DE102023121826A1

DE102023121826A1 - Achsdrehmomentschätzung in elektrofahrzeugen mit mehrgang-antriebseinheit

Info

Publication number: DE102023121826A1
Application number: DE102023121826.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Guillermo Otanez; Chunhao J. Lee; Dongxu Li; Su-Yang Shieh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2023-01-12
Filing date: 2023-08-15
Publication date: 2024-07-18
Also published as: CN118322878A

Abstract

Ein Elektrofahrzeug, ein System und ein Verfahren zum Betreiben des Elektrofahrzeugs. Das System enthält einen ersten Motor, eine Antriebseinheit zwischen dem ersten Motor und einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs, einen zweiten Motor, und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, eine Anforderung für das Elektrofahrzeug zu empfangen, ein Drehmomentsignal von der Antriebseinheit zu empfangen, wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments für den ersten Motor und eines zweiten Motordrehmoments für den zweiten Motor basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung zu bestimmen und das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments auf den ersten Motor und des zweiten Motordrehmoments auf den zweiten Motor auszuüben, um die Anforderung zu erfüllen.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung des Gegenstandes bezieht sich auf Elektrofahrzeuge und spezifischer auf ein System und ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrgang-Antriebseinheit eines Getriebes eines Elektrofahrzeugs, um ein gewünschtes Ansprechverhalten zu erreichen.
Elektrofahrzeuge sind so entworfen worden, dass sie an jeder Achse einen Elektromotor enthalten. Ein Getriebe für eine Achse steuert ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem zugeordneten Elektromotor und der Achse. Es ist erwünscht, während eines Gangwechsels eine ruhige Fahrt aufrechtzuerhalten, wie z. B. durch das Aufrechterhalten einer konstanten Beschleunigung des Elektrofahrzeugs. Dieses Ziel wird kompliziert, weil sich die Elektromotoren an mehreren Achsen befinden. Dementsprechend ist es wünschenswert, den Betrieb der Elektromotoren an verschiedenen Achsen zu koordinieren, um eine glatte Gangwechseloperation sicherzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs offenbart. Bei einem Controller des Elektrofahrzeugs wird eine Anforderung empfangen. Der Controller empfängt ein Drehmomentsignal von einer Antriebseinheit an einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs. Wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments an der ersten Achse und eines zweiten Motordrehmoments an einer zweiten Achse des Elektrofahrzeugs wird basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung bestimmt. Das erste Motordrehmoment wird auf die erste Achse ausgeübt und/oder das zweite Motordrehmoment wird auf die zweite Achse ausgeübt, um die Anforderung zu erfüllen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale enthält das Verfahren ferner das Ausüben des wenigstens einen des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments, um ein Beschleunigungsprofil des Elektrofahrzeugs während einer Gangwechseloperation aufrechtzuerhalten. Der Controller ist einer eines Fahrzeug-Controllers, der mit einem ersten Motor der ersten Achse und einem zweiten Motor der zweiten Achse in Verbindung steht, und einer Verarbeitungsschaltung des ersten Motors, die nur das erste Motordrehmoment bestimmt und das erste Motordrehmoment auf die erste Achse ausübt. Das Drehmomentsignal gibt entweder ein aktuelles Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit oder ein vorhergesagtes Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit an. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen des wenigstens einen des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments basierend auf wenigstens einem eines Unterschieds zwischen dem Drehmomentsignal und einem an der ersten Achse abgetasteten Drehmoment und eines Unterschieds zwischen einem Drehmoment an der ersten Achse und einem Drehmoment an der zweiten Achse. Die Anforderung ist wenigstens eine einer Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs, einer Beschleunigung des Elektrofahrzeugs und eines Drehmoments an dem Elektrofahrzeug. Das Verfahren enthält ferner das Erzeugen eines Drehmomentabgabefehlers, wenn wenigstens einer eines Unterschieds zwischen einem angeforderten Eingangsdrehmoment in die Antriebseinheit und einem geschätzten Eingangsdrehmoment in die Antriebseinheit eine kalibrierbare Grenze übersteigt und des Unterschieds zwischen einem angeforderten Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit und einem geschätzten Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit die kalibrierbare Grenze übersteigt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs offenbart. Das System enthält einen ersten Motor, eine Antriebseinheit zwischen dem ersten Motor und einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs, einen zweiten Motor und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, eine Anforderung für das Elektrofahrzeug zu empfangen, ein Drehmomentsignal von der Antriebseinheit zu empfangen, wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments für den ersten Motor und eines zweiten Motordrehmoments für den zweiten Motor basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung zu bestimmen und das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments auf den ersten Motor und des zweiten Motordrehmoments auf den zweiten Motor auszuüben, um die Anforderung zu erfüllen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner konfiguriert, das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments auszuüben, um ein Beschleunigungsprofil des Elektrofahrzeugs während einer Gangwechseloperation