DE102020125624A1

DE102020125624A1 - Verfahren und system zur drehmomentbegrenzung in einem batterieelektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102020125624A1
Application number: DE102020125624.8A
Authority: DE
Inventors: Bryan Michael Bolger; Carol Louise Okubo; Shunsuke Okubo; Justin Carmen Campanaro
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-04-08
Also published as: US10889191B1; CN112606701A

Abstract

Die Offenbarung stellt ein Verfahren und System zur Drehmomentbegrenzung in einem Batterieelektrofahrzeug bereit. Es werden Verfahren und Systeme zum Einstellen eines Drehmoments, das an Räder eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs abgegeben wird, basierend auf einer Batterieentladeleistung bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren bei Bedingungen einer Batterieausgangsleistung unter einem Schwellenwert Reduzieren des Drehmoments, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird, von einer abgebbaren Drehmomentausgabe beinhalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Drehmoments, das basierend auf einer Batterieentladeleistung an Räder eines Fahrzeugs abgegeben wird. Die Verfahren und Systeme können für Fahrzeuge, die elektrisch angetrieben werden, besonders nützlich sein.
Allgemeiner Stand der Technik
Elektrofahrzeuge werden unter Verwendung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen, die von einem Batteriepack angetrieben werden, selektiv angetrieben. Elektrofahrzeuge können anstelle einer Brennkraftmaschine oder zusätzlich dazu elektrische Maschinen verwenden. Beispielhafte Elektrofahrzeuge beinhalten Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs) mit einer Energiespeichervorrichtung, wie etwa einer Batterie, die mehrere Batteriezellen enthält, die elektrische Leistung zum Versorgen der elektrischen Maschine mit Leistung speichern. Die Batteriezellen können vor der Verwendung geladen und durch Regenerationsbremsen oder eine Brennkraftmaschine während einer Fahrt wieder aufgeladen werden. Eine Entladeleistungsgrenze einer Batterie kann auf physischen Eigenschaften und dem Alter der Batterie, dem Ladezustand der Batterie sowie der Batterietemperatur basieren. Die Entladeleistungsgrenze ist ein maximaler Leistungspegel, über den hinaus der Batteriebetrieb für eine gewisse Zeitdauer die Batterie beeinträchtigen kann. Somit ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Ausgangsleistung einer Batterie bei oder unter der Entladeleistungsgrenze zu halten.
Kurzdarstellung
Es werden verschiedene Ansätze zum Einstellen der Leistungsausgabe von einer Batterie basierend auf dem maximalen Leistungspegel bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 7,107,956 gezeigt, lehren McGee et al. das Schätzen einer Entladeleistungsgrenze für eine Batterie in einem Hybridelektrofahrzeug und bei Bedingungen, unter denen die Batterie die Entladeleistungsgrenze erreichen kann, wodurch das den Fahrzeugrädern bereitgestellte Drehmoment reduziert wird, um die Batterieleistungsausgabe zu reduzieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann, selbst wenn das den Fahrzeugrädern bereitgestellte Drehmoment auf ein Schwellendrehmoment reduziert wird, um die Batterieleistungsausgabe zu reduzieren, bei Vorgängen mit niedrigerer Geschwindigkeit, wie etwa unmittelbar nach einer Gaspedalbetätigung, ein höheres Raddrehmoment entsprechend dem Schwellendrehmoment bereitgestellt werden, doch wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der begrenzten Batterieentladeleistung zunimmt, kann das Raddrehmoment schnell abnehmen. Die Abnahme des Raddrehmoments kann bewirken, dass die Fahrzeugbeschleunigung abnimmt, was sich negativ auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit auswirken kann. Daher kann auf einen kurzen Beschleunigungsimpuls (höhere Raddrehmomentabgabe) unmittelbar ein Abfall der Beschleunigung (niedrigere Raddrehmomentabgabe) folgen, was Fahrbarkeitsprobleme verursacht.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für ein Fahrzeug angegangen werden, das als Reaktion darauf, dass eine Ausgangsleistungsgrenze einer Batterie unter einer Schwellenleistung liegt, selektives Begrenzen eines abgebbaren Drehmoments, das Fahrzeugrädern über eine elektrische Maschine von der Batterie bereitgestellt wird, umfasst, wobei das abgebbare Drehmoment auf einem Drehmomentbedarf des Fahrers basiert. Auf diese Weise kann die Drehmomentabgabe über einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten aufrechterhalten werden, indem die Drehmomentausgabe an die Fahrzeugräder weiter unter einer maximal abgebbaren Drehmomentausgabe begrenzt wird, was das Fahrverhalten verbessert.
Als ein Beispiel kann bei Betrieb eines Batterieelektrofahrzeugs (BEV), wie etwa als Reaktion auf eine Gaspedalbetätigung beim Fahrzeugstart, eine Entladeleistungsgrenze einer Batterie, die einer elektrischen Maschine Leistung zuführt, basierend auf physischen Eigenschaften der Batterie, Alter der Batterie, Ladezustand der Batterie und Batterietemperatur geschätzt werden. Eine abgebbare Drehmomentausgabe, die der Entladeleistungsgrenze entspricht, kann geschätzt werden. Unter Bedingungen, bei denen die Entladeleistungsgrenze der Batterie unter einem Schwellenwert liegt, kann das tatsächliche Drehmoment, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird, niedriger als die abgebbare Drehmomentausgabe sein. Der Wert, bei dem das Drehmoment begrenzt werden kann, kann auf der abgebbaren Drehmomentausgabe und der Entladeleistungsgrenze basieren. Beim Betreiben des Fahrzeugs mit einem begrenzten Wert des an die Räder abgegebenen Drehmoments, wenn das abgebbare Drehmoment vom Bediener angefordert wird, wie etwa während einer Bedingung, bei der das Fahrzeug im Schlamm festsitzt und eine Spitzenbeschleunigung zum Antreiben des Fahrzeugs erwünscht ist, kann das abgebbare Drehmoment den Fahrzeugrädern bereitgestellt werden.
Auf diese Weise kann durch Begrenzen des an die Räder abgegebenen Drehmoments auf unter die abgebbare Drehmomentausgabe bei Bedingungen einer Batterieentladeleistung unter einem Schwellenwert eine gleichbleibende Drehmomentausgabe und Beschleunigung nach einer Gaspedalbetätigung für eine längere Zeit aufrechterhalten werden. Durch Reduzieren der Möglichkeit eines Abfalls der Beschleunigung bei erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit, gefolgt von einer anfänglichen Spitzenbeschleunigung, können diskrete Impulse während einer Fahrt reduziert und die Zufriedenheit des Bedieners verbessert werden. Der technische Effekt des Bereitstellens eines abgebbaren Drehmoments während eines spezifischen Bedienerbedarfs besteht darin, dass unter Bedingungen, bei denen eine Spitzenbeschleunigung des Fahrzeugs erwünscht ist, um das Fahrzeug zu bewegen, die Beschleunigung erleichtert werden kann, was wiederum das Fahrverhalten und die Bedienerzufriedenheit verbessert. Insgesamt können durch Einstellen eines tatsächlichen Drehmoments, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird, basierend auf der Batterieentladeleistung und der entsprechenden abgebbaren Drehmomentausgabe Beschleunigungen für eine längere Zeit aufrechterhalten und ein reibungsloseres Fahrerlebnis bereitgestellt werden.
Es sollte sich verstehen, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkraftübertragung;
2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Drehmomentbegrenzung basierend auf einer Batterieentladeleistungsgrenze.
3 zeigt einen beispielhaften Verlauf der Drehmomentabgabe basierend auf einer Batterieentladeleistungsgrenze.
4 zeigt einen beispielhaften Verlauf der Drehmomentbegrenzung basierend auf der Batterieentladeleistungsgrenze.
