DE102019120749A1

DE102019120749A1 - Antriebssystem und Verfahren für Fahrzeug, das mehrere Elektromotoren nutzt

Info

Publication number: DE102019120749A1
Application number: DE102019120749.5A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey J. Ronning; John Morgante
Original assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Current assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: US20200262299A1; US10675984B2; US20220032784A1; US20200039362A1; US11660968B2; CN110789366A; US11186181B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das System kann ein Untersystem einer elektronischen Antriebseinheit (EDU) haben, das mindestens einen synchronen Motor und mindestens einen asynchronen Motor beinhaltet, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Eine elektronische Steuerung, die auf ein Eingangssignal zur Drehmomentanforderung reagiert und so ausgestaltet ist, dass sie das EDU-Untersystem steuert, kann verwendet werden. Ein Speicher kann beinhaltet sein, der der elektronischen Steuerung funktionell zugeordnet und so ausgestaltet ist, dass er mindestens eine Mischkarte speichert, die Informationen über prozentuale Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren enthält, die die elektronische Steuerung in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale zur Drehmomentanforderung auswählen kann, wobei die prozentualen Leistungsabgaben so ausgewählt werden, dass sie eine Eigenschaft des EDU-Untersystems optimieren.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Antriebssysteme, die in elektrisch betriebenen Motorfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere ein elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von elektronischen Antriebseinheiten, um eine Betriebseigenschaft des elektrischen Antriebssystems zu optimieren.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Die Verwendung elektrischer Antriebseinheiten (EDU) in Personenkraftwagen gewinnt rasch an Popularität, teilweise dank dem zunehmenden Interesse an der Verringerung der CO2-Emissionen, die mit typischen vierrädrigen Personenkraftwagen verbunden sind, die herkömmlicherweise Verbrennungsmotoren für die Leistung verwenden. In früher entwickelten EDU wurden normalerweise entweder ein Induktionsmotor oder ein Permanentmagnet (PM)-Motor verwendet, wenn ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs ergänzt oder ersetzt werden sollte. Induktionsmotoren bieten im Allgemeinen maximale Effizienz bei moderaten bis hohen Drehzahlen und niedrigeren Ausgangswellendrehmomenten. Dagegen unterscheidet sich ein PM-Motor dahingehend, dass seine Spitzeneffizienz im Allgemeinen bei niedrigeren oder moderaten Motorwellendrehzahlen und über einen breiteren Ausgangsdrehmomentbereich als ein Induktionsmotor erfolgt. 1 und 2 stellen Grafiken bereit, die veranschaulichen, wie die Effizienz eines PM-Motors und eines Induktionsmotors sich jeweils mit der Drehzahl und dem Ausgangsdrehmoment ändern.
Beim heutigen Interesse an der Maximierung der Effizienz und dem Erhalt der maximalen Fahrbereichs von Fahrzeugen mit einer EDU besteht eine starker Fokus auf der Entwicklung von EDU, die die Notwendigkeit der Maximierung der Effizienz besser erfüllen und gleichzeitig maximale Effizienz über einen breiteren Drehzahlbereich sowie über einen breiteren Ausgangsdrehmomentbereich bereitstellen.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das System kann ein Untersystem einer elektronischen Antriebseinheit (EDU) umfassen, das mindestens einen synchronen Motor und mindestens einen asynchronen Motor beinhaltet, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Eine elektronische Steuerung, die auf ein Eingangssignal zur Drehmomentanforderung reagiert und so ausgestaltet ist, dass sie das EDU-Untersystem steuert, kann beinhaltet sein. Außerdem kann ein Speicher beinhaltet sein, der der elektronischen Steuerung zugeordnet ist. Der Speicher kann so ausgestaltet sein, dass er mindestens eine Mischkarte speichert, die Informationen zu den prozentualen Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren enthält. Die elektronische Steuerung kann die Mischkarte verwenden, um, in Reaktion auf unterschiedliche Eingangssignale zur Drehmomentanforderung, spezifische prozentuale Leistungsabgaben für jeden der Motoren auszuwählen, um eine Eigenschaft des EDU-Untersystems zu optimieren.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das Antriebssystem kann ein Untersystem einer elektronischen Antriebseinheit (EDU) umfassen. Das elektronische Antriebssystem kann einen synchronen Motor, einen ersten Stromwechselrichter, der dem synchronen Motor für das Steuern des synchronen Motors funktionell zugeordnet ist, einen asynchronen Motor und einen zweiten Wechselrichter, der dem asynchronen Motor für das Steuern des asynchronen Motors funktionell zugeordnet ist, beinhalten. Das elektronische Antriebssystem kann ferner eine elektronische Steuerung beinhalten, die auf ein Eingangssignal zur Drehmomentanforderung reagiert und so ausgestaltet ist, dass sie das EDU-Untersystem steuert. Außerdem kann ein Getriebeuntersystem beinhaltet sein, das eine Vorderachse und eine Hinterachse hat. Die Vorder- und Hinterachsen können jeweils auf die Ausgangssignale vom EDU-Untersystem reagieren. Das elektronische Antriebssystem kann ferner einen Speicher in Verbindung mit der elektronischen Steuerung beinhalten, der so ausgestaltet ist, dass er mindestens eine Mischkarte speichert, die Informationen zu den prozentualen Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren enthält. Die Mischkarte kann für die elektronische Steuerung zugänglich sein und von ihr verwendet werden, um, in Reaktion auf unterschiedliche Eingangssignale zur Drehmomentanforderung, spezifische prozentuale Leistungsabgaben von jedem Motor auszuwählen, um eine Eigenschaft des EDU-Untersystems zu optimieren.
