DE102020007637A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit vier Rädern (FL, FR, RL, RR), das an jedem Rad (FL, FR, RL, RR) mit einem unabhängigen Antriebsstrang umfassend einen Elektromotor ausgestattet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Überwachen der Geschwindigkeit der Räder (FL, FR, RL, RR),- Reduzieren eines Drehmoments (M) eines stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) und Erhöhen des Drehmoments (M) der übrigen Räder (FL, FR, RL, RR) sowie Regeln auf Geschwindigkeit Null zum Halten der Traktion,- Zurückdrehen des stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) bis zu dessen Durchdrehen,- Anhalten des stehengebliebenen und nunmehr durchdrehenden Rades (FL, FR, RL, RR) und Regeln auf Geschwindigkeit Null,- Aufprägen eines Drehmoment-Impulses zumindest auf das stehengebliebene Rad (FL, FR, RL, RR).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann nicht über einen längeren Zeitraum bestromt werden ohne sich zu drehen. In diesem Fall neigt der Elektromotor zum Überhitzen, wodurch das maximal verfügbare Drehmoment des Elektromotors und damit auch die Steigfähigkeit des Fahrzeugs reduziert werden. Wenn das Drehmoment verringert ist, kann Bergauffahren oder Übersteigen im Gelände gegebenenfalls nicht erfolgen.
  • Die DE 10 2017 211 978 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines wenigstens eine erste elektrische Maschine, wenigstens eine zweite elektrische Maschine, wenigstens eine mittels der ersten elektrischen Maschine antreibbare erste Achse und wenigstens eine mittels der zweiten elektrischen Maschine antreibbare zweite Achse aufweisenden Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zumindest eine der Achsen mittels der jeweiligen elektrischen Maschine angetrieben wird, mit den Schritten: Ermitteln eines angeforderten, von den elektrischen Maschinen in Summe bereitzustellenden Antriebsmoments; und Verteilen des Antriebsmoments auf die elektrischen Maschinen in Abhängigkeit von jeweiligen Wirkungsgradketten, die jeweilige Wirkungsgrade charakterisieren, mit welchen die jeweiligen Achsen von den jeweiligen elektrischen Maschinen antreibbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit vier Rädern, das an jedem Rad mit einem unabhängigen Antriebsstrang umfassend einen Elektromotor ausgestattet ist, umfasst folgende Schritte:
    • - Fahren des Fahrzeugs während ein Drehmoment angefordert wird,
    • - bei Aktivierung eines Gelände-Modus Umschalten von einem drehmomentbasierenden Betrieb auf einen geschwindigkeitsgeregelten Betrieb,
    • - Überwachen der Geschwindigkeit der Räder,
    • - Speichern eines Wertes des angeforderten Drehmoments falls mindestens eines der Räder stehengeblieben ist und weiterhin Drehmoment angefordert wird,
    • - Berechnen einer Temperatur des Elektromotors des stehengebliebenen Rades über die Zeit durch Multiplizieren oder Integrieren mit einem wärmebezogenen Parameter,
    • - Aktivieren eines Steig-Modus bei Erreichen einer virtuellen oder errechneten Temperatur nach einer bestimmten Zeit und Informieren eines Fahrers über die Aktivierung des Steig-Modus,
    • - Reduzieren eines Drehmoments des stehengebliebenen Rades und Erhöhen des Drehmoments der übrigen Räder sowie Regeln auf Geschwindigkeit Null zum Halten der Traktion,
    • - Zurückdrehen des stehengebliebenen Rades bis zu dessen Durchdrehen,
    • - Anhalten des stehengebliebenen und nunmehr durchdrehenden Rades und Regeln auf Geschwindigkeit Null,
    • - Aufprägen eines Drehmoment-Impulses zumindest auf das stehengebliebene Rad.