5 zeigt einen beispielhaften Zeitverlauf der Drehmomentabgabe basierend auf Batterieentladeleistung und Drehmomentbedarf.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Batterieelektrofahrzeugs (BEV) durch Einstellen des Drehmoments, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird, basierend auf einer Batterieentladeleistung. 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeugsystem, das eine Kraftübertragung mit einer oder mehreren elektrischen Antriebsquellen beinhaltet. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, Steuerroutinen durchzuführen, wie etwa die beispielhafte Routine aus 2, um das an die Fahrzeugräder abgegebene Drehmoment selektiv zu begrenzen, basierend auf einer Batterieentladeleistungsgrenze. 3 und 4 zeigen zeigt beispielhafte Verläufe der Drehmomentabgabe bzw. Drehmomentbegrenzung basierend auf der Batterieentladeleistungsgrenze. Eine beispielhafte Drehmomentabgabe basierend auf Batterieentladeleistung ist in 5 gezeigt.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Fahrzeugantriebssystem 100 für ein Fahrzeug 121. In der gesamten Beschreibung von 1 sind mechanische Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten als durchgezogene Linien veranschaulicht, während elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten als gestrichelte Linien veranschaulicht sind. Das Fahrzeugantriebssystem 100 ist mit einer ersten elektrischen Maschine (z. B. einer elektrischen Antriebskraftmaschine) 120 und einer zweiten elektrischen Maschine (z. B. einer elektrischen Antriebskraftmaschine) 135 zum Antreiben des Fahrzeugs 121 gezeigt. In anderen Beispielen kann das Fahrzeug 121 jedoch nur eine elektrische Maschine zum Bereitstellen von Antriebskraft beinhalten. In weiteren Beispielen kann das Fahrzeug 121 mehr als zwei elektrische Maschinen zum Antreiben des Fahrzeugs beinhalten. Die elektrische Maschine 120 und die elektrische Maschine 135 werden über die Steuerung 12 gesteuert. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen in 1 und 2 gezeigten Sensoren. Zudem setzt die Steuerung 12 die in 1 und 2 gezeigten Aktoren ein, um den Betrieb der Kraftübertragung auf Grundlage der empfangenen Signale und von in einem Speicher der Steuerung 12 gespeicherten Anweisungen zu steuern. In einigen Beispielen beinhaltet das Antriebssystem 100 des Fahrzeugs eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt).
Das Fahrzeugantriebssystem 100 weist eine Vorderachse 133 und eine Hinterachse 122 auf. In einigen Beispielen kann die Hinterachse zwei Halbwellen umfassen, zum Beispiel eine erste Halbwelle 122a und eine zweite Halbwelle 122b. Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet ferner Vorderräder 130 und Hinterräder 131. In diesem Beispiel können die Vorderräder 130 und/oder Hinterräder 131 über elektrische Antriebsquellen angetrieben werden. Die Hinterachse 122 ist an die elektrische Maschine 120 gekoppelt. Die elektrische Maschine 120 ist in die Achse 122 integriert gezeigt und die elektrische Maschine 135 ist in die Vorderachse 133 integriert gezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann eine einzelne elektrische Maschine an jede der Vorderachse 133 und der Hinterachse 122 gekoppelt sein.
Die elektrischen Maschinen 120, 120a, 135 und 135a können eine elektrische Leistung aus der bordeigenen Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie (hierin auch als Batterie bezeichnet) aufnehmen. Darüber hinaus können die elektrischen Maschinen 120 und 135 eine Generatorfunktion bereitstellen, um die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zur späteren Verwendung durch die elektrische Maschine 120 und/oder 135 in der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie gespeichert werden kann. Eine erste Wechselrichtersystemsteuerung (first inverter system controller - ISC1) 134 kann durch die elektrische Maschine 120 erzeugten Wechselstrom zum Speichern in der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie in Gleichstrom umwandeln und umgekehrt. Eine zweite Wechselrichtersystemsteuerung (ISC2) 147 kann durch die elektrische Maschine 135 erzeugten Wechselstrom zur Speicherung in der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie in Gleichstrom umwandeln und umgekehrt. Eine dritte Wechselrichtersystemsteuerung (ISC3) 137 kann Gleichstrom von der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie in Wechselstrom umwandeln, der von der elektrischen Maschine 120a verwendet wird. Eine vierte Wechselrichtersystemsteuerung (ISC4) 148 kann Gleichstrom von der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie in Wechselstrom umwandeln, der von der elektrischen Maschine 135a verwendet wird. Bei der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie kann es sich um eine Batterie, einen Kondensator, einen Induktor oder eine andere Speichervorrichtung für elektrische Energie handeln.
In einigen Beispielen kann die Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie dazu konfiguriert sein, elektrische Energie zu speichern, die anderen elektrischen Verbrauchern (außer den Elektromotoren) zugeführt werden kann, die sich an Bord des Fahrzeugs befinden, einschließlich Heizung und Klimaanlage der Kabine, Starten des Motors, Scheinwerfern, Audio- und Videosystemen der Kabine usw.
Ein Steuersystem 14 kann mit einer oder mehreren von der elektrischen Maschine 120, der elektrischen Maschine 120a zur Drehmomentverteilung, der Energiespeichervorrichtung 132, der elektrischen Maschine 135, der elektrischen Maschine 135a zur Drehmomentverteilung usw. kommunizieren. Das Steuersystem 14 kann sensorische Rückkopplungsinformationen von einer oder mehreren von der elektrischen Maschine 135, der elektrischen Maschine 120, der Energiespeichervorrichtung 132 usw. empfangen. Ferner kann das Steuersystem 14 als Reaktion auf diese sensorische Rückkopplung Steuersignale an eine oder mehrere von der elektrischen Maschine 135, der elektrischen Maschine 135a zur Drehmomentverteilung, der elektrischen Maschine 120, der elektrischen Maschine 120a zur Drehmomentverteilung, der Energiespeichervorrichtung 132 usw. senden. Das Steuersystem 14 kann eine Angabe einer durch einen Bediener angeforderten Ausgabe des Fahrzeugantriebssystems von einem menschlichen Bediener 102 oder einer autonomen Steuerung empfangen. Das Steuersystem 14 kann zum Beispiel sensorische Rückkopplung von einem Pedalpositionssensor 194 empfangen, der mit einem Pedal 192 kommuniziert. Das Pedal 192 kann sich schematisch auf ein Gaspedal beziehen. Gleichermaßen kann das Steuersystem 14 über einen menschlichen Bediener 102 oder eine autonome Steuerung eine Angabe einer durch den Bediener angeforderten Fahrzeugbremsung empfangen. Zum Beispiel kann das Steuersystem 14 sensorische Rückkopplung von einem Pedalpositionssensor 157 empfangen, der mit einem Bremspedal 156 kommuniziert.
Die Energiespeichervorrichtung 132 kann periodisch elektrische Energie aus einer Leistungsquelle 180 (z.B. einem stationären Stromnetz) aufnehmen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z.B. nicht Teil des Fahrzeugs ist), wie durch den Pfeil 184 angegeben. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als Plug-in-Elektrofahrzeug konfiguriert sein, wodurch der Energiespeichervorrichtung 132 elektrische Energie aus der Leistungsquelle 180 über ein Übertragungskabel 182 für elektrische Energie zugeführt werden kann. Bei einem Wiederaufladebetrieb der Energiespeichervorrichtung 132 aus der Leistungsquelle 180 kann das elektrische Übertragungskabel 182 die Energiespeichervorrichtung 132 und die Leistungsquelle 180 elektrisch koppeln. In einigen Beispielen kann die Leistungsquelle 180 mit dem Einlassanschluss 150 verbunden sein. Des Weiteren kann in einigen Beispielen eine Ladestatusanzeige 151 einen Ladestatus der Energiespeichervorrichtung 132 anzeigen.