In noch einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Ausbilden eines Antriebssystems für ein Fahrzeug. Das Verfahren kann das Verwenden eines Untersystems einer elektronischen Antriebseinheit (EDU) umfassen, das einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor beinhaltet, um ein Getriebeuntersystem des Fahrzeugs anzutreiben, wobei die ersten und zweiten Elektromotoren unterschiedliche Betriebseigenschaften haben. Das Verfahren kann ferner das Steuern der ersten und zweiten Elektromotoren beinhalten, sodass Leistungsabgaben von jedem, mit einem vorher festgelegten Prozentsatz der Leistungsabgabe jedes Motor, gleichzeitig verwendet werden, um das Getriebeuntersystem des Fahrzeugs anzutreiben.
Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der Beschreibung, die hierin bereitgestellt ist, hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich Zwecken der Veranschaulichung dienen und den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Zwecken der Veranschaulichung und sollen den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung auf keine Weise einschränken. In den Zeichnungen:

1 ist eine Grafik eines Permanentmagnetmotors nach Stand der Technik, die veranschaulicht, wie sich seine Effizienz in Bezug auf Wellendrehzahl und Wellen- (d. h. Ausgangs-) Drehmoment ändert;
2 ist eine Grafik eines Induktionsmotors nach Stand der Technik, die zeigt, wie sich seine Effizienz in Bezug auf Wellendrehzahl und Wellenausgangsdrehmoment ändert;
3 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Offenbarung, das ein Paar elektrische Antriebseinheiten verwendet, wobei eine einen synchronen Motor beinhaltet und die andere einen asynchronen Motor beinhaltet, und beide Motoren in diesem Beispiel werden gemäß mindestens einer „Mischkarte“ gesteuert, die die prozentuale Leistungsabgabe jedes Motorbetrags steuert, um eine gewünschte Leistungseigenschaft zu erreichen, die in einem Beispiel maximale Effizienz ist;
4 ist ein allgemeines Ablaufdiagramm des Betriebs des Systems, das in 3 dargestellt ist;
5 ist ein allgemeines Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Vorgangs näher veranschaulicht, der beim Zugreifen auf die Mischkarte(n) in 4 durchgeführt wird;
6 ist ein Beispiel einer „Effizienz“-Mischkarte, die durch die elektronische Steuerung beim Ermitteln einer prozentualen Leistungsabgabe von jedem einzelnen der synchronen und asynchronen Motoren für ein bestimmtes Drehmomentanforderungssignal verwendet wird; und
7 ist ein Beispiel einer „Sport“-Modus-Mischkarte, die beim Steuern des Prozentsatzes der gesamten Drehmomentausgabe an einen designierten (z. B. hinteren) der zwei Motoren verwendet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anmeldung oder die Anwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Bezugnehmend auf 3 ist ein Antriebssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das in diesem Beispiel dargestellte Antriebssystem 10 ist in Verbindung mit einem vierrädrigen Personenkraftwagen 12 implementiert, auch wenn es nicht auf herkömmliche Personenkraftwagen beschränkt ist. Das System 10 ist gleichermaßen auf Nutzfahrzeuge wie Lastkraftwagen anwendbar und kann außerdem Nutzen in anderen Anwendungen finden, zum Beispiel in Verbindung mit landwirtschaftlichen Geräten, erdbewegenden Geräten, Wasserfahrzeugen und möglicherweise sogar Flugzeugen.