aufrechtzuerhalten. Der Prozessor ist einer eines Fahrzeug-Controllers, der mit dem ersten Motor und dem zweiten Motor in Verbindung steht, und einer Verarbeitungsschaltung des ersten Motors, die nur das erste Motordrehmoment bestimmt und das erste Motordrehmoment auf die erste Achse ausübt. Das Drehmomentsignal ist eines eines aktuellen Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit und eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments basierend auf wenigstens einem eines Unterschieds zwischen dem Drehmomentsignal und einem an der ersten Achse abgetasteten Drehmoment und eines Unterschieds zwischen einem Drehmoment an der ersten Achse und einem Drehmoment an der zweiten Achse zu bestimmen. Die Anforderung ist wenigstens eine einer Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs, einer Beschleunigung des Elektrofahrzeugs und eines Drehmoments an dem Elektrofahrzeug. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, einen Drehmomentabgabefehler zu erzeugen, wenn wenigstens einer eines Unterschieds zwischen einem angeforderten Eingangsdrehmoment in die Antriebseinheit und einem geschätzten Eingangsdrehmoment in die Antriebseinheit eine kalibrierbare Grenze übersteigt und des Unterschieds zwischen einem angeforderten Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit und einem geschätzten Ausgangsdrehmoment der Antriebseinheit die kalibrierbare Grenze übersteigt.
Gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Elektrofahrzeug offenbart. Das Elektrofahrzeug enthält einen ersten Motor, eine Antriebseinheit zwischen dem ersten Motor und einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs, einen zweiten Motor und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, eine Anforderung für das Elektrofahrzeug zu empfangen, ein Drehmomentsignal von der Antriebseinheit zu empfangen, wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments für den ersten Motor und eines zweiten Motordrehmoments für den zweiten Motor basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung zu bestimmen und das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments auf den ersten Motor und des zweiten Motordrehmoments auf den zweiten Motor auszuüben, um die Anforderung zu erfüllen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist der Prozessor ferner konfiguriert, das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments auszuüben, um ein Beschleunigungsprofil des Elektrofahrzeugs während einer Gangwechseloperation aufrechtzuerhalten. Der Prozessor ist einer eines Fahrzeug-Controllers, der mit dem ersten Motor und dem zweiten Motor in Verbindung steht, und einer Verarbeitungsschaltung des ersten Motors, die nur das erste Motordrehmoment bestimmt und das erste Motordrehmoment auf die erste Achse ausübt. Das Drehmomentsignal ist eines eines aktuellen Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit und eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments basierend auf wenigstens einem eines Unterschieds zwischen dem Drehmomentsignal und einem an der ersten Achse abgetasteten Drehmoment und eines Unterschieds zwischen einem Drehmoment an der ersten Achse und einem Drehmoment an der zweiten Achse zu bestimmen. Die Anforderung ist wenigstens eine einer Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs, einer Beschleunigung des Elektrofahrzeugs und eines Drehmoments an dem Elektrofahrzeug.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen in der folgenden ausführlichen Beschreibung lediglich beispielhaft, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht; es zeigen:

1 eine schematische graphische Darstellung eines Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in einer Draufsicht;
2 einen Blockschaltplan eines Steuersystems zum Betreiben des Elektrofahrzeugs nach 1;
3 einen Blockschaltplan, der die Komponenten eines Antriebssystems einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs ausführlich beschreibt;
4 eine schematische graphische Darstellung der ersten Antriebseinheit gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform;
5 einen lokalen Steuerbetrieb für das Steuersystem;
6 die Verwendung eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments einer Antriebseinheit, um den Betrieb des Steuersystems zu steuern;
7 ein veranschaulichendes vorhergesagtes Drehmoment, das von der ersten Antriebseinheit an den Fahrzeug-Controller gesendet werden kann;
8 eine erste Drehmomentzuweisung basierend auf dem vorhergesagten Drehmoment nach 7;
9 eine zweite Drehmomentzuweisung basierend auf dem vorhergesagten Drehmoment nach 7;
10 ein Beschleunigungsprofil für die Gangwechseloperation unter Verwendung des vorhergesagten Drehmoments; und
11 einen Blockschaltplan eines Steuersystems zum Betreiben des Elektrofahrzeugs gemäß einer alternativen Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es sollte erkannt werden, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Der Begriff Modul, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen (gemeinsam benutzten, dedizierten oder gruppierten) Prozessor und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, enthalten kann.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt 1 eine schematische graphische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 100 in einer Draufsicht. Das Elektrofahrzeug enthält ein erstes Antriebssystem 102 und ein zweites Antriebssystem 122. Zur Veranschaulichung ist das erste Antriebssystem 102 ein Heckantriebssystem und ist das zweite Antriebssystem 122 ein Frontantriebssystem. Das erste Antriebssystem 102 stellt einer ersten Achse 104, die mit den ersten Rädern 106 verbunden ist, Leistung bereit. Das zweite Antriebssystem 122 stellt einer zweiten Achse 124, die mit den zweiten Rädern 126 verbunden ist, Leistung bereit.