In einigen Beispielen kann elektrische Energie aus der Leistungsquelle 180 durch das Ladegerät 152 aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das Ladegerät 152 Wechselstrom aus der Leistungsquelle 180 in Gleichstrom (direct current - DC) zum Speichern in der Energiespeichervorrichtung 132 umwandeln.
Während das Fahrzeugantriebssystem betrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben, kann das elektrische Übertragungskabel 182 zwischen der Leistungsquelle 180 und der Energiespeichervorrichtung 132 getrennt werden. Das Steuersystem 14 kann die in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Menge an elektrischer Energie, die als Ladezustand (State of Charge - SOC) bezeichnet werden kann, feststellen und/oder steuern.
Bei anderen Beispielen kann das elektrische Übertragungskabel 182 weggelassen werden, wobei elektrische Energie aus der Leistungsquelle 180 an der Energiespeichervorrichtung 132 drahtlos empfangen werden kann. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 132 elektrische Energie über eines oder mehrere von elektromagnetischer Induktion, Funkwellen und elektromagnetischer Resonanz aus der Stromquelle 180 aufnehmen. Demnach versteht es sich, dass ein beliebiger geeigneter Ansatz zum Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 132 von einer Leistungsquelle, die nicht Teil des Fahrzeugs ist, verwendet werden kann. Auf diese Art und Weise können die elektrische Maschine 120 und die elektrische Maschine 135 das Fahrzeug antreiben, indem eine stationäre elektrische Leistungsquelle verwendet wird.
Die Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie beinhaltet eine Steuerung 139 der Speichervorrichtung für elektrische Energie. Die Steuerung 139 der Speichervorrichtung für elektrische Energie kann Ladungsausgleich zwischen Energiespeicherelementen (z. B. Batteriezellen) und Kommunikation mit anderen Fahrzeugsteuerungen (z. B. der Steuerung 12) bereitstellen.
Die Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie kann eine Entladeleistungsgrenze, wie etwa einen maximalen Leistungspegel, aufweisen, über den hinaus die Zufuhr von Energie von der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie die Vorrichtung 132 für eine gewisse Zeitdauer beeinträchtigen kann. Die Ausgangsleistungsgrenze der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie kann in Abhängigkeit eines Ladezustands der Vorrichtung 132 und einer Umgebungstemperatur geschätzt werden. Unter Bedingungen, bei denen die Ausgangsleistungsgrenze der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie unter einer Schwellenleistung liegt, kann ein begrenztes Drehmoment an die Fahrzeugräder abgegeben werden. Das begrenzte Drehmoment kann niedriger als ein abgebbares Drehmoment (Spitze) sein, das dem Drehmomentbedarf des Fahrers und der Ausgangsleistungsgrenze der Vorrichtung 132 entspricht. Das begrenzte Drehmoment kann direkt proportional zu der Ausgangsleistungsgrenze der Vorrichtung 132 sein, wobei das begrenzte Drehmoment mit einer Abnahme der Ausgangsleistungsgrenze der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie abnimmt. Die Schwellenleistung kann in Abhängigkeit vom Drehmomentbedarf des Fahrers kalibriert werden. Während der Begrenzung des den Fahrzeugrädern bereitgestellten abgebbaren Drehmoments kann als Reaktion darauf, dass Bedingungen für eine Schwellenwertdrehmomentabgabe erfüllt sind, das abgebbare Drehmoment den Fahrzeugrädern bereitgestellt werden. Die Bedingungen für die abgebbare Drehmomentabgabe können beinhalten, dass jedes davon, dass ein Gaspedal länger als eine Schwellendauer betätigt wird und dass das Fahrzeug nicht über eine Schwellenbeschleunigung beschleunigt. Die Bedingungen für die abgebbare Drehmomentabgabe können ferner beinhalten, dass sich die Ausgangsleistungsgrenze der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie auf über die Schwellenleistung erhöht. Unter Bedingungen, bei denen die Ausgangsleistungsgrenze der Speichervorrichtung 132 für elektrische Energie über einer Schwellenleistung liegt, kann ein Spitzendrehmoment an die Fahrzeugräder abgegeben werden.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann zudem einen Umgebungstemperatur-/-luftfeuchtigkeitssensor 198 beinhalten. Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann ferner einen Beschleunigungsmesser 20 beinhalten.
Die Steuerung 12 kann einen Abschnitt eines Steuersystems 14 umfassen. In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 eine einzige Steuerung des Fahrzeugs sein. Die Steuerung 12 ist in 1 vielleicht als Mikrocomputer gezeigt, zu dem eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z.B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichttransitorischer Festwertspeicherchip gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher, Keep-Alive-Speicher und ein Datenbus gehören. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (wofür in dieser Schrift verschiedene Beispiele beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 81 (wofür in dieser Schrift verschiedene Beispiele beschrieben sind) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 Reifendrucksensor(en) 195, und den Umgebungstemperatur-/-luftfeuchtigkeitssensor 198 beinhalten.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann zudem ein bordeigenes Navigationssystem 17 (zum Beispiel ein globales Positionsbestimmungssystem) an einem Armaturenbrett 19 beinhalten, mit dem ein Bediener des Fahrzeugs interagieren kann. Das Navigationssystem 17 kann einen oder mehrere Standortsensoren zum Unterstützen beim Schätzen eines Standorts (z. B. von geografischen Koordinaten) des Fahrzeugs beinhalten. Zum Beispiel kann das bordeigene Navigationssystem 17 Signale von GPS-Satelliten (nicht gezeigt) empfangen und anhand des Signals den geografischen Standort des Fahrzeugs identifizieren. In einigen Beispielen können die geografischen Standortkoordinaten an die Steuerung 12 kommuniziert werden.
Das Armaturenbrett 19 kann ferner ein Anzeigesystem 18 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, dem Fahrzeugführer Informationen anzuzeigen. Das Anzeigesystem 18 kann als nicht einschränkendes Beispiel eine Anzeige mit einem Touchscreen oder einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - HMI) umfassen, die es dem Fahrzeugführer ermöglicht, grafische Informationen anzusehen sowie Befehle einzugeben. In einigen Beispielen kann das Anzeigesystem 18 über die Steuerung (z. B. 12) drahtlos mit dem Internet (nicht gezeigt) verbunden sein. Demnach kann der Fahrzeugführer in einigen Beispielen über das Anzeigesystem 18 mit einer Internetseite oder einer Softwareanwendung (App) kommunizieren.
Das Armaturenbrett 19 kann ferner eine Bedienerschnittstelle 15 beinhalten, über die der Fahrzeugführer den Betriebsstatus des Fahrzeugs einstellen kann. Konkret kann die Bedienerschnittstelle 15 dazu konfiguriert sein, den Betrieb der Fahrzeugkraftübertragung (z.B. der elektrischen Maschine 135 und der elektrischen Maschine 120) auf Grundlage einer Bedienereingabe zu initiieren und/oder zu beenden. Zu verschiedenen Beispielen für die Bedienerzündschnittstelle 15 können Schnittstellen zählen, für die eine physikalische Vorrichtung erforderlich ist, wie etwa ein aktiver Schlüssel, der in die Bedienerzündschnittstelle 15 eingeführt werden kann, um das Fahrzeug einzuschalten, oder entfernt werden kann, um das Fahrzeug auszuschalten. Zu anderen Beispielen kann ein passiver Schlüssel gehören, der kommunikativ an die Bedienerzündschnittstelle 15 gekoppelt ist. Der passive Schlüssel kann als elektronischer Funkschlüssel oder Smartkey konfiguriert sein, der nicht in die Zündschnittstelle 15 eingeführt oder aus dieser entfernt werden muss, um das Fahrzeug zu betreiben. Stattdessen kann es notwendig sein, dass sich der passive Schlüssel im Inneren oder in der Nähe des Fahrzeugs befindet (z. B. innerhalb einer Schwellenentfernung von dem Fahrzeug). Bei noch weiteren Beispielen kann zusätzlich oder optional ein Start-/Stopp-Knopf verwendet werden, der manuell durch den Bediener gedrückt wird, um das Fahrzeug ein- oder auszuschalten. In weiteren Beispielen kann ein Fernstart des Fahrzeugs über eine Remote-Rechenvorrichtung (nicht gezeigt) eingeleitet werden, zum Beispiel ein Mobiltelefon oder ein smartphonebasiertes System, bei dem das Mobiltelefon eines Benutzers Daten an einen Server sendet und der Server mit der Fahrzeugsteuerung 12 kommuniziert, um das Fahrzeug zu starten.