Das Antriebssystem 10 beinhaltet im weitesten Sinne eine Gruppe von Bedienersteuervorrichtungen 14, eine elektronische Steuerung 16, eine Batterie 18 zur Stromversorgung verschiedener elektrischer Komponenten des Systems 10, ein EDU-Untersystem 20, das von der elektronischen Steuerung 16 gesteuert wird, und ein Getriebeuntersystem 22, das vom EDU-Untersysteme angetrieben wird, um den Rädern 18 des Fahrzeugs 12 Antriebskraft bereitzustellen. In diesem Beispiel bildet das Getriebeuntersystem 22 ein Allrad-Antriebsuntersystem und hat ein Vorderradgetriebe 22a, das eine Vorderachse 22a1 antreibt, und ein unabhängiges Hinterradgetriebe 22b, das zum unabhängigen Antreiben einer Hinterachse 22b verwendet wird. Es ist jedoch selbstverständlich, dass das Fahrzeug 12 stattdessen ein Zweirad-Antriebsuntersystem haben kann, wobei in diesem Fall nur ein einziges Getriebe nötig ist, und in dieser Ausführungsform verwendet das EDU-Untersystem 20 ein einziges Getriebe, um nur zwei Räder 18 des Fahrzeugs statt alle vier Räder anzutreiben. Beide Ausführungsformen werden in der vorliegenden Offenbarung erwägt.
Die Bedienersteuervorrichtungen 14 können, ohne Einschränkung, eine „Allradantrieb“ („AWD“)- oder Offroad-Steuerung 14a, eine „Economy“ („ECO“)- oder maximale Effizienzsteuerung 14b, eine „Sport-Modus“-Steuerung 14c und ein Gaspedal 14d beinhalten. Das Gaspedal 14d ermöglicht es der Fahrzeugbedienperson, ein Drehmomentanforderungssignal zu erzeugen, das eine „angeforderte“ Drehmomentausgabe vom EDU-Untersystem 20 darstellt. Es ist jedoch selbstverständlich, dass für ein autonomes (d. h. selbstfahrendes) Fahrzeug, normalerweise kein Gaspedal vorhanden ist. In diesem Fall kann das Drehmomentanforderungssignal durch die elektronische Steuerung 16 oder durch ein anderes Untersystem des Fahrzeugs erzeugt werden. Es ist daher selbstverständlich, dass das Antriebssystem 10 gleichermaßen auf die Implementierung an autonomen Fahrzeugen anwendbar ist.
Das EDU-Untersystem 20 beinhaltet sowohl einen synchronen Motor 24, z. B. einen geschalteten Reluktanzmotor oder Permanentmagnetmotor PM-Motor 24, sowie einen asynchronen Motor 26, z. B. einen Induktionsmotor. Lediglich aus praktischen Gründen werden diese in der folgenden Erörterung als „PM-Motor 24“ und „Induktionsmotor 26“ bezeichnet.
Der PM-Motor 24 hat seinen eigenen Stromwechselrichter 24a zum Steuern des PM-Motors, während der Induktionsmotor ebenso seinen eigenen Stromwechselrichter 26a zum Steuern des Induktionsmotors hat. Der PM-Motor 24 und der Induktionsmotor 26 können jeweils allein oder gleichzeitig zusammen verwendet werden, um das Vorderradgetriebe 22a und/oder das Hinterradgetriebe 22b des Getriebeuntersystems 22 anzutreiben. In einer Konfiguration stellen sowohl der PM-Motor 24 als auch der IM-Motor 26 gleichzeitig Drehmoment über das Getriebeuntersystem 22 bereit, um sowohl das Vorderradgetriebe 22a als auch das Hinterradgetriebe 22b anzutreiben, während in einer anderen Konfiguration der PM-Motor 24 verwendet werden kann, um eines der Getriebe 22a oder 22b (z. B. die Vorderachse 22a1, die dem Vorderradgetriebe 22a zugeordnet ist) anzutreiben, während der Induktionsmotor verwendet wird, um das andere Getriebe (z. B. die Hinterachse 22b1, die dem Hinterradgetriebe 22b zugeordnet ist) anzutreiben, oder umgekehrt. In einer Ausführungsform können der PM-Motor 24 und der Induktionsmotor 26 dieselbe Leistungsabgabe bereitstellen, während in anderen Ausführungsformen die Leistungsabgaben der zwei Motoren unterschiedlich sein könnten. Für ein Sportauto mit einem Allrad-Getriebeuntersystem könnte beispielsweise die Leistungsabgabe vom Motor 24 oder 26, der für das Antreiben der Hinterräder ausgewählt ist, so ausgewählt werden, dass er eine höhere Leistungsabgabe von den Rädern hat. Dagegen können für eine Limousine oder ein Geländefahrzeug der Motor 24 oder 26, der für das Antreiben der Vorderräder ausgewählt ist, so ausgewählt werden, dass er eine höhere Leistungsabgabe hat. Demgemäß könnten die Motoren 24 und 26 so ausgewählt werden, dass sie unterschiedliche Leistungsstufen haben, um optimal zu den antizipierten Anforderungen des Fahrzeugs zu passen. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 kann das EDU-Untersystem 20 außerdem einen PM-Motor-Drehzahlsensor 28 beinhalten, um die Drehzahl des PM-Motors 24 zu messen, während ein Induktionsmotor (IM)-Drehzahlsensor 30 verwendet werden kann, um die Drehzahl des Induktionsmotors 26 zu messen. Beide Sensoren 28 und 30 können ihre Signale der elektronischen Steuerung 16 oder anderen Untersystemen des Antriebssystems 10 bereitstellen, falls nötig.
