two drive units.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Teils einer Antriebseinheit 2 eines Fahrzeugs 1. Wie dies zu erkennen ist, weist die Antriebseinheit 2 mindestens einen Antriebsmotor 3 sowie einen mit dem Antriebsmotor 3 verbundenen Frequenzumrichter 4 auf. Der Antriebsmotor 3 wird von dem Frequenzumrichter 4 mit einer vorgegebenen Ausgangsfrequenz angesteuert. Mit Hilfe des Frequenzumrichters 4 kann eine Energiespeicher- und/oder Fahrdrahtspannung in eine zum Betrieb des Antriebsmotors 3 nutzbare Spannung gewandelt werden. Der Antriebsmotor 3 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Einzelradantrieb ausgebildet. Ferner wird der Antriebsmotor 3 als Asynchronmaschine betrieben. 1 shows a first embodiment of part of a drive unit 2 of a vehicle 1 . As can be seen, the drive unit 2 at least one drive motor 3 and one with the drive motor 3 connected frequency converter 4th on. The drive motor 3 is controlled by the frequency converter 4th controlled with a specified output frequency. With the help of the frequency converter 4th can convert an energy storage and / or contact wire voltage into one for operating the drive motor 3 usable voltage can be converted. The drive motor 3 is designed in the present embodiment as a single wheel drive. Furthermore, the drive motor 3 operated as an asynchronous machine.

Der Frequenzumrichter 4 wiederum weist eine Steuereinheit 5 auf, welche in diesen integriert ist und mittels welcher eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt wird. Die so erzeugte Ausgangsfrequenz FA des Frequenzumrichters 4 entspricht dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der elektrischen Drehfeldfrequenz des angeschlossenen Antriebsmotors 3. Zwischen die Steuereinheit 5 und den Antriebsmotor 3 ist ferner eine Treiber-/Leistungsstufeneinheit 7 zwischengeschaltet.The frequency converter 4th in turn has a control unit 5 which is integrated in this and by means of which an alternating voltage is generated with a predetermined frequency. The output frequency thus generated Q A of the frequency converter 4th corresponds in the present exemplary embodiment to the electrical rotating field frequency of the connected drive motor 3 . Between the control unit 5 and the drive motor 3 is also a driver / power stage unit 7th interposed.

Bei entsprechenden Fahrzeugen 1, insbesondere elektrischen Fahrzeugen 1, ist es aus Gründen der Sicherheit notwendig, das Antriebsmoment mit einer hohen Sicherheit (ASIL), jedoch mit einer vergleichbar geringen Genauigkeit zu ermitteln. Insbesondere beim einzelradangetriebenen Fahrzeugen 1 ist die Bestimmung der relativen Abweichung der Antriebsmomente der einzelnen Räder sicherheitsrelevant.With corresponding vehicles 1 , especially electric vehicles 1 , for safety reasons it is necessary to determine the drive torque with a high level of safety (ASIL), but with a comparably low level of accuracy. Especially with single-wheel drive vehicles 1 the determination of the relative deviation of the drive torques of the individual wheels is relevant to safety.

Insoweit wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, welches zur Abschätzung eines Drehmoments DMD mindestens eines elektrischen Antriebsmotors 3 eines Fahrzeugs 1 vorgesehen ist, wobei der Antriebsmotor 3 über einen Energiespeicher- und/oder Fahrdrahtspannung wandelnden Frequenzumrichter 4 gespeist wird. Das Ausgangssignal FA der Steuereinheit 5 des Frequenzumrichters 4 ist ein pulsweitenmoduliertes Signal, d. h. ein Träger-Rechtecksignal mit einer Frequenz im kHz-Bereich wird mit einer Grundfrequenz im Hz-Bereich in seiner Impulsbreite moduliert. Wird dieses Ausgangssignal FA nun über eine geeignete Detektionseinheit 6, insbesondere einen Tiefpass, geleitet, ergibt sich als Ausgangssignal die reine Grundfrequenz, wobei die Trägerfrequenz unterdrückt bzw. herausgefiltert wird.In this respect, a method is proposed according to the invention which is used to estimate a torque DM D at least one electric drive motor 3 of a vehicle 1 is provided, the drive motor 3 via an energy storage and / or contact wire voltage converting frequency converter 4th is fed. The output signal Q A the control unit 5 of the frequency converter 4th is a pulse width modulated signal, ie a carrier square wave signal with a frequency in the kHz range is modulated in its pulse width with a fundamental frequency in the Hz range. Will this output signal Q A now via a suitable detection unit 6th , in particular a low-pass filter, the output signal is the pure basic frequency, the carrier frequency being suppressed or filtered out.