Auf diese Weise können die Systeme aus 1 ein System für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ermöglichen, umfassend eine Energiespeichervorrichtung, die einer oder mehreren elektrischen Maschinen Leistung zuführt, wobei eine Steuerung ausführbare Anweisungen beinhaltet, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, um während eines ersten Gaspedalbetätigungsvorgangs, wenn eine Ausgangsleistungsgrenze der Energiespeichervorrichtung niedriger als ein Schwellenwert ist, ein reduziertes Drehmoment von der einen oder den mehreren elektrischen Maschinen an Fahrzeugräder abzugeben, wobei das reduzierte Drehmoment niedriger als eine von der Energiespeichervorrichtung abgebbare Drehmomentausgabe ist. Das abgegebene reduzierte Drehmoment kann als Reaktion auf eine zweite Gaspedalbetätigung, die länger als eine Schwellendauer ist, mit einer Geschwindigkeitsbeschleunigung, die niedriger als ein Schwellenwert ist, auf die abgebbare Drehmomentausgabe mit einer konstanten Rate gesteigert werden, wobei die zweite Gaspedalbetätigung nach der ersten Gaspedalbetätigung während eines Fahrzeugbetriebs stattfindet, bei dem reduziertes Drehmoment an die Fahrzeugräder abgegeben wird.
2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 200 zur Drehmomentbegrenzung basierend auf einer Entladeleistung einer Energiespeichervorrichtung (wie etwa der Energiespeichervorrichtung/Batterie 132 in 1). Das Verfahren aus 2 kann in das System aus 1 eingebunden sein und mit diesem zusammenwirken. Ferner können mindestens Teile des Verfahrens aus 2 als in nichttransitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen eingebunden sein, während andere Teile des Verfahrens über eine Steuerung, die Betriebszustände von Vorrichtungen und Aktoren in der physischen Welt verändert, durchgeführt werden können.
Bei 202 werden Fahrzeugbetriebsbedingungen geschätzt. Die Steuerung kann bestimmen, dass das Fahrzeug aktiviert ist, wenn eine Fahrzeugaktivierungsanforderung über einen menschlichen oder autonomen Fahrer gestellt wurde. Die Fahrzeugaktivierungsanforderung kann über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen werden, die eine Eingabe von einem menschlichen Fahrer direkt oder über einen Schlüsselanhänger oder eine andere Vorrichtung empfängt, die in eine vorbestimmte Nähe des Fahrzeugs eintritt (z. B. innerhalb von 5 Metern vom Fahrzeug). Die Betriebsbedingungen können Gaspedalposition, Bremspedalposition, Fahrzeuggeschwindigkeit, an die Fahrzeugräder abgegebenes Drehmoment usw. beinhalten. Ein Ladezustand (state of charge - SOC) der Batterie und ein Alter der Batterie können ebenfalls durch die Steuerung bestimmt werden. Zudem können Umgebungsbedingungen, wie etwa Umgebungstemperatur, Druck, Feuchtigkeit usw., geschätzt werden.
Bei 204 kann eine Entladeleistungsgrenze (D) der Batterie geschätzt werden. Die Entladeleistungsgrenze ist ein maximaler Leistungspegel, über den hinaus der Batteriebetrieb für eine gewisse Zeit die Batterie beschädigen kann. Die Steuerung kann die Entladeleistungsgrenze einer Batterie basierend auf physischen Eigenschaften der Batteriezellen (wie etwa individuellen Zellspannungen und -temperaturen), Alter der Batterie, Ladezustand (SOC) der Batterie sowie Batterietemperatur bestimmen. Die Entladeleistungsgrenze kann abnehmen, wenn die Batterietemperatur unter einer ersten Schwellentemperatur liegt oder die Batterietemperatur über einer zweiten Schwellentemperatur liegt, wobei die zweite Schwellentemperatur über der ersten Schwellentemperatur liegt. In einem Beispiel kann die erste Schwellentemperatur 5 °C betragen. In einem anderen Beispiel kann die zweite Schwellentemperatur 45 °C betragen. Als ein Beispiel kann die Batterietemperatur beim Fahrzeugstart nach einem Zeitraum der Inaktivität die Umgebungstemperatur sein. Die Entladeleistungsgrenze kann umgekehrt proportional zum Batteriealter sein, sodass D mit einer Zunahme des Batteriealters abnimmt. Als ein anderes Beispiel kann die Entladeleistungsgrenze direkt proportional zum Batterie-SOC sein, sodass D mit einer Abnahme des Batterie-SOC abnimmt. In einem Beispiel kann die Steuerung eine Lookup-Tabelle verwenden, um D für eine Batterie mit gegebenen physischen Eigenschaften mit dem Alter der Batterie, dem SOC und der Batterietemperatur als Eingabe und D als Ausgabe zu bestimmen. Während des Betriebs des Fahrzeugs unter Verwendung des Elektromotordrehmoments (des durch die Batterie angetriebenen Elektromotors) ist die Batterieausgangsleistung innerhalb der Batterieentladeleistungsgrenze begrenzt.
Bei 206 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob die Entladeleistungsgrenze (D) der Batterie unter einer Schwellenleistung liegt. Die Schwellenleistung kann basierend auf der Drehmomentfähigkeit und einem Gewicht des Fahrzeugs kalibriert werden. Die Drehmomentfähigkeit kann ein maximal mögliches Drehmoment sein, das von der bordeigenen Batterie abgegeben werden kann. Wenn bestimmt wird, dass die Entladeleistungsgrenze (D) der Batterie höher als die Schwellenleistung ist, wird abgeleitet, dass ein abgebbares Drehmoment, das der Entladeleistungsgrenze (D) der Batterie entspricht, dem Elektromotor von der Batterie bereitgestellt werden kann.
Bei 208 kann den Fahrzeugrädern ein D entsprechendes abgebbares Drehmoment (τ) bereitgestellt werden. Das abgegebene Drehmoment kann eine Größe des Fahrerbedarfs bis zu einem Drehmoment sein, das von der Batterie über die elektrische Maschine an die Fahrzeugräder abgegeben werden kann, das D entspricht. Das abgebbare Drehmoment kann eine Größe eines Drehmoments sein, das von der Batterie an die Fahrzeugräder über die elektrische Maschine entsprechend D und Drehmomentbedarf abgegeben werden kann. Der Elektromotor kann ein abgebbares Drehmoment (hier auch als Spitzendrehmoment oder Schwellendrehmoment bezeichnet) an die Fahrzeugräder abgeben. Die Steuerung kann das zu bereitstellende abgebbare Drehmoment (τ) basierend auf einem vom Bediener angeforderten Drehmoments (Drehmomentbedarf) und der Batterieentladeleistungsgrenze (D) derart bestimmen, dass die von der Batterie abgegebene Leistung D nicht überschreitet, je nachdem, was einschränkender ist. Zu anderen Faktoren, die durch die Steuerung beim Schätzen des abgebbaren Drehmoments (τ) berücksichtigt werden können, können die Drehzahl des Elektromotors, die Elektromotortemperatur usw. gehören. Das abgebbare Drehmoment kann das vom Fahrer angeforderte Drehmoment sein. In einem Beispiel kann bei einer gegebenen Drehzahl des Fahrzeugrads das abgebbare Drehmoment (τ) niedriger sein als das maximale Drehmoment, das der Batterieentladeleistungsgrenze (D) entspricht. In einem weiteren Beispiel kann bei einer gegebenen Drehzahl des Fahrzeugrads das abgebbare Drehmoment (τ) gleich dem maximalen Drehmoment sein, das der Batterieentladeleistungsgrenze (D) entspricht. Das an die Fahrzeugräder abzugebende Drehmoment kann basierend auf Gleichung 1 bestimmt werden. $τ = \frac{P}{ω}$
wobei τ das abgebbare Drehmoment ist, das von einem oder mehreren Elektromotoren (wie etwa der ersten elektrischen Maschine 120 und der zweiten elektrischen Maschine 135 in 2) abgegeben wird, die an die Achsen der Fahrzeugräder an die Räder gekoppelt sind, P die Leistung ist, die von der Batterie, die gleich oder niedriger als die Batterieentladeleistung D sein kann, abgegeben wird, und ω die Drehzahl (U/min) der Fahrzeugräder ist. Als ein Beispiel kann die Steuerung eine Lookup-Tabelle verwenden, um das abgebbare Drehmoment (τ) mit D und ω als Eingaben und τ als Ausgabe zu bestimmen.