Jedes Rad 18 des Fahrzeugs 12 kann außerdem einen Raddrehzahlsensor 32a-32d für das Erkennen einer Echtzeit-Drehzahl jedes Rads während des Betriebs des Fahrzeugs 12 beinhalten. Die Raddrehzahlsensoren 32a-32d können jeweils ein Echtzeitsignal für die elektronische Steuerung 16 bereitstellen, das die elektronische Steuerung verwenden kann, um die Steuerung des EDU-Antriebsuntersystems 20 zu unterstützen. Optional können ein oder mehrere Beschleunigungsmesser 34 am Fahrzeug 12 beinhaltet sein, um Echzeitbeschleunigungssignale für die elektronische Steuerung 16 bereitzustellen.
Die elektronische Steuerung 16 kann einen Speicher (z. B. nicht flüchtigen Speicher) 36 beinhalten, der RAM, ROM, DRAM usw. sein kann. Der Speicher 36 kann verwendet werden, um ein oder mehrere Mischkarten 38 für die Verwendung durch die elektronische Steuerung beim Steuern des PM-Motors 24 und des Induktionsmotor 26 zu speichern, um eine gewünschte Leistung (z. B. maximale Effizienz, Betrieb im „Sport“-Modus oder Offroad-Betrieb) zu erreichen.
Bezugnehmend auf 4 ist ein Ablaufdiagramm 100 dargestellt, das verschiedene Vorgänge veranschaulicht, die durch das Antriebssystem 10 von 3 durchgeführt werden können. Anfangs wird die PM-Motordrehzahl durch die elektronische Steuerung 16 mithilfe des PM-Motordrehzahlsensors 28 bei Vorgang 102 gelesen. Praktisch gleichzeitig liest die elektronische Steuerung 16 die Induktionsmotordrehzahl über den IM-Drehzahlsensor 30 bei Vorgang 104. Die elektronische Steuerung 16 kann dann das angeforderte Drehmoment erhalten, das durch die Position des Gaspedals 14d, wie bei Vorgang 106 angegeben, repräsentiert wird.
Bei Vorgang 108 greift die elektronische Steuerung 16 auf die entsprechende(n), gespeicherte(n) Mischkarte(n) 38 in der Software zu, um den jeweiligen Prozentsatz des PM-Motors 24 und des Induktionsmotors 26 für die Verwendung beim Erzeugen eines kombinierten (d. h. zusammengesetzten) Ausgangssteuersignals zu ermitteln. Bei Vorgängen 110 und 112 verwenden das PM-Stromwechselrichter-Untersystem 24a und das Induktionsmotor-Stromwechselrichter-Untersystem 26a das Ausgangssteuersignal zum Steuern des PM-Motors 24 und des Induktionsmotors 26 nach Bedarf, um die gewünschte prozentuale Leistungsabgabe von jedem Motor zu erzeugen. Die gewünschte prozentuale Leistungsabgabe ist eine präzise prozentuale Leistungsabgabe von jedem Motor gemäß der spezifischen Mischkarte (d. h. Effizienz, Sport oder Offroad), auf die zugegriffen wird (d. h. die von der Bedienperson ausgewählt wurde). Die Antriebssignale vom PM-Motor 24 und vom Induktionsmotor 26 werden dann auf das Getriebeuntersystem 22 bei Vorgang 116 angewandt und unabhängig verwendet, um die Achsen 22a1 und 22b1 anzutreiben, die den unabhängigen Getrieben 22a bzw. 22b zugeordnet sind. Optional können, wie oben angeben, die Leistungsabgaben vom PM-Motor 24 und vom Induktionsmotor 26 zusammen verwendet werden, um ein einziges Getriebe anzutreiben, wenn das Fahrzeug ein Zweirad-Getriebeuntersystem verwendet.
Wenn das Fahrzeug 12 fährt, können die Raddrehzahlsensoren 32a-32d verwendet werden, um die Drehzahl jedes Rads 18 unabhängig zu überwachen. Ausgaben von den Raddrehzahlsensoren 32a-32d können verwendet werden, um die Leistungsabgaben vom PM-Motor 24 und vom Induktionsmotor 26, falls nötig, und je nach Betriebsmodus (d. h. Effizienz, Sport oder Offroad), den die Bedienperson für das Fahrzeug 12 ausgewählt hat, weiter anzupassen. Nach Durchführung der Vorgänge 116 und 118 werden beim nächsten Taktzyklus der elektronischen Steuerung 16 (z. B. eine festgelegte Anzahl von Millisekunden später) die Vorgänge 102-118 wiederholt, um die Leistungsabgaben vom PM-Motor 24 und vom Induktionsmotor 26 zu aktualisieren.