  • Auf diese Weise kann ein Hindernis, das die Ursache für das Stehenbleiben des Rades ist, automatisch überstiegen werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Algorithmus zum Betrieb eines Fahrzeugs,
    • 2 schematisch beispielhafte Diagramme von Drehmomenten an Rädern des Fahrzeugs über der Zeit, und
    • 3 schematisch beispielhafte Diagramme von Drehmomenten an Rädern des Fahrzeugs über der Zeit.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die vorliegende Erfindung ist bei einem Fahrzeug anwendbar, das an jedem Rad mit einem unabhängigen Antriebsstrang ausgestattet ist, der einen Elektromotor mit oder ohne Getriebe umfasst, wobei der Antriebsstrang entweder an jedem Rad in einer 4x4 oder 4x2-Charakteristik oder als alternative Fahrzeugarchitektur in einer 2x2-Achsen-Konfiguration vorgesehen ist.
  • Der Antriebsstrang umfasst einen Elektromotor und optional ein Getriebe mit mindestens einem Gang, der fest eingestellt sein kann, und/oder einer Kupplung, die als Nasskupplung oder Trockenkupplung ausgebildet sein kann und dazu dient, den Elektromotor mit dem Rad zu koppeln oder vom Rad zu entkoppeln.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein einfacher Antriebsstrang einen Elektromotor, der direkt über eine Welle mit dem Rad verbunden ist.
  • Ein Elektromotor kann nicht über einen längeren Zeitraum bestromt werden ohne sich zu drehen. In diesem Fall neigt der Elektromotor zum Überhitzen, wodurch das maximal verfügbare Drehmoment des Elektromotors und damit auch die Steigfähigkeit des Fahrzeugs reduziert werden. Wenn das Drehmoment verringert ist, kann Bergauffahren oder Übersteigen im Gelände gegebenenfalls nicht erfolgen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schaukelmechanismus vorgesehen, um die Elektromotoren kühl und bereit zum Übersteigen von Steinen und Überwinden von Kanten zu halten. Auf diese Weise wird das maximale Drehmoment im Elektromotor erhalten.
  • Der Schaukelmechanismus kann dazu dienen, zum nächsten Hindernis zu springen.
  • In sehr steinigem Gelände kann es mehrere Hindernisse in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug geben. Gegebenenfalls hat nur ein Vorderrad oder ein Rad Traktion.
  • Im folgenden Beispiel haben nur die Hinterräder Traktion. Beispielsweise hat das linke Vorderrad 0% Traktion und dreht durch. Das rechte Vorderrad hat 45 % Traktion. Das Problem besteht nicht nur darin, das durchdrehende Rad zu bremsen wie in herkömmlichen Traktionskontrollsystemen, sondern zu ermöglichen, ein angemessenes Drehmoment zum richtigen Rad zu schicken, um das Fahrzeug über das Hindernis zu ziehen. Allerdings weiß der Fahrer nicht, wieviel Drehmoment hierfür erforderlich ist.
  • Ein Steigverfahren für das Fahrzeug, beispielsweise ein Geländefahrzeug, umfasst das Schaukeln der Elektromotoren, das heißt langsames vorwärts und rückwärts Bewegen während der Stromfluss aufrechterhalten wird.
  • Falls der Antriebsstrang mit einer Kupplung versehen ist, dann kann der Elektromotor durch ein mechanisches Gerät, beispielsweise eine Anfahrkupplung vom Rad entkoppelt werden. In diesem Fall kann der Elektromotor stromlos geschaltet werden.
  • Wenn das Fahrzeug mit einem der Räder auf eine Unebenheit oder Stufe trifft, bewegt es sich gegebenenfalls nicht sofort. Stattdessen kann ein höheres Drehmoment von dem diesem Rad zugeordneten Antriebsstrang erforderlich sein. Dieses erhöhte Drehmoment wird dann durch Reduktion des Drehmoments der Elektromotoren der anderen Antriebsstränge kompensiert, so dass das vom Fahrer oder einem autonomen System vorgegebene Gesamtdrehmoment erhalten bleibt.
  • Indem das Rad, das auf die Unebenheit oder Stufe getroffen ist, leicht rückwärts bewegt wird und sofort das Drehmoment impulsartig erhöht wird, kann die Unebenheit oder Stufe überstiegen werden.