Wenn bestimmt wird, dass die Entladeleistungsgrenze (D) der Batterie unter der Schwellenleistung liegt, kann bei 210 ein an das Fahrzeugrad abgebbares begrenztes Drehmoment (τc) basierend auf D und dem abgebbaren Drehmoment bestimmt werden (τ, das D und der aktuellen Drehzahl (ω) der Fahrzeugräder entspricht. Das begrenzte Drehmoment kann niedriger als das abgebbare Drehmoment sein. In einem Beispiel kann die Steuerung eine Lookup-Tabelle oder einen Verlauf verwenden, um das an das Fahrzeugrad abzugebende begrenzte Drehmoment (τc) zu bestimmen.
4 zeigt einen beispielhaften Verlauf 400 der Drehmomentbegrenzung basierend auf einer Batterieentladeleistungsgrenze. Die x-Achse bezeichnet die Grenze der Batterieentladeleistung (in Watt) und die y-Achse bezeichnet das Drehmoment (in Nm), das an die Fahrzeugräder abgegeben wird.
In diesem Beispiel ist W4 der Schwellenwert für die Batterieentladeleistungsgrenze, unter dem das an die Räder abgegebene Drehmoment von dem entsprechenden abgebbaren Drehmoment begrenzt werden kann. In einem Beispiel kann Schwellenwert für die Batterieentladeleistungsgrenze 175000 Watt betragen. In diesem Beispiel entspricht ein abgebbares Drehmoment von T5 dem Schwellenwert für die Batterieentladeleistungsgrenze von W4. In einem Beispiel kann T5 7000 Nm betragen. Wie aus der Linie 404 ersichtlich, ändert sich das an die Räder abgegebene Drehmoment nichtlinear mit einer Änderung der Batterieentladeleistungsgrenze. Die Drehmomentausgabe kann mit einer Verringerung der Batterieentladeleistungsgrenze verringert werden, bis ein niedrigeres Schwellendrehmoment (in diesem Beispiel T1) erreicht wird, unter dem die an die Räder abgegebene Drehmomentausgabe nicht weiter verringert wird. In einem Beispiel kann T1 3000 Nm betragen.
Die Beschleunigung des Fahrzeugs kann direkt proportional zu dem Drehmoment sein, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird. Durch Begrenzen des an die Räder abgegebenen Drehmoments auf unter die abgebbare Drehmomentausgabe bei Bedingungen einer Entladeleistung unter einer Schwellenleistung kann eine abgebbare Drehmomentausgabe und Beschleunigung nach einer Gaspedalbetätigung für eine längere Zeit aufrechterhalten werden. Durch Reduzieren der Möglichkeit eines Abfalls der Beschleunigung bei erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit, gefolgt von einer anfänglichen Spitzenbeschleunigung, können diskrete Impulse während einer Fahrt reduziert werden und die Zufriedenheit des Bedieners verbessert werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann bei 211 das bei Schritt 210 bestimmte begrenzte Drehmoment (τc) über den Elektromotor, der an die Radachsen gekoppelt ist, an die Fahrzeugräder abgegeben werden. Die von der Batterie abgegebene Leistung kann direkt proportional zu dem abgegebenen Drehmoment sein. Somit kann während der Abgabe des begrenzten Drehmoments die von der Batterie zugeführte Leistung von der Batterieausgangsleistungsgrenze gesenkt werden. In einem Beispiel kann ein einzelner Elektromotor an jede Achse des Fahrzeugs gekoppelt sein und der einzelne Elektromotor kann das begrenzte Drehmoment an jede der Achsen abgeben. In einem anderen Beispiel können getrennte Elektromotoren an jede Achse des Fahrzeugs gekoppelt sein und das an beide Achsen abgegebene Gesamt- (Summen-) Drehmoment kann das begrenzte Drehmoment sein.
3 zeigt einen beispielhaften Verlauf 300 einer Fahrzeugbeschleunigung, die durch Drehmoment verursacht wird, das basierend auf einer Entladeleistungsgrenze der Batterie abgegeben wird. Die x-Achse bezeichnet die Drehzahl (U/min) der Fahrzeugräder und die y-Achse bezeichnet die Fahrzeugbeschleunigung (in m/s²). Die Fahrzeugbeschleunigung kann direkt proportional zu dem Drehmoment sein, das von der Batterie über den Elektromotor an die Fahrzeugräder bereitgestellt wird.
Der erste Verlauf, Linie 302, entspricht einer Beschleunigung, die entsprechend einer ersten, höchsten Batterieentladeleistungsgrenze bereitgestellt wird. Der zweite Verlauf, Linie 304, entspricht einer Beschleunigung, die entsprechend einer zweiten, mittleren Batterieentladeleistungsgrenze geliefert wird. Der dritte Verlauf, Linie 306, entspricht einer Beschleunigung, die entsprechend einer dritten, niedrigen Batterieentladeleistungsgrenze bereitgestellt wird. Der vierte Verlauf, Linie 308, entspricht einer bereitstellbaren Spitzenbeschleunigung, die einer Batterieentladeleistungsgrenze entspricht, die niedriger als ein Schwellenwert ist. Wie aus dem Verlauf ersichtlich, nimmt die Dauer, über die sich die Spitzenbeschleunigung (A1) aufrechterhalten lässt, ab, wenn die Batterieentladeleistungsgrenze abnimmt. Für den ersten Verlauf 302 kann die Spitzenbeschleunigung bis zu einer ersten Geschwindigkeit von S1 aufrechterhalten werden, für den zweiten Verlauf 304 kann die Spitzenbeschleunigung bis zu einer zweiten Geschwindigkeit von S2 aufrechterhalten werden, für den dritten Verlauf 306 kann die Spitzenbeschleunigung, bis zu einer dritten Geschwindigkeit von S3 aufrechterhalten werden, wobei die erste Geschwindigkeit höher als jede von der zweiten Geschwindigkeit und der dritten Geschwindigkeit ist und die zweite Geschwindigkeit höher als die dritte Geschwindigkeit ist. Aus dem vierten Verlauf 308 ist ersichtlich, dass die Spitzenbeschleunigung an der niedrigsten Batterieentladeleistungsgrenze nur bis zu einer vierten Geschwindigkeit von S4 aufrechterhalten werden kann, die niedriger als die dritte Geschwindigkeit S3 ist. Im Anschluss an eine Gaspedalbetätigung kann der Abfall der Spitzenbeschleunigung zu schlechtem Fahrverhalten führen, da die Leistungsabgabe einem Impuls ähnelt, was bei einem Fahrzeugführer das Gefühl einer ruckartigen Bewegung auslösen kann. Eine Kraft des ruckartigen Bewegungsgefühls kann in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegen, die parallel zu einer Längsachse des Fahrzeugs sein kann.