Um nun das Drehmoment DMD abschätzen zu können, wird die dem Antriebsmotor 3 zugeführte Ausgangsfrequenz FA des Frequenzumrichters 4 mittels einer Detektionseinheit 6 erfasst und das so ermittelte Signal DMD mit der Drehzahl, insbesondere dem dazu proportionalen Drehmoment DMI des Antriebsmotors 3 verglichen.Now about the torque DM D To be able to estimate, that of the drive motor 3 supplied output frequency Q A of the frequency converter 4th by means of a detection unit 6th detected and the signal thus determined DM D with the speed, in particular the torque proportional to it DM I of the drive motor 3 compared.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Detektionseinheit 6 Teil des Frequenzumrichters 4. Alternativ oder zusätzlich kann diese jedoch auch außerhalb des Frequenzumrichters 4 angeordnet sein.In the present exemplary embodiment, the detection unit is 6th Part of the frequency converter 4th . Alternatively or additionally, however, this can also be done outside the frequency converter 4th be arranged.

2 zeigt eine etwas detailliertere Darstellung des Frequenzumrichters 4. Wie dies zu erkennen ist, ist die Detektionseinheit 6 als ein Tiefpass 14 ausgebildet, insbesondere als RLC-Tiefpass. Die Detektion der Ausgangsfrequenz FA erfolgt in der Detektionseinheit 6 passiv, insbesondere mit einfachen Komponenten, wie einem Tiefpass 14 aus Kondensatoren, Widerständen und/oder Induktivitäten. Alternativ oder zusätzlich könnte aber auch beispielsweise ein Integrator verwendet werden. Trotz der passiven und damit vergleichsweise einfachen Ausgestaltung kann gleichwohl eine hohe Sicherheit gewährleistet werden, da keine aufwendige Elektronik erforderlich ist. Das im Tiefpass 14 gefilterte Signal kann dann zusätzlich mittels einer Signalaufbereitungseinheit 13 behandelt werden. Optional können für alle drei Phasen des Antriebsmotors 3 Detektionseinheiten 6 vorgesehen sein. 2 shows a more detailed representation of the frequency converter 4th . Like this too can be seen is the detection unit 6th as a low pass 14th designed, in particular as an RLC low pass. The detection of the output frequency Q A takes place in the detection unit 6th passive, especially with simple components such as a low pass 14th from capacitors, resistors and / or inductors. Alternatively or additionally, however, an integrator could also be used, for example. Despite the passive and therefore comparatively simple design, a high level of security can nonetheless be guaranteed, since no complex electronics are required. That in the low pass 14th filtered signal can then additionally by means of a signal processing unit 13 be treated. Optionally, for all three phases of the drive motor 3 Detection units 6th be provided.

Der Abgriff des Ausgangssignals FA der Steuereinheit 5 des Frequenzumrichters 44 erfolgt zwischen der Steuereinheit 5 und einer Treiber-/Leistungsstufeneinheit 7. Die Detektion kann insoweit entweder direkt an der Steuereinheit 5, insbesondere an den Controller-PWM-Ausgängen oder vor dem Treiberelement 7.1-7.n der Treiber-/Leistungsstufeneinheit 7. Dies bietet den Vorteil, dass sämtliche Komponenten auf dem gleichen Potential liegen und insoweit keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen ergriffen werden müssen.The tap of the output signal Q A the control unit 5 of the frequency converter 44 takes place between the control unit 5 and a driver / power stage unit 7th . The detection can either be carried out directly on the control unit 5 especially at the controller PWM outputs or in front of the driver element 7.1-7.n the driver / power stage unit 7th . This offers the advantage that all components are at the same potential and that no additional insulation measures have to be taken.