Das erste Antriebssystem 102 enthält eine erste Batterie 108, einen ersten Motor 110 und ein erstes Getriebe oder eine erste Antriebseinheit 112. Der erste Motor 110 ist ein Elektromotor, der die Leistung von der ersten Batterie 108 in kinetische Energie in der Form einer Rotation umsetzt. Die erste Antriebseinheit 112 kann in den ersten Motor 110 eingreifen, um die Rotation vom ersten Motor auf die erste Achse 104 und die ersten Räder 106 zu übertragen. Der erste Motor 110 kann ein erstes regeneratives Bremssystem 114 enthalten. Während des Bremsens setzt das erste regenerative Bremssystem 114 die Rotationsenergie der ersten Achse 104 in elektrische Energie oder Strom um, die bzw. der verwendet wird, um die erste Batterie 108 wieder aufzuladen.
Ähnlich enthält das zweite Antriebssystem 122 eine zweite Batterie 128, einen zweiten Motor 130 und ein zweites Getriebe oder eine zweite Antriebseinheit 132. Der zweite Motor 130 ist ein Elektromotor, der die Leistung von der zweiten Batterie 128 in kinetische Energie in der Form einer Rotation umsetzt. Die zweite Antriebseinheit 132 kann in den zweiten Motor 130 eingreifen, um die Rotation auf die zweite Achse 124 und die zweiten Räder 126 zu übertragen. Der zweite Motor 130 kann ein zweites regeneratives Bremssystem 134 enthalten. Während des Bremsens setzt das zweite regenerative Bremssystem 134 die Rotationsenergie der zweiten Achse 124 in elektrische Energie oder Strom um, die bzw. der verwendet wird, um die zweite Batterie 128 wieder aufzuladen. Gemäß einer Ausführungsform kann das zweite Antriebssystem 122 eingerückt sein, wenn das Fahrzeug in eine Allradantriebs-Betriebsart versetzt ist, während es ausgerückt oder stillgelegt sein kann, wenn es sich nicht in der Allradantriebs-Betriebsart befindet.
Während das Elektrofahrzeug 100 nach 1 zwei Antriebssysteme zeigt, wird erkannt, dass es für verschiedene Ausführungsformen des Fahrzeugs zusätzliche Antriebssysteme geben kann. In verschiedenen Anwendungen kann die erste Achse 104 mehrere zugeordnete Antriebssysteme aufweisen und/oder kann die zweite Achse 124 mehrere zugeordnete Antriebssysteme aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann nur die erste Achse 104 eine Antriebseinheit aufweisen oder kann nur die zweite Achse 124 eine Antriebseinheit aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform, in der ein einzelner Motor auf einer Achse verwendet wird, kann ein Differential verwendet werden, um das Drehmoment von dem einzelnen Motor auf zwei Räder zu übertragen. Wenn zwei Motoren auf einer Achse verwendet werden, kann jeder Motor für ein Rad dediziert sein, wobei folglich das Differential nicht benötigt wird. Zusätzlich wird erkannt, dass die erste Batterie 108 und die zweite Batterie 128 durch eine einzige Batterie ersetzt sein können, die sowohl den ersten Motor 110 als auch den zweiten Motor 130 mit Energie versorgt.