Daher kann, um das Fahrverhalten zu verbessern, unter Bedingungen, bei denen die Batterieentladeleistung niedriger als die Schwellenleistung ist (wie in Schritt 206 aus 2 definiert), wie durch die gestrichelte Linie 310 gezeigt, das an die Räder abgegebene Drehmoment von einem abgebbaren (Spitzen-) Drehmoment, das der Batterieentladeleistungsgrenze entspricht, begrenzt (gesenkt) werden. Der Wert des begrenzten Drehmoments kann abhängig von der Batterieentladeleistungsgrenze sein. Das begrenzte abgebbare Drehmoment kann einer gesenkten Spitzenbeschleunigung A2 entsprechen. Durch Verringern der Spitzenbeschleunigung (um einen Betrag ΔA) von einem höheren Wert A1 auf einen niedrigeren Wert A2 kann die niedrigere Spitzenbeschleunigung A2 aufrechterhalten werden, bis die dritte Geschwindigkeit S3 erreicht ist. Durch Beibehalten der Beschleunigung für eine längere Dauer und bis zu einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit (relativ zu Verlauf 308) kann das Fahrverhalten verbessert werden. Die Verringerung der Spitzenbeschleunigung (ΔA) kann direkt proportional zur Differenz zwischen dem begrenzten Drehmoment und dem maximal zulässigen, von der Batterie abgegebenem Drehmoment sein, das einer Batterieentladeleistungsgrenze unter einem Schwellenwert entspricht.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Routine bei 212 das Bestimmen, ob Bedingungen zum Bereitstellen eines abgebbaren Drehmoments (τ) während des Fahrzeugbetriebs mit einem begrenzten Drehmomentwert, der an die Fahrzeugräder abgegeben wird, erfüllt sind. Die Bedingungen können einen plötzlich erhöhten Bedienerdrehmomentbedarf beinhalten, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gaspedal länger als eine Schwellendauer betätigt wird, ohne dass sich das Fahrzeug über eine Schwellenbeschleunigung beschleunigt. In einem Beispiel kann das Gaspedal über 300 Millisekunden betätigt sein, ohne dass das Fahrzeug mehr als 0,25 m/s² beschleunigt. Als ein Beispiel kann das Fahrzeug in Schlamm (einem Hindernis) festsitzen oder einen steilen Berg hinauffahren, und es kann sich ein plötzlicher Anstieg des Drehmomentbedarfs für eine kürzere Dauer ergeben, um das Hindernis zu überwinden oder den Berg hinaufzufahren. Während des Betriebs des Fahrzeugs, bei dem das begrenzte Drehmoment aufgrund der unter dem Schwellenwert liegenden Batterieausgabedrehmomentgrenze an die Räder abgegeben wird, ist es möglich, dass das Drehmoment nicht ausreichend ist, um den plötzlichen Anstieg des Bedienerdrehmomentbedarfs zu erfüllen.
Die Bedingungen für die abgebbare Drehmomentabgabe während des Fahrzeugbetriebs, wobei der begrenzte Wert des Drehmoments an die Fahrzeugräder abgegeben wird, kann auch beinhalten, dass sich die Batterieentladeleistungsgrenze auf über die Schwellenleistung erhöht. Als ein Beispiel kann während eines Fahrzeugstarts bei einer Umgebungstemperatur, die niedriger als Schwellenwert ist, die Batterieentladeleistungsgrenze aufgrund der niedrigeren Umgebungs-/ Batterietemperatur niedriger sein. Jedoch kann, nachdem das Fahrzeug für eine Zeitlang betrieben wurde und/oder das Fahrzeug zu einem Standort mit einer höheren Umgebungstemperatur gefahren ist, die Batterieentladeleistungsgrenze auf über den Schwellenwert ansteigen und das Begrenzen von Drehmoment auf unter dem maximal zulässigen Drehmoment kann aus Gründen des Fahrverhaltens nicht länger erwünscht sein.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen zum Bereitstellen eines abgebbaren Drehmoments nicht erfüllt sind, kann der Fahrzeugbetrieb bei 214 mit dem an die Fahrzeugräder abgegebenen begrenzten Drehmoment fortgesetzt werden. Wenn sich die Batterieentladeleistungsgrenze ändert (wie etwa aufgrund einer Änderung von Umgebungstemperatur, Batterie-SOC), kann der Wert des den Fahrzeugrädern zugeführten begrenzten Drehmoments entsprechend angepasst werden. Als ein Beispiel kann, wenn die Batterieentladeleistungsgrenze weiter abnimmt, der Wert des an die Räder abgegebenen begrenzten Drehmoments von der maximal zulässigen Drehmomentausgabe weiter reduziert werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Bedingungen zum Bereitstellen eines abgebbaren Drehmoments während des Fahrzeugbetriebs mit einem begrenzten Drehmomentwerts, der an die Fahrzeugräder abgegeben wird, erfüllt sind, kann bei 216 ein abgebbares Drehmoment (τ), das einer aktuellen Batterieentladeleistungsgrenze (D) entspricht, den Fahrzeugrädern bereitgestellt werden. Der Elektromotor kann den Fahrzeugrädern ein abgebbares Drehmoment (hier auch als Spitzendrehmoment oder Schwellendrehmoment bezeichnet) bereitstellen. Die Steuerung kann das abgebbare Drehmoment τ bestimmen, das der Batterieentladeleistungsgrenze (D) entspricht, sodass die von der Batterie abgegebene Leistung D nicht überschreitet. In einem Beispiel kann die Drehmomentausgabe mit einer vorkalibrierten konstanten Rate von dem begrenzten Drehmoment τc auf das abgebbare Drehmoment τ erhöht werden. Als ein Beispiel kann die Drehmomentausgabe mit einer Rate von 1000 Nm/s erhöht werden. In einem anderen Beispiel kann die Drehmomentausgabe mit einer variablen Rate von dem begrenzten Drehmoment (τc) auf das abgebbare Drehmoment (τ) erhöht werden, wobei sich die Rate während des Steigerungsprozesses ändert. Durch das Abgeben des abgebbaren Drehmoments kann die bereitgestellte Spitzenbeschleunigung erhöht werden, um ein beliebiges Hindernis zu überwinden und/oder eine Steigung zu bewältigen.
Auf diese Weise kann während einer ersten Bedingung ein Bedienerdrehmomentbedarf von einer elektrischen Maschine abgegeben werden, und während einer zweiten Bedingung kann eine begrenzte Drehmomentausgabe basierend auf dem Bedienerdrehmomentbedarf und der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie von der elektrischen Maschine abgegeben werden, wobei das begrenzte Drehmoment niedriger als das Bedienerdrehmomentbedarf ist. Die erste Bedingung kann beinhalten, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie über einem Schwellenwert liegt, und die zweite Bedingung kann beinhalten, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie unter einem Schwellenwert liegt, wobei der Bedienerdrehmomentbedarf bei jeder von der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung gleich ist.
5 zeigt eine beispielhafte Zeitachse 500, die das Einstellen der Drehmomentausgabe basierend auf einer Batterieentladeleistungsgrenze veranschaulicht. Die Horizontale (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1-t3 identifizieren signifikante Zeitpunkte in der Routine zur Einstellung der Drehmomentausgangsleistung.