Jetzt bezugnehmend auf 5 ist ein genaueres Ablaufdiagramm 200 dargestellt, das ein spezifisches Beispiel dafür zeigt, wie verschiedene Vorgänge durch die elektronische Steuerung 16 beim Steuern des EDU-Untersystems 20 durchgeführt werden können. Das Ablaufdiagramm 200 beschreibt verschiedene Vorgänge, die bei Vorgang 108 in 4 durchgeführt werden können.
Zu Beginn bei Vorgang 202 liest die elektronische Steuerung 16 den von der Bedienperson ausgewählten Fahrmodus. Bei Vorgang 204 ermittelt die elektronische Steuerung 16, welcher der, in diesem Beispiel, drei verschiedenen Betriebsmodi ausgewählt wurde. Wenn der Sport-Modus ausgewählt wurde, liest die elektronische Steuerung die Sport-Modus-Mischkarte 206. Wenn der Offroad-Modus ausgewählt wurde, wird die Offroad-Mischkarte bei Vorgang 208 gelesen. Wenn der Effizienz-Modus ausgewählt wurde, wird die Effizienz-Mischkarte bei Vorgang 210 gelesen. In diesem Beispiel wurde der Effizienz-Modus als „Standard“-Modus vorprogrammiert. Wenn die Bedienperson also keine Auswahl über eine der Modussteuervorrichtungen 14a, 14b oder 14c vornimmt, verwendet die elektronische Steuerung 16 automatisch den Effizienz-Modus zum Steuern des EDU-Untersystems 20.
Wenn die Sport-Modus-Mischkarte bei Vorgang 204 gelesen wurde, kann die elektronische Steuerung 16 die Raddrehzahlsensoren 32a-32d lesen, wie bei Vorgang 212 angegeben, und kann optional den Radschlupf ignorieren, der an irgendeinem der Räder 18 des Fahrzeugs 12 auftritt, wie bei Vorgang 214 angegeben. Bei Vorgang 216 kann die elektronische Steuerung 16 die Sport-Modus-Mischkarte verwenden, um eine prozentuale Leistungsabgabe jeweils des PM-Motors 24 und des Induktionsmotors 26 zu erhalten, um ein ausgewähltes Drehmoment anzuwenden. So kann in diesem Fall die Lieferung des ausgewählten Drehmoments (in Wellenwattleistung) die Verwendung von Prozentsätzen von einem oder beiden Motoren 24 und 26 erfordern, die weit weniger als die maximale Effizienz bereitstellen. Als ein weiteres Beispiel kann das Getriebeuntersystem 20 so gesteuert werden, dass im Sport-Modus und während einer teilweisen Pedalposition des Gaspedals 14d die Last in die Richtung beaufschlagt wird, in der der Motor die Hinterachse 22b1 versorgt. Als ein extremer Fall könnte, bei einer Position des Gaspedals 14d von etwa 50 %, der Motor 24 oder 26, der die Hinterachse 22b1 antreibt, bei voller Leistungsabgabe sein, und der andere Motor, der die Vorderachse 22a1 versorgt, könnte bei einer sehr geringen Leistungsabgabe sein, indem er beispielsweise fast kein Drehmoment ausgibt. Wahrscheinlich wird jedoch antizipiert, dass ein reibungsloses Einmischen einer Position des Gaspedals 14d von möglicherweise etwa 30 % bis zu einer Position des Gaspedals von 70 % bevorzugt sein kann, wenn die Beaufschlagung des Drehmoments, das auf die Hinterachse 22b1 angewandt wird, erhöht wird.
Ein Beispiel der Sport-Modus-Mischkarte ist in 7 dargestellt. Die in 7 dargestellten Prozentsätze können jeweils für den PM-Motor 24 und den Induktionsmotor 26 beim Steuern des EDU-Untersystems 20 verwendet werden, um Leistungsabgaben der Motoren 24 und 26 bereitzustellen, während der Sport-Modus verwendet wird. Es ist außerdem anzumerken, dass die Prozentsätze des gesamten Drehmoments, das durch den hinteren Motor (z. B. den Induktionsmotor 26 in diesem Beispiel) angewandt wird, im Sport-Modus sowohl durch das gesamte angeforderte Drehmoment als auch durch die Drehzahl des Motors variiert. Wenn sich die Drehzahl des Motors erhöht, wird der Höchstwert von 100 % Drehmoment vom hinteren Motor (z. B. der Induktionsmotor 26) schneller erreicht.