Das mittels der Detektionseinheit 6 ausgewertete Signal DMD kann nunmehr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einer zweiten, außerhalb des Frequenzumrichters 4 angeordneten Steuereinheit 8 zugeführt werden, in welcher das Signal DMD ausgewertet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 8 jedoch auch beispielsweise innerhalb des Frequenzumrichters 4 angeordnet sein. Hierzu kann bevorzugt in der Steuereinheit 8 ein Drehmomentreferenzwert, wie beispielsweise ein Drehmomentsollwert DMs hinterlegt oder dieses Signal DMs der Steuereinheit 8 zugeführt werden.That by means of the detection unit 6th evaluated signal DM D can now, according to the first embodiment, a second, outside the frequency converter 4th arranged control unit 8th are supplied in which the signal DM D is evaluated. Alternatively or additionally, the control unit 8th but also, for example, within the frequency converter 4th be arranged. This can preferably be done in the control unit 8th a torque reference value, such as a torque setpoint value DMs, or this signal DMs from the control unit 8th are fed.

Zusätzlich zu der Detektion des Ausgangssignals FA wird die Drehzahl und insbesondere das hierzu proportionale Drehmoment DMI des Antriebsmotors 3, insbesondere mittels eines Drehzahlgebers 9, erfasst und ebenfalls an die Steuereinheit 8 übermittelt. Die Drehzahl und insbesondere das hierzu proportionale Drehmoment DMI des Antriebsmotors 3 werden dann ebenfalls mittels der Steuereinheit 8 ausgewertet. Auch das Drehmoment DMI kann als Drehmomentreferenzwert herangezogen werden. Die Messung der Drehzahl erfolgt direkt an der Motorachse. Alternativ oder zusätzlich kann dabei auch die Richtung des Drehmoments DMI anhand von Richtungsinformationen des Drehzahlgebers 9 ausgewertet werden.In addition to the detection of the output signal Q A becomes the speed and in particular the torque proportional to it DM I of the drive motor 3 , in particular by means of a speed sensor 9 , recorded and also to the control unit 8th transmitted. The speed and in particular the torque proportional to it DM I of the drive motor 3 are then also by means of the control unit 8th evaluated. The torque too DM I can be used as a torque reference value. The speed is measured directly on the motor axis. Alternatively or additionally, the direction of the torque can also be used DM I based on direction information from the speed sensor 9 be evaluated.