  • Das Problem besteht beim Vorliegen diskreter Systemzustände, beispielsweise einer Stufe oder eines Hindernisses.
  • Die Temperatur der Elektromotoren kann leicht berechnet werden, indem die Zeit, während der der Elektromotor nicht bewegt wird mit einem wärmebezogenen Parameter multipliziert oder integriert wird.
  • Die anderen Räder werden entweder vollständig gebremst oder über ihre Elektromotoren bei einer Geschwindigkeit von Null geregelt. In dem jedes Rad selektiv geregelt wird springt das Fahrzeug von Hindernis zu Hindernis ohne dass der Fahrer einen Fahrstufen-Wählhebel vor und zurück bewegen muss.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Algorithmus zum Betrieb des Fahrzeugs.
  • In einem Schritt S1 bewegt sich das Fahrzeug während ein Drehmoment angefordert wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Fahrer entweder auf einem Smartphone oder einem Eingabegerät im Fahrzeug, beispielsweise einem in einer Konsole angebrachten Bedienknopf, einen Straßen-Modus abwählt und einen Gelände-Modus auswählt und entweder auf der Konsole oder im Smartphone einen Pfad vorgibt, dem das Fahrzeug folgen soll, insbesondere wenn keine Straße vorhanden ist. In einem Schritt S2 wird überprüft, ob der Straßen-Modus aktiv ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt S3 von einem drehmomentbasierenden Betrieb auf einen geschwindigkeitsgeregelten Betrieb umgeschaltet. Wenn der Straßen-Modus aktiv ist, dann wird in einem Schritt S4 überprüft, ob das Fahrzeug sich in der gewünschten Richtung bewegt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird im Schritt S3 von einem drehmomentbasierenden Betrieb auf einen geschwindigkeitsgeregelten Betrieb umgeschaltet. Anschließend wird in einem Schritt S5 die Geschwindigkeit der vier Räder überwacht.
  • Wenn die Räder oder eines der Räder sich nicht bewegen können, beispielsweise wegen eines Hindernisses, und durch den Fahrer, eine Geschwindigkeitsregelanlage oder ein autonomes System weiterhin Drehmoment angefordert wird, dann wird ein Wert des angeforderten Drehmoments gespeichert.
  • Anschließend wird eine Temperaturberechnung der elektrischen Komponenten, insbesondere des Elektromotors eines betroffenen Rades, über die Zeit durchgeführt. Wenn nach einer bestimmten Zeitdauer eine virtuelle oder errechnete Temperatur erreicht ist, dann kann ein Steig-Modus oder Gelände-Modus aktiviert werden. Der Fahrer wird informiert, dass dieser Modus aktiv ist und kein Straßen-Modus ausgewählt ist.
  • In einem Schritt S6 wird für das einzelne Rad das Drehmoment reduziert und für die anderen Räder erhöht, um die Traktion zu halten. Wenn das einzelne Rad sich nicht bewegt, so bedeutet das, dass es vor einem Stein oder einer Stufe festsitzt. Dieses einzelne Rad wird zurückgedreht während die Umgebung mit einem Sensor überwacht werden kann. Die Umdrehungen des Rades werden gezählt und können kalibriert werden. Aus der Anzahl der Umdrehungen des Rades wird in einem Schritt S7 geschlussfolgert ob das Rad durchdreht.
  • Wenn das Rad durchdreht, dann wird es in einem Schritt S8 angehalten und auf Geschwindigkeit Null geregelt.
  • Anschließend wird in einem Schritt S9 dem Rad oder jedem Rad ein plötzlicher Drehmoment-Impuls aufgeprägt, so dass das maximale Drehmoment des Elektromotors erreicht werden kann.
  • 2 zeigt schematisch beispielhafte Diagramme von Drehmomenten M an den Rädern FR, FL, RR, RL des Fahrzeugs über der Zeit t.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 trifft das Fahrzeug mit der Vorderachse oder einem einzelnen Rad, beispielsweise dem Rad FR oder FL an der Vorderachse auf ein Hindernis, beispielsweise einen Stein oder eine Stufe. Beide Räder FR, FL bleiben stehen. Außerdem beginnen die Räder RR und RL an der Hinterachse durchzudrehen, beispielsweise wegen auftretendem Schlamm und infolgedessen verringerter Traktion.