Wenn der Offroad-Modus ausgewählt wurde, wird die Offroad-Modus-Mischkarte durch die elektronische Steuerung 16 bei Vorgang 208 gelesen und das EDU-Untersystem 20 wird so gesteuert, dass Drehmoment gleichmäßig über die getrennten Vorderrad- und Hinterradgetriebe 22a und 22b auf die Vorderachse 22a1 bzw. die Hinterachse 22b1 des Fahrzeugs gleichzeitig angewandt wird. In diesem Modus können die Raddrehzahlsensoren 32a-32d optional ebenfalls ignoriert werden. Das Getriebeuntersystem 22 kann elektronisch so ausgestaltet sein, dass die volle Leistungsabgabe eines Motors, z. B. des PM-Motors 24, auf eine Achse 22a1 oder 22b1, z. B. die Vorderachse 22a1 des Fahrzeugs, angewandt wird, während der Induktionsmotor 26 seine Leistungsabgabe auf die Hinterachse 22b1 anwendet, wie bei Vorgang 218 angegeben. Wenn der Effizienz-Modus ausgewählt wurde oder wenn der Benutzer nach dem ersten Starten des Fahrzeugs 12 keinen Modus ausgewählt hat, wird in diesem Beispiel der Effizienzmodus automatisch von der elektronischen Steuerung 16 verwendet. Bei Vorgang 210 liest die elektronische Steuerung 20 die Effizienz-Modus-Mischkarte, kann dann optional die Raddrehzahlsensoren 32a-32d bei Vorgang 220 lesen und eine Prüfung durchführen, um zu erkennen, ob irgendein Radschlupf bei irgendeinem der Räder 18 auftritt, wie bei Vorgang 222 angegeben. Wenn kein Radschlupf auftritt, können die in der Effizienz-Mischkarte bereitgestellten Prozentsätze, wie bei Vorgang 224 angegeben, von der elektronischen Steuerung 16 verwendet werden. Wenn bei Vorgang 222 ein gewisser Radschlupf erkannt wurde, kann bei Vorgang 226 die Steuerung 20 die in der Effizienz-Mischkarte geforderten Prozentsätze herabsetzen oder ändern, um die gesamte Wellenleistung (in Watt) zu verringern, die durch beide Motoren bereitgestellt wird. Alternativ kann die elektronische Steuerung 16 den Prozentsatz herabsetzen, der durch einen oder den anderen des PM-Motors 24 und des Induktionsmotors 26 verwendet wird. Die Herabsetzung einer rutschenden Achse kann durch hinzugefügten gleichwertigen Schub an der anderen Achse für eine Nettoveränderung von null bei der Beschleunigung ausgeglichen werden.
6 zeigt ein Beispiel von Graphiken, die eine Effizienz-Mischkarte 300 veranschaulichen. In diesem Beispiel zeigt die Effizienz-Modus-Mischkarte 300, wie sich jeweils die Effizienz für den PM-Motor 24 und den Induktionsmotor 26 bei verschiedenen Drehmomentausgaben ändert. Die gestrichelte Linie 302 in diesem Beispiel gibt eine optimale „zusammengesetzte“ Effizienz an. Das äußerste linke Ende jeder Kurve gibt eine Verwendung des Induktionsmotors 26 von 0 % an, während das äußerste rechte Ende jeder Kurve eine Verwendung des Induktionsmotors von 100 % angibt. Bei Betrachtung der 10-Nm-Kurve 304 tritt daher beispielsweise eine optimale Effizienz von etwas über 93,0 % bei einer Motordrehzahl von 1000 durch Verwendung im Grunde nur der Leistungsabgabe des PM-Motors 24 und keiner Leistungsabgabe des Induktionsmotors 26 auf. Dieser Betriebspunkt stellt die beste Möglichkeit dar, diese bestimmte Wellenleistung, etwa 1 kW, zu erhalten. Kein anderer Punkt auf irgendeiner anderen Kurve stellt eine höhere Gesamteffizienz bereit als dieser Punkt bei 1 kW. Wenn der gesamte Wellenleistungsbedarf etwa 10 kW beträgt, gibt es andere Kurven mit besserer gesamter Motoreffizienz. Die Rauten 306 stellen 80 Nm der PM-Motorleistung dar und es gibt Punkte auf dieser Kurve in der Nähe einer gesamten kombinierten Wellenleistung von 10 kW (d. h. die Leistung, die von den Ausgangswellen beider Motoren 24 und 26 erzeugt wird), die sich bei der Spitzeneffizienz befinden. Der bestimmte Punkt (Punkt 306a) mit der besten Effizienz produziert über 91 % Effizienz und entspricht einer Mischung von etwa 6 % IM-Motordrehmoment (94 % PM-Motordrehmoment). Wenn sich die Anforderung für mehr Wellenleistung erhöht (d. h. entlang der X-Achse), ist zu sehen, dass die Spitzeneffizienz durch eine stärkere Mischung der Leistungsabgaben der zwei Motoren 24 und 26 dargestellt wird, wobei ein Wert von 44 % des kombinierten Drehmoments erreicht wird, das vom Induktionsmotor 26 in der Nähe einer Wellenleistung von 50 kW kommt. Unter der Spitzeneffizienz ist zu sehen, dass es mehrere suboptimale Drehmomentmischungskombinationen gibt, die eine geringere Gesamteffizienz produzieren würden. Es gibt normalerweise nur eine Mischungskombination für jede Wellenleistungsanforderung, die die beste Effizienz produziert.