In der Steuereinheit 8 wird nun die dem Antriebsmotor 3 zugeführte Ausgangsfrequenz FA des Frequenzumrichters 4 und insbesondere die mittels der Detektionseinheit 6 erfasste Frequenz FA mit dem ermittelten Drehmoment DMI des Antriebsmotors 3 verglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Drehmoment DMI und/oder das Drehmoment DMD auch mit dem Sollwert DMs aber insbesondere auch mit einem beliebigen Drehmomentreferenzwert verglichen werden. Bevorzugt ist jedoch, wenn der Sollwert DMs mit der Abweichung ΔDM verglichen wird. Aus der Differenz der Ausgangsfrequenz FA des Frequenzumrichters 4 und der mechanischen Drehfrequenz der Welle kann in der Steuereinheit 8 ein Maß für den Schlupf berechnet werden, welches proportional zu dem an der im Antriebsmotor 3 aufgebauten Drehmoment DMI ist. Auf diese Weise kann die relative Abweichung ΔDM der einzelnen Signale ermittelt und ausgewertet werden. Durch einen Vergleich der einzelnen Werte DMI , DMD untereinander bzw. mit einem Drehmomentsollwert DMs kann bei einer Abweichung ΔDM von dem Drehmomentsollwert DMs ein Signal S zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen erzeugt werden. Dies können beispielsweise Warnsignale oder eine Abschaltung eines Motors 3 sein.In the control unit 8th is now the drive motor 3 supplied output frequency Q A of the frequency converter 4th and in particular by means of the detection unit 6th detected frequency Q A with the determined torque DM I of the drive motor 3 compared. Alternatively or additionally, the torque DM I and / or the torque DM D can also be compared with the setpoint DMs, but in particular also with any desired torque reference value. However, it is preferred if the setpoint DMs with the deviation ΔDM is compared. From the difference in the output frequency Q A of the frequency converter 4th and the mechanical rotation frequency of the shaft can be set in the control unit 8th a measure for the slip can be calculated, which is proportional to the one in the drive motor 3 built-up torque DM I is. In this way the relative deviation ΔDM of the individual signals can be determined and evaluated. By comparing the individual values DM I , DM D with one another or with a torque setpoint DMs, if there is a deviation ΔDM a signal S to initiate safety measures can be generated by the torque setpoint DMs. This could be warning signals or an engine shutdown 3 his.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Fahrzeug 1. Wie dies zu erkennen ist, sind nunmehr zwei Antriebseinheiten 2.1, 2.2 vorgesehen. Die Antriebseinheiten 2.1, 2.2 sind dabei identisch aufgebaut, wie dies im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben wurde. 3 shows a further embodiment of the method according to the invention in a vehicle 1 . As can be seen, there are now two drive units 2.1 , 2.2 intended. The drive units 2.1 , 2.2 are constructed identically, as with regard to the embodiment according to 1 has been described.

Im vorliegenden Fall sind insoweit zwei Antriebseinheiten 2.1, 2.2 vorgesehen, welche jeweils als Einzelradantriebe 3.1, 3.2 ausgebildet sind. Über die Steuereinheit 8 kann nunmehr die Abweichung der Drehmomente DMI1,2, DMD1,2 mehrerer Antriebsmotoren 3.1, 3.2, insbesondere von mehreren einer Antriebsachse zugeordneten Antriebsmotoren 3.1, 3.2, gleichzeitig abgeschätzt und die so ermittelten Drehmomente DMI1,2, DMD1,2 miteinander verglichen werden. Insbesondere sehr hohe Abweichungen oder eine falsche Richtung können detektiert werden, wobei auf diese Weise auf einen Fehler in der Antriebseinheit 2 geschlossen werden kann. Besonders bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren Einsatz bei einem Einzelantrieb, da hier Drehmomentwerte DMI1,2, DMD1,2 von zwei Rädern auf der gleichen Achse miteinander verglichen werden können. Dieses Verfahren kann insbesondere zur Absicherung der ohnehin vorhandenen Drehmomentermittlung DMI mittels des Drehzahlgebers 9 verwendet werden, um eine Redundanz zu erzeugen. Denn die bereits vorhandene Drehmomentermittlung DMI kann u. U. die notwendigen Sicherheitsanforderungen nicht erfüllen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren der sehr grob ermittelten Drehmomentwerte mit dem auf dem anderen unsicheren Weg gemessenen oder berechneten Drehmoment und einem Vergleich kann somit eine höhere Integrität des Drehmomentwertes hergestellt werden.In the present case there are two drive units 2.1 , 2.2 provided, each as a single wheel drive 3.1 , 3.2 are trained. Via the control unit 8th can now be the deviation of the torques DM I1,2 , DM D1,2 of several drive motors 3.1 , 3.2 , in particular from several drive motors assigned to a drive axle 3.1 , 3.2 , estimated at the same time and the thus determined torques DM I1,2 , DM D1,2 are compared with one another. In particular, very high deviations or a wrong direction can be detected, which in this way leads to a fault in the drive unit 2 can be closed. The method according to the invention is particularly preferably used with a single drive, since here torque values DM I1,2 , DM D1,2 of two wheels on the same axle can be compared with one another. This method can be used in particular to safeguard the torque determination that is already present DM I by means of the speed sensor 9 used to create redundancy. Because the already existing torque determination DM I can u. U. do not meet the necessary security requirements. The method according to the invention of the very roughly determined torque values with the torque measured or calculated on the other unsafe path and a comparison can thus produce a higher integrity of the torque value.

