DE102021117561A1

DE102021117561A1 - Optimierung der Achsverteilungsstrategie in einem BEV

Info

Publication number: DE102021117561A1
Application number: DE102021117561.5A
Authority: DE
Inventors: Boris Blasinski; Andrè Föllner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-07-07
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US20230009586A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Online Optimierung der Achsverteilungsstrategie in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) mit mehr als einer Antriebsachse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Online Optimierung der Achsverteilungsstrategie in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) mit mehr als einer Antriebsachse.
Die Achsverteilungsstrategie in einem BEV mit mehr als einer Antriebsachse zielt darauf, beide Antriebsmaschinen im Fahrbetrieb so zu betreiben, dass die Verlustleistungen minimiert werden. Ziel ist dabei eine möglichst große Reichweite des Fahrzeugs. Hierfür werden in der Software Kennfelder hinterlegt, in denen statisch die Verlustleistungen für jeden möglichen Betriebspunkt abgelegt sind. Ein Optimierer berechnet dann für verschiedene Drehmoment-Verteilungen auf die Antriebsmaschinen die Verlustleistungen aus, und bestimmt die Verteilung, bei der die geringsten Verluste zu erwarten sind.
Es ist sehr aufwändig, alle Abhängigkeiten in statischen Kennfelder abzulegen. Es müssen mindestens die Abhängigkeiten von der E-Maschinen-Temperatur und der aktuellen Spannung abgebildet werden. Durch die Eigenschaften der verschiedenen E-Maschinen-Konzepte (Maschinenkonstanten) müssen die Verlustleistungskennfelder für jedes Derivat offline erzeugt und per Applikation verteilt werden. Das ist fehleranfällig und erfordert einen gewissen Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen, was letztendlich in einem Verlust von Wirkungsgrad im Antrieb resultiert.
Aus der DE 10 2015 110 414 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs bekannt, das die folgenden Schritte umfasst: eine Drehmomentanforderung wird empfangen; eine Mehrzahl von möglichen Motor-Drehmomenten für die erste und zweite Elektromaschine, die in der Lage sind, das angeforderte Drehmoment zu erreichen, wird ermittelt; Systemleistungsverluste des Antriebsstrangs für alle möglichen Motordrehmomente für die erste und zweite Elektromaschine, die in der Lage sind, das angeforderte Drehmoment zu erreichen, werden ermittelt; ein niedrigster Leistungsverlust der Systemleistungsverluste, die für die Mehrzahl von möglichen Motordrehmomenten für die erste und zweite Elektromaschine ermittelt werden, wird ermittelt; ein erstes Betriebsdrehmoment für die erste Elektromaschine und ein zweites Betriebsdrehmoment für die zweite Elektromaschine, die dem niedrigsten Leistungsverlust entsprechen, werden ermittelt; und die erste Elektromaschine wird angewiesen, das erste Betriebsdrehmoment zu erzeugen, und die zweite Elektromaschine wird angewiesen, das zweite Betriebsdrehmoment zu erzeugen, um das angeforderte Drehmoment zu erreichen, während die Systemleistungsverluste minimiert werden.
Die IN 2017 41042910 A offenbart ein Verfahren zur Drehmomentverteilung eines Elektrofahrzeugs. Das Verfahren umfasst das Bestimmen des Drehmomentbedarfs basierend auf mindestens Gaspedalstellung oder Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs und ist gekennzeichnet durch das Bestimmen einer Vielzahl von Drehmomentpaaren, die dem Drehmomentbedarf entsprechen, Berechnen des Gesamtleistungsverlusts durch die Steuerung für jedes der Vielzahl von Drehmomentpaaren, wobei der Gesamtleistungsverlust berechnet wird basierend auf zumindest eines von einem hinteren e-Achsen-Komponentenverlust und einem vorderen e-Achsen-Komponentenverlust, Auswählen eines Drehmomentpaares der Vielzahl von Drehmomentpaaren durch die Steuerung, wobei das ausgewählte Drehmomentpaar dem Minimum des für jedes der mehreren Drehmomentpaare berechneten Gesamtleistungsverlusts entspricht, und Liefern von Leistung an einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor durch die Batterie basierend auf dem ausgewählten Drehmomentpaar.
Die CN 212332359 U betrifft ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs und ein Steuerverfahren dafür. Das Antriebssystem umfasst einen Vorderradmotor und einen Hinterradmotor, die die gleichen Spezifikationen aufweisen. Eine Abtriebswelle des Vorderradmotors ist betriebsmäßig mit einer Vorderradantriebsachse des Elektroautos durch den Vorderrad-Geschwindigkeitsminderer verbunden; eine Abtriebswelle des Hinterradmotors ist betriebsmäßig mit einer Hinterradantriebsachse des Elektrofahrzeugs über den Hinterrad-Geschwindigkeitsminderer verbunden, und der Vorderrad-Geschwindigkeitsminderer hat ein Übersetzungsverhältnis, das sich von dem des Hinterrad-Geschwindigkeitsminderers unterscheidet.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, Vorrichtungen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen die Drehmomentverteilung in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) mit mehr als einer Antriebsachse in Echtzeit, effizient und mit geringem Aufwand optimiert und damit die Gesamt-Verlustleistung des Antriebssystems minimiert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Optimierung der Drehmomentverteilung in einem Antriebssystem eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV), welches mehr als eine Antriebsachse und eine Anzahl n von die Antriebsachsen antreibenden E-Maschinen aufweist. Eine Steuereinheit für die Drehmomentverteilung berechnet die Verlustleistung jeder E-Maschine i und ermittelt ein Minimum der Gesamtverlustleistung P_V,ges des Antriebssystems, und steuert anschließend die E-Maschinen i so an, dass sie gemeinsam ein angefordertes Drehmoment M_Anf bereitstellen, wobei jede E-Maschine i jeweils das für das Minimum der Gesamtverlustleistung P_V,ges ermittelte und ihr zugeordnete Drehmoment M_i erzeugt.