Das System 10 bietet ferner den Vorteil, dass der PM-Motor 24 eine synchrone Maschine ist, während der Induktionsmotor 26 eine asynchrone Maschine mit unterschiedlichen Effizienzeigenschaften ist. Die gleichzeitige Verwendung von zwei verschiedenen Arten von Elektromotoren ermöglicht die Beseitigung eines 2-Takt-Getriebes, das heißt, die Motoren können so gesteuert werden, dass einer hauptsächlich verwendet wird, wenn niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment benötigt wird, und dann die prozentuale Leistung für die Verwendung bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten bei Reisebedingungen geändert wird, wenn die Drehmomentanforderungen niedriger sein können, aber die Effizienz an Bedeutung gewinnen könnte. Das System 10 und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ermöglichen somit die Optimierung der Verwendung des PM-Motors 24 und des Induktionsmotors 26, um die sich ändernden Drehzahl-/Drehmomentanforderungen auf eine Weise zu erfüllen, die die effiziente Nutzung beider Motoren maximiert. Es ist außerdem selbstverständlich, dass, während das System 10 in Verbindung mit einem synchronen Motor und einem asynchronen Motor beschrieben wurde, die vorliegende Offenbarung nicht auf die Verwendung nur eines jedes Typs von Motor beschränkt ist. Es können beispielsweise zwei synchrone Motoren (z. B. zwei PM-Motoren 24) verwendet werden, um ein Paar Räder 18 des Fahrzeugs 12 anzutreiben, oder zwei asynchrone Motoren (z. B. zwei Induktionsmotoren 26) können verwendet werden, um ein Paar Räder anzutreiben. Alternativ kann ein Motor eines Typs verwendet werden, um die Vorderachse des Fahrzeugs anzutreiben, und zwei Motoren des anderen Typs können verwendet werden, um die andere Achse anzutreiben. Demgemäß ist das System 10 nicht nur auf die in 1 dargestellte Motorausgestaltung beschränkt, sondern es wird antizipiert, dass das System 10 bei Bedarf geändert werden kann, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen, um optimal für eine spezifische Anwendung zu passen.
Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet Modifikationen oder Variationen erkennen, die vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Beispiele veranschaulichen die verschiedenen Ausführungsformen und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Daher sollten die Beschreibung und die Ansprüche nur mit einer solchen Einschränkung, wie es im Hinblick auf den einschlägigen Stand der Technik erforderlich ist, großzügig interpretiert werden.

Claims

Antriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Untersystem einer elektronischen Antriebseinheit (EDU), das mindestens einen synchronen Motor und mindestens einen asynchronen Motor beinhaltet, die unabhängig voneinander gesteuert werden können; eine elektronische Steuerung, die auf ein Eingangssignal zur Drehmomentanforderung reagiert und so ausgestaltet ist, dass sie das EDU-Untersystem steuert; und ein Speicher, der der elektronischen Steuerung funktionell zugeordnet und so ausgestaltet ist, dass er mindestens eine Mischkarte speichert, die Informationen über prozentuale Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren enthält, die die elektronische Steuerung in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale zur Drehmomentanforderung auswählen kann, wobei die prozentualen Leistungsabgaben so ausgewählt werden, dass sie eine Eigenschaft des EDU-Untersystems optimieren.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin der synchrone Motor einen Permanentmagnet (PM)-Motor umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin der synchrone Motor einen geschalteten Reluktanzmotor umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin der asynchrone Motor einen Induktionsmotor umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin das Antriebsuntersystem einen ersten Stromwechselrichter umfasst, der dem synchronen Motor unabhängig zugeordnet und für die Steuerung des synchronen Motors ausgestaltet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin das Antriebsuntersystem einen zweiten Stromwechselrichter umfasst, der dem asynchronen Motor unabhängig zugeordnet und für die Steuerung des synchronen Motors ausgestaltet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Getriebeuntersystem, das auf die synchronen und asynchronen Motoren reagiert, um Drehmoment für mindestens eine Achse des Fahrzeugs bereitzustellen.
Antriebssystem nach Anspruch 7, worin das Getriebeuntersystem Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren gleichzeitig auf verschiedene Achsen des Fahrzeugs anwendet.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin die prozentualen Leistungsabgaben, die ausgewählt werden, um eine Eigenschaft des EDU-Untersystems zu optimieren, das Optimieren der Effizienz des EDU-Untersystems umfassen.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin die prozentualen Leistungsabgaben, die ausgewählt werden, um eine Eigenschaft des EDU-Untersystems zu optimieren, die Prioritätsbeaufschlagung von Drehmoment von einer Hinterachse des EDU-Untersystems umfassen.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin die prozentualen Leistungsabgaben, die ausgewählt werden, um eine Eigenschaft des EDU-Untersystems zu optimieren, das Optimieren der Offroad-Betriebsfähigkeit des Fahrzeugs umfassen.
Antriebssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Raddrehzahlsensoren zur Überwachung von Drehzahlen einer Vielzahl von Rädern des Fahrzeugs, und worin die elektronische Steuerung die Raddrehzahlen verwendet, um zu ermitteln, ob Radschlupf auftritt, und wobei der erkannte Radschlupf verwendet wird, um die aus der Mischkarte erhaltenen Prozentsätze zu ändern.
Antriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Untersystem einer elektronischen Antriebseinheit (EDU), das Folgendes beinhaltet: einen synchronen Motor; einen ersten Stromwechselrichter, der dem synchronen Motor für die Steuerung des synchronen Motors funktionell zugeordnet ist; einen asynchronen Motor; einen zweiten Stromwechselrichter, der dem asynchronen Motor für die Steuerung des asynchronen Motors funktionell zugeordnet ist; eine elektronische Steuerung, die auf ein Eingangssignal zur Drehmomentanforderung reagiert und so ausgestaltet ist, dass sie das EDU-Untersystem steuert; ein Getriebeuntersystem, das eine Vorderachse und eine Hinterachse beinhaltet, wobei die Vorder- und Hinterachsen jeweils auf Ausgangssignale vom EDU-Untersystem reagieren; und ein Speicher, der mit der elektronischen Steuerung in Verbindung und so ausgestaltet ist, dass er mindestens eine Mischkarte speichert, die Informationen über prozentuale Leistungsabgaben von den synchronen und asynchronen Motoren enthält, die die elektronische Steuerung in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale zur Drehmomentanforderung auswählen kann, wobei die prozentualen Leistungsabgaben so ausgewählt werden, dass sie eine Eigenschaft des EDU-Untersystems optimieren.
Antriebssystem nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Bedienersteuervorrichtung in Verbindung mit der elektronischen Steuerung.
Antriebssystem nach Anspruch 14, worin die Bedienersteuervorrichtung mindestens eines der Folgenden umfasst: ein Gaspedal, das es einer Bedienperson des Fahrzeugs ermöglicht, das Eingangssignal zur Drehmomentanforderung zu erzeugen; mindestens eine Steuervorrichtung, die es dem Benutzer ermöglicht, zwischen einer Vielzahl von verschiedenen Betriebsmodi zu wählen, die das EDU-Untersystem implementieren soll.
Antriebssystem nach Anspruch 15, worin eine Vielzahl von Mischkarten im Speicher gespeichert sind, wobei jede der Mischkarten so aufgebaut ist, dass sie mindestens eines der Folgenden implementiert: einen optimalen Effizienz-Modus, in dem ein Prozentsatz der synchronen und asynchronen Motoren jeweils auf eine Weise verwendet wird, um die Gesamteffizienz der Motoren zu optimieren; einen Sport-Modus, in dem ein Prozentsatz jedes Motors auf eine Weise verwendet wird, um eine Hinterachsleistung von der Hinterachse des Getriebeuntersystems unabhängig von der Effizienz zu priorisieren; und einen Offroad-Modus, in dem ein Prozentsatz jedes Motors verwendet wird, um die Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs unabhängig anzutreiben.
System nach Anspruch 16, worin die Mischkarten jeweils den Effizienz-Modus, den Sport-Modus und den Offroad-Modus implementieren.
Verfahren zum Ausbilden eines Antriebssystems für ein Fahrzeug, das Verfahren umfassend: Verwenden eines Untersystems einer elektronischen Antriebseinheit (EDU), das einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor beinhaltet, um ein Getriebeuntersystem des Fahrzeugs anzutreiben, wobei die ersten und zweiten Elektromotoren unterschiedliche Betriebseigenschaften haben; Steuern der ersten und zweiten Elektromotoren, sodass Leistungsabgaben von jedem, mit einem vorher festgelegten Prozentsatz der Leistungsabgabe jedes Motor, gleichzeitig verwendet werden, um das Getriebeuntersystem des Fahrzeugs anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 18, worin das Verwenden erster und zweiter elektrischer Motoren mit unterschiedlichen Betriebseigenschaften das Verwenden eines synchronen Motors als den ersten Motor und eines asynchronen Motors als den zweiten Motor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, worin das Steuern der ersten und zweiten Elektromotoren, sodass Leistungsabgaben von jedem gleichzeitig verwendet werden, mit einem vorher festgelegten Prozentsatz der Leistungsabgabe jedes Motors, das Verwenden einer Mischkarte umfasst, die in einem Speicher mit Informationen dazu gespeichert ist, welcher Prozentsatz jedes Motors verwendet werden soll, abhängig von einem Drehmomentanforderungssignal von mindestens einem Benutzer und einem Fahrzeuguntersystem .