Der erste Verlauf, Linie 502, zeigt eine Änderung der Gaspedalposition, wie sie über einen Gaspedalpositionssensor geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 504, zeigt eine Größe des tatsächlichen Motordrehmoments (Drehmomentausgabe), das von einer Batterie über einen oder mehrere Elektromotoren an die Fahrzeugräder abgegeben wird. Die gestrichelte Linie 505 bezeichnet ein abgebbares Drehmoment, das entsprechend einer aktuellen Batterieentladeleistungsgrenze bereitgestellt werden kann. Der dritte Verlauf, Linie 506, zeigt die Fahrzeugbeschleunigung proportional zur Drehmomentausgabe. Der vierte Verlauf, Linie 508, zeigt einen Ladezustand (SOC) der Batterie, die das Fahrzeug über den/die Elektromotor(en) mit Leistung versorgt. Der fünfte Verlauf, Linie 510, zeigt eine Umgebungstemperatur, wie über einen Umgebungstemperatursensor geschätzt. Der sechste Verlauf, Linie 512, zeigt eine Batterieentladeleistungsgrenze, wie in Abhängigkeit vom Batterie-SOC und der Umgebungstemperatur geschätzt. Die gestrichelte Linie 513 gibt einen Schwellenwert für die Batterieentladeleistung an, unter den die Batterieausgangsleistung gesenkt werden kann, und die Drehmomentausgabe kann auf unter ein abgebbares Drehmoment begrenzt werden, das der Batterieentladeleistungsgrenze entspricht. Der Schwellenwert der Batterieentladeleistungsgrenze kann basierend auf der Pedalposition kalibriert werden. Das abgebbare Drehmoment kann direkt proportional zu der Batterieentladeleistungsgrenze sein.
Vor einem Zeitpunkt t1 wird das Fahrzeug nicht betrieben. Zum Zeitpunkt t1 wird das Fahrzeug als Reaktion auf ein Einschalten der Zündung und eine Gaspedalbetätigung gestartet. Die Batterieentladeleistungsgrenze wird basierend auf dem aktuellen Batterie-SOC und der Umgebungstemperatur geschätzt. Ein den Fahrzeugrädern bereitgestelltes abgebbares Drehmoment kann ebenfalls geschätzt werden. Die gestrichelte Linie 513 bezeichnet ein abgebbares Drehmoment, das der aktuellen Batterieentladeleistungsgrenze entspricht. Als Reaktion darauf, dass die geschätzte Batterieentladeleistungsgrenze unter der Schwellenleistung 513 liegt, kann das an die Fahrzeugräder abgegebene Drehmoment unter das abgebbare Drehmoment begrenzt werden (durch die durchgezogene Linie 504 gezeigt). Durch Senken des an die Fahrzeugräder abgegebenen Drehmoments unter das abgebbare Drehmomentkann die Beschleunigung nach einer Pedalbetätigung für eine längere Zeit aufrechterhalten werden, was das Fahrverhalten verbessert. Wenn anstelle des begrenzten Drehmoments das abgebbare Drehmoment tatsächlich den Fahrzeugrädern bereitgestellt würde, wäre die resultierende Beschleunigung, wie durch die gestrichelte Linie 507 gezeigt, innerhalb einer kürzeren Zeit relativ zu der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung (durchgezogene Linie 506) abgefallen, was ein reibungsloses Fahrerlebnis hätte behindern können.
Während die Batterieentladeleistungsgrenze weiterhin unter dem Schwellenwert 513 bleibt und der begrenzte Drehmomentwert (von dem abgebbaren Drehmomentwert gesenkt) den Fahrzeugrädern zugeführt wird, wird bei Zeitpunkt t2 beobachtet, dass sich die Fahrzeugbeschleunigung während einer Pedalbetätigung eines Fahrzeugs auf null reduziert. Das bereitgestellte begrenzte Drehmoment ist möglicherweise nicht ausreichend, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Als Reaktion darauf, dass die Pedalbetätigung und die entsprechende Beschleunigung für eine Dauer (wie etwa die Dauer zwischen Zeitpunkt t2 und t3) null ist, wird bei Zeitpunkt t3, um das Fahrzeug zu beschleunigen, das abgebbare Drehmoment, das der aktuellen Batterieentladeleistungsgrenze entspricht, abgegeben (anstelle des begrenzten Drehmoments), selbst wenn die aktuelle Batterieentladeleistungsgrenze unter dem Schwellenwert 513 liegt. Das Ausgangsdrehmoment wird mit einer vorkalibrierten konstanten Rate von dem niedrigeren begrenzten Drehmoment auf das höhere abgebbare Drehmoment gesteigert.
Nach dem Zeitpunkt t3 kann das Fahrzeug als Reaktion auf das höhere Drehmoment, das an die Räder abgegeben wird, beschleunigen. Anschließend erhöht sich aufgrund eines Anstiegs der Umgebungstemperatur die Batterieentladeleistungsgrenze auf über den Schwellenwert 513 und es ist kein Begrenzen des Ausgangsdrehmoments mehr erwünscht, um das Fahrverhalten zu verbessern.
Auf diese Weise kann durch Reduzieren des Drehmoments, das an die Fahrzeugräder unter Bedingungen, bei denen eine Batterieentladeleistung unter einem Schwellenwert liegt, abgegeben wird, eine höhere Beschleunigungsgröße für eine längere Dauer und über einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten aufrechterhalten werden, was die Bedienerzufriedenheit durch gesteigerten Fahrkomfort verbessert. Der technische Effekt des sofortigen Erhöhens der Drehmomentabgabe, wenn das Fahrzeug festsitzt oder einen Berg hochfährt, besteht darin, dass das Fahrzeug das Hindernis ohne signifikante Verzögerung überwinden kann. Insgesamt können durch Einstellen eines tatsächlichen Drehmoments, das an die Fahrzeugräder abgegeben wird, basierend auf der Batterieentladeleistung und der entsprechenden abgebbaren Drehmomentausgabe Beschleunigungen für eine längere Zeit aufrechterhalten und ein reibungsloseres Fahrerlebnis bereitgestellt werden.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Fahrzeug Folgendes: als Reaktion darauf, dass eine Ausgangsleistungsgrenze einer Batterie unter einer Schwellenleistung liegt, selektives Begrenzen eines abgebbaren Drehmoments, das Fahrzeugrädern über eine elektrische Maschine von der Batterie bereitgestellt wird, umfasst, wobei das abgebbare Drehmoment auf einem Drehmomentbedarf des Fahrers basiert. In dem vorhergehenden beispielhaften Verfahren basiert das abgebbare Drehmoment zusätzlich oder optional ferner auf der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Begrenzen des abgebbaren Drehmoments zusätzlich oder optional Abgeben eines begrenzten Drehmoments an die Fahrzeugräder, wobei das begrenzte Drehmoment niedriger als das abgebbare Drehmoment ist. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das begrenzte Drehmoment zusätzlich oder optional abhängig von der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie, der Drehzahl der Fahrzeugräder und des abgebbaren Drehmoments. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das begrenzte Drehmoment zusätzlich oder optional direkt proportional zur Ausgangsleistungsgrenze der Batterie, wobei das begrenzte Drehmoment mit einer Abnahme der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie abnimmt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die Schwellenleistung zusätzlich oder optional in Abhängigkeit von der Drehmomentfähigkeit und einem Gewicht des Fahrzeugs kalibriert. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion darauf, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie höher als die Schwellenleistung ist, Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments an die Fahrzeugräder. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional während des selektiven Begrenzens des den Fahrzeugrädern bereitgestellten abgebbaren Drehmoments als Reaktion darauf, dass Bedingungen zum Bereitstellen eines abgebbaren Drehmoments erfüllt sind, Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments an die Fahrzeugräder. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhalten die Bedingungen zum Bereitstellen der abgebbaren Drehmomentabgabe zusätzlich oder optional, jedes davon, dass ein Gaspedal länger als eine Schwellendauer betätigt wird und dass das Fahrzeug nicht über eine Schwellenbeschleunigung beschleunigt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, dass die Bedingungen zum Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments ferner beinhalten, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie über die Schwellenleistung ansteigt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie zusätzlich oder optional abhängig von einem Ladezustand der Batterie und einer Umgebungstemperatur. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das Fahrzeug zusätzlich oder optional ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) und die Batterie versorgt die elektrische Maschine mit Leistung zum Fahrzeugantrieb.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für ein Fahrzeug umfasst: während einer ersten Bedingung, Abgeben eines von einem Bediener angeforderten Drehmoments von einer elektrischen Maschine, und während einer zweiten Bedingung, Abgeben einer begrenzten Drehmomentausgabe von der elektrischen Maschine basierend auf dem vom Bediener angeforderten Drehmoment und der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie, wobei das begrenzte Drehmoment niedriger als das vom Bediener angeforderte Drehmoment ist. In dem vorangehenden beispielhaften Verfahren beinhaltet die erste Bedingung zusätzlich oder optional, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie über einem Schwellenwert liegt, und die zweite Bedingung beinhaltet, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie unter einem Schwellenwert liegt, wobei der Bedienerdrehmomentbedarf bei jeder von der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung gleich ist. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional, während einer dritten Bedingung, unabhängig von der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie, Steigern einer Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine von der begrenzten Drehmomentausgabe auf das vom Bediener angeforderte Drehmoment bei einer konstanten Rate. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die dritte Bedingung zusätzlich oder optional während des Betriebs des Fahrzeugs mit der begrenzten Drehmomentausgabe jedes davon, dass ein Gaspedal länger als eine Schwellendauer betätigt wird und dass das Fahrzeug nicht über eine Schwellenbeschleunigung beschleunigt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional die begrenzte Drehmomentausgabe nichtlinear mit einer Reduzierung der Batterieausgangsleistungsgrenze reduziert, bis ein unteres Schwellendrehmoment erreicht ist, wobei das begrenzte Drehmoment bei weiterer Reduzierung der Batterieausgangsleistungsgrenze auf Schwellendrehmoment gehalten wird.