Erfindungsgemäß wird bei einer Drehmomentanforderung M_Anfvon jeder der E-Maschinen i jeweils ein Wert P_V0,_i für die aktuellen Schleppverluste und ein Faktor K_Phi,i für den aktuellen Betriebspunkt an die Steuereinheit übermittelt, und die Steuereinheit berechnet die Verlustleistung jeder E-Maschine i gemäß $P_{V, i} = P_{V 0, i} + K L_{P h i, i} * M_{i}^{2},$
berechnet die Gesamtverlustleistung des Antriebssystems gemäß $P_{V, g e s} = \sum_{i = 1}^{n} P_{V, i},$
und ermittelt das Minimum der Gesamtverlustleistung durch Variation der Drehmomente M_i der einzelnen E-Maschinen i, wobei gilt $M_{Anf} = \sum_{i = 1}^{n} M_{i} .$
Durch eine Online-Berechnung der Verlustleistungen der verschiedenen Drehmomentverteilungen auf den Achsen wird jeweils die optimale Verteilung bestimmt. Dazu wird von jeder Antriebsmaschine ein Wert für die aktuellen „Schleppverluste“ (P_V0) und ein Faktor für den aktuellen Betriebspunkt (K_phi) an die Achsverteilungsstrategie übermittelt, mit deren Hilfe zur Laufzeit die Verluste berechnet werden können. Online bezeichnet hier, dass die Werte zur Laufzeit in Echtzeit ohne die Verwendung von Kennfeldern bzw. Kennlinien oder anderen statischen Daten, bestimmt werden.
Die Berechnung berücksichtigt, dass die Verlustleistung einer E-Maschine abhängig von ihrem aktuellen Betriebspunkt und ihren Maschinenkonstanten einer einfachen quadratischen Gleichung folgt. P_v0 repräsentiert die Verlustleistung bei „Nulllast“, K_Phi ist der Faktor für den aktuellen Betriebspunkt, den die Leistungselektronik der jeweilige E-Maschine anhand ihrer Maschinenkonstanten und des aktuellen Lastpunkts berechnet. Er entspricht der Differenz zwischen Gesamtverlustleistung und Verlustleistung bei Nulllast, dividiert durch das Quadrat des aktuellen Drehmoments. Die beiden Werte P_v0 und K_Phi werden jeweils von der Leistungselektronik der jeweiligen E-Maschine gebildet, da hier die Informationen über Maschinenkonstanten, aktuelle Drehzahl, aktuelle Temperatur, aktuelle Spannung und Luftspalt ohnehin vorhanden sind, weil sie für den Betrieb der E-Maschine benötigt werden. In die beiden Werte P_v0 und K_Phi gehen auch die Drehzahl, Rotortemperatur, Statortemperatur, aktuelle Betriebsspannung und der durch den Luftspalt bedingte Widerstand der jeweiligen E-Maschine mit ein.
Die Steuereinheit kann mit dieser Information online die Gesamtverluste für verschiedene Drehmomentverteilungen berechnen und ein Minimum bestimmen, wobei in einem Optimierer verschiedene Drehmomente M_i durchprobiert werden. Durch Summenbildung über alle Maschinen kann der geringste Gesamtverlust gefunden werden. Das Drehmoment, welches zum geringsten Gesamtverlust geführt hat, wird als Sollmoment für die jeweilige E-Maschine ausgegeben. In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Ermittlung des Minimums der Gesamtverlustleistung P_v,ges des Antriebssystems in Echtzeit.
In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Anzahl der angetriebenen Achsen 2.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Anzahl n der E-Maschinen 2. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Anzahl n der E-Maschinen 4, es wird also jedes Rad des Fahrzeugs von einer zugeordneten E-Maschine angetrieben (Allradantrieb).
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Antriebssystem eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV), welches mehr als eine Antriebsachse und eine Anzahl n von die Antriebsachsen antreibenden E-Maschinen aufweist, sowie eine Steuereinheit für die Drehmomentverteilung, die dafür eingerichtet ist, die Verlustleistung jeder der E-Maschinen zu berechnen, und bei einer Drehmomentanforderung M_Anf ein Minimum der zugehörigen Gesamtverlustleistung P_v,ges des Antriebssystems zu ermitteln, und anschließend die E-Maschinen so anzusteuern, dass sie gemeinsam das angeforderte Drehmoment M_Anf bereitstellen, wobei jede E-Maschine i jeweils das für das Minimum der Gesamtverlustleistung P_v,ges ermittelte und ihr zugeordnete Drehmoment M_i erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschinen i bei einer Drehmomentanforderung M_Anf jeweils einen Wert P_V0,_i für die aktuellen Schleppverluste und einen Faktor K_phi,i für den aktuellen Betriebspunkt an die Steuereinheit übermitteln, und die Steuereinheit die Verlustleistung jeder E-Maschine i gemäß $P_{V, i} = P_{V 0, i} + K_{P h i, i} * M_{i}^{2}$
berechnet.
In einer Ausführungsform umfasst die Steuereinheit des Antriebssystems einen Optimierer zur Ermittlung des Minimums der Gesamtverlustleistung P_V,ges in Echtzeit.
In einer Ausführungsform des Antriebssystems ist die Anzahl der angetriebenen Achsen 2.
In einer Ausführungsform des Antriebssystems beträgt die Anzahl n der E-Maschinen 2. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Anzahl n der E-Maschinen 4.
Durch die online-Optimierung kann die Drehmomentverteilung auf die Antriebsachsen (Achsverteilungsstrategie) durch eine Einheitssoftware realisiert werden, der Aufwand für die Entwicklung einer Applikation je Antriebsvariante entfällt. Dieses Vorgehen ist weniger fehleranfällig und es müssen keine Zugeständnisse gemacht werden, die sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirken können. Die online-Optimierung erreicht genauere Ergebnisse, da beim statischen Ansatz nicht alle Abhängigkeiten in beliebiger Detaillierung abgebildet werden können. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
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 102015110414 A1 [0004]
CN 212332359 U [0006]