Wie dies ferner zu erkennen ist, können an dem Frequenzumrichter 4 ein oder mehrere Schnittstellen 10, 11, 12 vorgesehen sein, mittels welcher die Messwerte herausgeführt werden können. In diesem Fall kann der Frequenzumrichter 4 als eine autarke Einheit genutzt werden.As can also be seen, the frequency converter 4th one or more interfaces 10 , 11 , 12 be provided, by means of which the measured values can be extracted. In this case the frequency converter can 4th can be used as a self-sufficient unit.

4 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 keine zusätzliche Steuereinheit 8 vorgesehen ist. In diesem Fall wird die Überprüfung vielmehr von der jeweils anderen Steuereinheit 5.1, 5.2 des anderen Frequenzumrichters 4.1, 4.2 übernommen und umgekehrt. Insoweit findet eine Kreuzprüfung statt. Es kann insoweit auf eine zusätzliche Steuereinheit 8 verzichtet werden, wodurch Kosten und Bauraum eingespart werden kann. Das Grundprinzip ist jedoch das gleiche. 4th finally shows a further embodiment in which, in contrast to the embodiment according to FIG 3 no additional control unit 8th is provided. In this case, the checking is carried out by the other control unit 5.1 , 5.2 of the other frequency converter 4.1 , 4.2 taken over and vice versa. In this respect, a cross check takes place. In this respect, it can rely on an additional control unit 8th can be dispensed with, whereby costs and space can be saved. However, the basic principle is the same.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau kann insbesondere die Funktionalität mindestens eines, einen elektrischen Antriebsmotor 3, 3.1, 3.2 eines Fahrzeugs 1 speisenden Frequenzumrichters 4, 4.1, 4.2 durchgeführt werden, wobei die dem Antriebsmotor 4, 3.1, 3.2 zugeführte Ausgangsfrequenz FA des Frequenzumrichters 4, 4.1, 4.2 mittels einer Detektionseinheit 6, 6.1, 6.2 erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors 3, 3.1, 3.2 verglichen wird. Auf diese Weise kann das Drehmoment DMI mit einer hohen Sicherheit, aber geringen Genauigkeit abgeschätzt und mit dem vom Frequenzumrichter 4, 4.1, 4.2 ermittelten Moment DMD verglichen werden. Ein fehlerhaftes Verhalten von Komponenten der Antriebseinheit 2, 2.1, 2.2 kann so frühzeitig erkannt werden, bevor ein gefährlicher Betriebszustand eintritt. Wird ein solcher Fehlzustand festgestellt, können Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet und beispielsweise der Antriebsmotor 3, 3.1, 3.2 gegengeregelt oder abgeschaltet werden.With the structure according to the invention, in particular the functionality of at least one, an electric drive motor 3 , 3.1 , 3.2 of a vehicle 1 feeding frequency converter 4th , 4.1 , 4.2 be carried out, with the drive motor 4th , 3.1 , 3.2 supplied output frequency Q A of the frequency converter 4th , 4.1 , 4.2 by means of a detection unit 6th , 6.1 , 6.2 recorded and with the speed of the drive motor 3 , 3.1 , 3.2 is compared. This way the torque can DM I estimated with a high degree of certainty but low accuracy and with that of the frequency converter 4th , 4.1 , 4.2 determined moment DM D be compared. Incorrect behavior of components in the drive unit 2 , 2.1 , 2.2 can thus be recognized at an early stage before a dangerous operating state occurs. If such a fault condition is detected, safety measures can be initiated and, for example, the drive motor 3 , 3.1 , 3.2 be counter-regulated or switched off.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Fahrzeugvehicle
22
AntriebseinheitDrive unit
2.12.1
AntriebseinheitDrive unit
2.22.2
AntriebseinheitDrive unit
33
AntriebsmotorDrive motor
3.13.1
AntriebsmotorDrive motor
3.23.2
AntriebsmotorDrive motor
44th
Frequenzumrichterfrequency converter
4.14.1
Frequenzumrichterfrequency converter
4.24.2
Frequenzumrichterfrequency converter
55
SteuereinheitControl unit
5.15.1
SteuereinheitControl unit
5.25.2
SteuereinheitControl unit
66
DetektionseinheitDetection unit
6.16.1
DetektionseinheitDetection unit
6.26.2
DetektionseinheitDetection unit
77th
Treiber-/LeistungsstufeneinheitDriver / power stage unit
88th
SteuereinheitControl unit
99
DrehzahlgeberSpeed sensor
1010
Schnittstelleinterface
1111
Schnittstelleinterface
1212
Schnittstelleinterface
1313
SignalaufbereitungseinheitSignal conditioning unit
1414th
Tiefpass Low pass
ΔDMΔDM
DrehmomentabweichungTorque deviation
DMI DM I
Ist-Wert DrehmomentActual torque value
DMS DM S
Soll-Wert DrehmomentTarget value torque
DMD DM D
Detektiertes DrehmomentDetected torque
FA Q A
AusgangssignalOutput signal