Ein weiteres beispielhaftes System für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst: eine Energiespeichervorrichtung, die einer oder mehreren elektrischen Maschinen Leistung zuführt, wobei eine Steuerung ausführbare Anweisungen beinhaltet, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, um während eines ersten Gaspedalbetätigungsvorgangs, wenn eine Ausgangsleistungsgrenze der Energiespeichervorrichtung niedriger als ein Schwellenwert ist, ein reduziertes Drehmoment von der einen oder den mehreren elektrischen Maschinen an Fahrzeugräder abzugeben, wobei das reduzierte Drehmoment niedriger als eine von den elektrischen Maschinen abgebbare Drehmomentausgabe ist. In dem vorangehenden beispielhaften Verfahren umfasst das System ferner, zusätzlich oder optional die Steuerung, die zusätzliche Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Steigern des abgegebenen reduzierten Drehmoments als Reaktion auf eine zweite Gaspedalbetätigung, die länger als eine Schwellendauer ist, mit einer Geschwindigkeitsbeschleunigung, die niedriger als ein Schwellenwert ist, auf die abgebbare Drehmomentausgabe mit einer konstanten Rate, wobei die zweite Gaspedalbetätigung nach der ersten Gaspedalbetätigung während eines Fahrzeugbetriebs stattfindet, bei dem reduziertes Drehmoment an die Fahrzeugräder abgegeben wird. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional die Ausgangsleistungsgrenze der Energiespeichervorrichtung in Abhängigkeit von einem Alter der Energiespeichervorrichtung, einer Umgebungstemperatur, wie sie über einen Umgebungstemperatursensor geschätzt wird, und einem Ladezustand der Energiespeichervorrichtung geschätzt.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Fahrzeug- und Antriebsstrangkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -programme können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen und anderer Fahrzeughardware beinhaltet.
Ferner können Teile der Verfahren physische Handlungen sein, die in der Realität vorgenommen werden, um einen Zustand einer Vorrichtung zu ändern. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen Beispiele zu erreichen, sondern ist vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Fahrzeugsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Fahrzeughardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden. Einer oder mehrere der in dieser Schrift beschriebenen Verfahrensschritte können auf Wunsch weggelassen werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Beispiele nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf elektrische Induktionsmaschinen und elektrische Dauermagnetmaschinen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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

US 7107956 [0003]

Claims

Verfahren für ein Fahrzeug, umfassend: als Reaktion darauf, dass eine Ausgangsleistungsgrenze einer Batterie unter einer Schwellenleistung liegt, selektives Begrenzen eines abgebbaren Drehmoments, das Fahrzeugrädern über eine elektrische Maschine von der Batterie bereitgestellt wird, wobei das abgebbare Drehmoment auf einem Drehmomentbedarf des Fahrers basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das abgebbare Drehmoment ferner auf der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Begrenzen des abgebbaren Drehmoments Abgeben eines begrenzten Drehmoments an die Fahrzeugräder beinhaltet, wobei das begrenzte Drehmoment niedriger als das abgebbare Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das begrenzte Drehmoment abhängig von der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie, der Drehzahl der Fahrzeugräder und des abgebbaren Drehmoments ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das begrenzte Drehmoment direkt proportional zur Ausgangsleistungsgrenze der Batterie ist, wobei das begrenzte Drehmoment mit einer Abnahme der Ausgangsleistungsgrenze der Batterie abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellenleistung in Abhängigkeit von der Drehmomentfähigkeit und einem Gewicht des Fahrzeugs kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie höher als die Schwellenleistung ist, Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments an die Fahrzeugräder.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, während des selektiven Begrenzens des den Fahrzeugrädern bereitgestellten abgebbaren Drehmoments als Reaktion darauf, dass Bedingungen zum Bereitstellen eines abgebbaren Drehmoments erfüllt sind, Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments an die Fahrzeugräder.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bedingungen zum Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments jedes davon beinhalten, dass ein Gaspedal länger als eine Schwellendauer betätigt wird und dass das Fahrzeug nicht über eine Schwellenbeschleunigung beschleunigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bedingungen zum Bereitstellen des abgebbaren Drehmoments ferner beinhalten, dass die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie über die Schwellenleistung ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungsgrenze der Batterie abhängig von einem Ladezustand der Batterie und einer Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) ist und wobei die Batterie der elektrischen Maschine Leistung zum Fahrzeugantrieb zuführt.
System für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, Folgendes umfassend: eine Energiespeichervorrichtung, die einer oder mehreren elektrischen Maschinen Leistung zuführt; eine Steuerung, die in nichttransitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: während eines ersten Gaspedalbetätigungsvorgangs, wenn eine Ausgangsleistungsgrenze der Energiespeichervorrichtung niedriger als ein Schwellenwert ist, Abgeben eines reduzierten Drehmoments von der einen oder den mehreren elektrischen Maschinen an Fahrzeugräder, wobei das reduzierte Drehmoment niedriger als eine von den elektrischen Maschinen abgebbare Drehmomentausgabe ist.
System nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass die Steuerung zusätzliche Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Steigern des abgegebenen reduzierten Drehmoments als Reaktion auf eine zweite Gaspedalbetätigung, die länger als eine Schwellendauer ist, mit einer Geschwindigkeitsbeschleunigung, die niedriger als ein Schwellenwert ist, auf die abgebbare Drehmomentausgabe mit einer konstanten Rate, wobei die zweite Gaspedalbetätigung nach der ersten Gaspedalbetätigung während eines Fahrzeugbetriebs stattfindet, bei dem reduziertes Drehmoment an die Fahrzeugräder abgegeben wird.
System nach Anspruch 13, wobei die Ausgangsleistungsgrenze der Energiespeichervorrichtung in Abhängigkeit von einem Alter der Energiespeichervorrichtung, einer Umgebungstemperatur, wie sie über einen Umgebungstemperatursensor geschätzt wird, und einem Ladezustand der Energiespeichervorrichtung geschätzt wird.