Claims

Verfahren zur Optimierung der Drehmomentverteilung in einem Antriebssystem eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV), welches mehr als eine Antriebsachse und eine Anzahl n von die Antriebsachsen antreibenden E-Maschinen aufweist, bei dem eine Steuereinheit für die Drehmomentverteilung die Verlustleistung jeder E-Maschine i berechnet und ein Minimum der Gesamtverlustleistung P_V,ges des Antriebssystems ermittelt, und anschließend die E-Maschinen i so ansteuert, dass sie gemeinsam ein angefordertes Drehmoment M_Anf bereitstellen, wobei jede E-Maschine i jeweils das für das Minimum der Gesamtverlustleistung P_V,ges ermittelte und ihr zugeordnete Drehmoment M_i erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehmomentanforderung M_Anf von jeder der E-Maschinen i jeweils ein Wert P_V0,_i für die aktuellen Schleppverluste und ein Faktor K_Phi,i für den aktuellen Betriebspunkt an die Steuereinheit übermittelt wird, die Steuereinheit die Verlustleistung jeder E-Maschine i berechnet gemäß $P_{V, I} = P_{V 0, i} + K_{P h i, i} * M_{i}^{2},$
die Gesamtverlustleistung des Antriebssystems berechnet gemäß $P_{V, g e s} = \sum_{i = 1}^{n} P_{V, i},$
und das Minimum der Gesamtverlustleistung durch Variation der Drehmomente M_i der einzelnen E-Maschinen i ermittelt wird, wobei gilt $M_{Anf} = \sum_{i = 1}^{n} M_{i} .$
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der angetriebenen Achsen 2 ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl n der E-Maschinen 2 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl n der E-Maschinen 4 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ermittlung des Minimums der Gesamtverlustleistung P_V,ges des Antriebssystems in Echtzeit erfolgt.
Antriebssystem eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV), welches mehr als eine Antriebsachse und eine Anzahl n von die Antriebsachsen antreibenden E-Maschinen aufweist, sowie eine Steuereinheit für die Drehmomentverteilung, die dafür eingerichtet ist, die Verlustleistung jeder der E-Maschinen zu berechnen, und bei einer Drehmomentanforderung M_Anf ein Minimum der zugehörigen Gesamtverlustleistung P_V,ges des Antriebssystems zu ermitteln, und anschließend die E-Maschinen so anzusteuern, dass sie gemeinsam das angeforderte Drehmoment M_Anf bereitstellen, wobei jede E-Maschine i jeweils das für das Minimum der Gesamtverlustleistung P_V,ges ermittelte und ihr zugeordnete Drehmoment M_i erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschinen i bei einer Drehmomentanforderung M_Anf jeweils einen Wert P_V0,_i für die aktuellen Schleppverluste und einen Faktor K_phi,i für den aktuellen Betriebspunkt an die Steuereinheit übermitteln, und die Steuereinheit die Verlustleistung jeder E-Maschine i gemäß berechnet.
Antriebssystem nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl der angetriebenen Achsen 2 ist.
Antriebssystem nach Anspruch 7, bei dem die Anzahl n der E-Maschinen 2 beträgt.
Antriebssystem nach Anspruch 7, bei dem die Anzahl n der E-Maschinen 4 beträgt.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Steuereinheit einen Optimierer zur Ermittlung des Minimums der Gesamtverlustleistung P_v,ges in Echtzeit umfasst.