Claims (19)

Verfahren zur Abschätzung eines Drehmoments (DMI, DMD) mindestens eines elektrischen Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1), welcher über einen, eine Energiespeicher- und/oder Fahrdrahtspannung wandelnden Frequenzumrichter (4, 4.1, 4.2) gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Antriebsmotor (3, 3.1, 3.2) zugeführte Ausgangsfrequenz (FA) des Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2) mittels einer Detektionseinheit (6, 6.1, 6.2) erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2) verglichen wird.Method for estimating a torque (DM I , DM D ) of at least one electric drive motor (3, 3.1, 3.2) of a vehicle (1) which is fed via a frequency converter (4, 4.1, 4.2) which converts an energy storage and / or contact wire voltage is characterized in that the output frequency (F A ) of the frequency converter (4, 4.1, 4.2) fed to the drive motor (3, 3.1, 3.2) is detected by means of a detection unit (6, 6.1, 6.2) and compared with the speed of the drive motor (3 , 3.1, 3.2) is compared. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch mindestens eine Steuereinheit (5, 5.1, 5.2, 8) zur Abschätzung des Drehmoments (DMI, DMD).Procedure according to Claim 1 , characterized by at least one control unit (5, 5.1, 5.2, 8) for estimating the torque (DM I , DM D ). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5, 5.1, 5.2) in dem Frequenzumrichter (4, 4.1, 4.2) integriert angeordnet ist und mittels dieser die Ausgangsfrequenz (FA) erzeugt wird.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the control unit (5, 5.1, 5.2) is arranged integrated in the frequency converter (4, 4.1, 4.2) and by means of this the output frequency (F A ) is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch mindestens eine zweite, außerhalb oder innerhalb des Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2) angeordnete Steuereinheit (8).Method according to one of the Claims 2 or 3 , characterized by at least one second control unit (8) arranged outside or inside the frequency converter (4, 4.1, 4.2). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2), insbesondere mittels eines Drehzahlgebers (9), erfasst und mittels mindestens einer Steuereinheit (5, 5.1, 5.2, 8) ausgewertet wird.Method according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the speed of the drive motor (3, 3.1, 3.2), in particular by means of a speed sensor (9), is detected and evaluated by means of at least one control unit (5, 5.1, 5.2, 8). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Drehzahl an der Motorachse erfolgt.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the speed is measured on the motor axis. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Richtung des Drehmoments (DMI, DMD) Richtungsinformationen des Drehzahlgebers (9) ausgewertet werden.Procedure according to Claim 5 or 6th , characterized in that to determine the direction of the torque (DM I , DM D ) directional information of the speed sensor (9) is evaluated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz (FA) des Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2) der Drehfeldfrequenz des Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2) entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the output frequency (F A ) of the frequency converter (4, 4.1, 4.2) corresponds to the rotating field frequency of the drive motor (3, 3.1, 3.2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Ausgangsfrequenz (FA) des Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2) und der Drehzahl ein Maß für den Schlupf ermittelt wird, welches zur Auslösung von Sicherheitsfunktionen verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a measure for the slip is determined from the output frequency (F A ) of the frequency converter (4, 4.1, 4.2) and the speed, which is used to trigger safety functions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz (FA) in der Detektionseinheit (6, 6.1, 6.2) passiv, insbesondere mittels eines Tiefpasses (14), erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the output frequency (F A ) is recorded passively in the detection unit (6, 6.1, 6.2), in particular by means of a low-pass filter (14). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung von einem Drehmomentreferenzwert (DMI, DMD, DMS) ein Signal zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the event of a deviation from a torque reference value (DM I , DM D , DM S ), a signal for initiating safety measures is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomente (DMI, DMD) mehrerer Antriebsmotoren (3, 3.1, 3.2), insbesondere von mehreren einer Antriebsachse zugeordneten Antriebsmotoren (3, 3.1, 3.2), gleichzeitig abgeschätzt und die so ermittelten Drehmomente (DMI, DMD) miteinander verglichen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the torques (DM I , DM D ) of several drive motors (3, 3.1, 3.2), in particular of several drive motors (3, 3.1, 3.2) assigned to a drive axle, are estimated at the same time and the so determined torques (DM I , DM D ) are compared with each other. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Frequenzumrichtern (4, 4.1, 4.2) eine Kreuzprüfung durchgeführt wird.Procedure according to Claim 12 , characterized in that a cross check is carried out with several frequency converters (4, 4.1, 4.2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (3, 3.1, 3.2) als Einzelradantrieb ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (3, 3.1, 3.2) is designed as a single wheel drive. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (3, 3.1, 3.2) als Asynchronmaschine ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (3, 3.1, 3.2) is designed as an asynchronous machine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (4, 4.1, 4.2) mindestens eine Schnittstelle (10, 11, 12) aufweist, mittels welcher die Messwerte aus dem Frequenzumrichter (4, 4.1, 4.2) herausgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency converter (4, 4.1, 4.2) has at least one interface (10, 11, 12) by means of which the measured values are taken out of the frequency converter (4, 4.1, 4.2). Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität mindestens eines, einen elektrischen Antriebsmotor (3, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1) speisenden Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2), dadurch gekennzeichnet, dass die dem Antriebsmotor (3, 3.1, 3.2) zugeführte Ausgangsfrequenz (FA) des Frequenzumrichters (4, 4.1, 4.2) mittels einer Detektionseinheit (6, 6.1, 6.2) erfasst und mit der Drehzahl des Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2) verglichen wird.Method for checking the functionality of at least one frequency converter (4, 4.1, 4.2) feeding an electric drive motor (3, 3.1, 3.2) of a vehicle (1), characterized in that the output frequency (3, 3.1, 3.2) fed to the drive motor (3, 3.1, 3.2) F A ) of the frequency converter (4, 4.1, 4.2) is detected by means of a detection unit (6, 6.1, 6.2) and compared with the speed of the drive motor (3, 3.1, 3.2). Antriebseinheit zur Regelung eines elektrischen Antriebsmotors (3, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie zu der Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 eingerichtet ist.Drive unit for controlling an electric drive motor (3, 3.1, 3.2) of a vehicle (1), characterized in that it is used to carry out a method according to one of the Claims 1 to 16 is set up. Fahrzeug mit einer Antriebseinheit (2, 2.1, 2.2) nach Anspruch 18.Vehicle with a drive unit (2, 2.1, 2.2) according to Claim 18 .
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