  • Zu einem Zeitpunkt t2 beginnen die Elektromotoren der Räder FR, FL an der Vorderachse infolge von Überhitzung nachzulassen, da sie sich nicht drehen aber weiter bestromt werden.
  • Zu einem Zeitpunkt t3 werden die Räder FR, FL an der Vorderachse leicht rückwärts gedreht, beispielsweise so dass sie nicht mehr gegen das Hindernis gedrückt werden, bis zu einem Punkt, an dem ein Drehmoment-Impuls angewandt werden kann. Währenddessen werden die Elektromotoren der Räder RR, RL an der Hinterachse bei Geschwindigkeit Null geregelt um das Fahrzeug in Position zu halten.
  • 3 zeigt schematisch beispielhafte Diagramme von Drehmomenten an den Rädern FR, FL, RR, RL des Fahrzeugs über der Zeit t.
  • Bezugszeichenliste
    • FL
    Rad
    FR
    Rad
    M
    Drehmoment
    RL
    Rad
    RR
    Rad
    S1 bis S9
    Schritt
    t
    Zeit
    t1
    Zeitpunkt
    t2
    Zeitpunkt
    t3
    Zeitpunkt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017211978 A1 [0003]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit vier Rädern (FL, FR, RL, RR), das an jedem Rad (FL, FR, RL, RR) mit einem unabhängigen Antriebsstrang umfassend einen Elektromotor ausgestattet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Fahren des Fahrzeugs während ein Drehmoment angefordert wird, - bei Aktivierung eines Gelände-Modus Umschalten von einem drehmomentbasierenden Betrieb auf einen geschwindigkeitsgeregelten Betrieb, - Überwachen der Geschwindigkeit der Räder (FL, FR, RL, RR), gekennzeichnet durch - Speichern eines Wertes des angeforderten Drehmoments falls mindestens eines der Räder (FL, FR, RL, RR) stehengeblieben ist und weiterhin Drehmoment angefordert wird, - Berechnen einer Temperatur des Elektromotors des stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) über die Zeit durch Multiplizieren oder Integrieren mit einem wärmebezogenen Parameter, - Aktivieren eines Steig-Modus bei Erreichen einer virtuellen oder errechneten Temperatur nach einer bestimmten Zeit und Informieren eines Fahrers über die Aktivierung des Steig-Modus, - Reduzieren eines Drehmoments (M) des stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) und Erhöhen des Drehmoments (M) der übrigen Räder (FL, FR, RL, RR) sowie Regeln auf Geschwindigkeit Null zum Halten der Traktion, - Zurückdrehen des stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) bis zu dessen Durchdrehen, - Anhalten des stehengebliebenen und nunmehr durchdrehenden Rades (FL, FR, RL, RR) und Regeln auf Geschwindigkeit Null, - Aufprägen eines Drehmoment-Impulses zumindest auf das stehengebliebene Rad (FL, FR, RL, RR).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung vorgesehen ist, um den Elektromotor vom Rad (FL, FR, RL, RR) zu entkoppeln, wobei der Elektromotor vom Rad (FL, FR, RL, RR) entkoppelt wird und der Elektromotor stromlos geschaltet wird um das Drehmoment (M) des stehengebliebenen Rades (FL, FR, RL, RR) zu reduzieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment-Impuls allen Rädern (FL, FR, RL, RR) aufgeprägt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelände-Modus durch den Fahrer auf einem Smartphone oder einem Eingabegerät im Fahrzeug, insbesondere einem in einer Konsole angebrachten Bedienknopf, ausgewählt und ein Pfad vorgegeben wird, dem das Fahrzeug folgen soll.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelände-Modus aktiviert wird, wenn das Fahrzeug sich nicht in einer gewünschten Richtung bewegt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017211978A1 (de) 2017-07-12 2019-01-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

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DE102017211978A1 (de) 2017-07-12 2019-01-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

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