Ein Fahrzeug-Controller 140 steht mit dem ersten Antriebssystem 102, das den ersten Motor 110 und die erste Antriebseinheit 112 enthält, und dem zweiten Antriebssystem 122, das den zweiten Motor 130 und die zweite Antriebseinheit 132 enthält, in Verbindung. Der Fahrzeug-Controller 140 kann eine Verarbeitungsschaltungsanordnung enthalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen (gemeinsam benutzten, dedizierten oder gruppierten) Prozessor und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, enthalten kann. Der Fahrzeug-Controller 140 kann ein nicht transitorisches computerlesbares Medium enthalten, das Anweisungen speichert, die, wenn sie durch einen oder mehrere Prozessoren des Fahrzeug-Controllers 140 verarbeitet werden, ein Verfahren zum Steuern des Wechselns der Gänge wenigstens einer der ersten Antriebseinheit 112 und der zweiten Antriebseinheit 132 gemäß einer oder mehreren hier ausführlich beschriebenen Ausführungsformen implementieren.
2 veranschaulicht einen Blockschaltplan eines Steuersystems 200 zum Betreiben des Elektrofahrzeugs 100. Das Steuersystem 200 enthält den Fahrzeug-Controller 140, der mit dem ersten Motor 110 und dem zweiten Motor 130 in Verbindung steht. Die erste Antriebseinheit 112 verbindet den ersten Motor 110 mit einer ersten Achse 104 und überträgt ein Drehmoment vom ersten Motor 110 auf die erste Achse und die ersten Räder 106. Der erste Motor 110 gibt ein erstes Motordrehmoment T_m und eine erste Motordrehzahl ω_m aus, die auf die erste Antriebseinheit 112 übertragen werden. Die erste Antriebseinheit 112 gibt ein Drehmomentsignal aus, das ein Ausgangsdrehmoment T_o (oder aktuelles Ausgangsdrehmoment) und eine Antriebseinheits-Ausgangsdrehzahl ω₀ (oder aktuelle Ausgangsdrehzahl) enthalten kann. Das Drehmomentsignal wird zu der ersten Achse 104 übertragen. Die erste Antriebseinheit 112 enthält Zahnräder und wenigstens eine Kupplung, um das Wechseln der Gänge (d. h., das Ändern der Übersetzungsverhältnisse zwischen einem Eingangsdrehmoment (z. B. T_m) und einem Ausgangsdrehmoment (z. B. T_o)) zu ermöglichen. Es können verschiedene Sensoren verwendet werden, um die Drehmomente und Drehzahlen zu messen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält der erste Motor 110 eine Verarbeitungsschaltung, die den Betrieb des ersten Motors steuert. Zur Veranschaulichung ist die zweite Antriebseinheit 132 nicht gezeigt. Der zweite Motor 130 ist direkt mit der zweiten Achse 124 verbunden und überträgt sein Drehmoment auf die zweite Achse und die zweiten Räder 126. Der zweite Motor 130 enthält eine Verarbeitungsschaltung, die den Betrieb des zweiten Motors steuert. Die Verarbeitungsschaltung des zweiten Motors 130 überträgt Signale, wie z. B. das zweite Motordrehmoment und/oder die zweite Motordrehzahl, zu dem Fahrzeug-Controller 140. Zusätzlich enthält die erste Steuereinheit 112 eine Verarbeitungsschaltung, die den Betrieb der Antriebseinheit steuern und ein elektrisches Signal zu dem Fahrzeug-Controller 140 übertragen kann, das z. B. ein aktuelles Antriebsausgangsdrehmoment T_o, ein aktuelles Raddrehmoment T_w, eine aktuelle Antriebsausgangsgeschwindigkeit ω_o usw. angibt.
Um das Steuersystem 200 zu betreiben, empfängt der Fahrzeug-Controller 140 eine Anforderung bezüglich der Fahrzeugbewegung oder der Fahrzeugdynamik. Die Anforderung kann eine Drehzahlanforderung, eine Beschleunigungsanforderung, eine Drehmomentanforderung oder irgendeine Kombination davon sein. Die Anforderung kann entweder eine menschliche Anforderung von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 204 oder eine autonome Anforderung von dem Elektrofahrzeug 100 sein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 204 kann z. B. ein Fahrpedal, ein Bremspedal usw. sein, über das der Fahrer die Anforderung eingibt. Der Fahrzeug-Controller 140 erfüllt die Anforderung durch das Bestimmen eines Drehmoments am Fahrzeug, das der Anforderung entspricht oder sie erfüllt, das Bestimmen einer Zuweisung der Drehmomente zwischen dem ersten Motor 110 und dem zweiten Motor 130 und das Senden geeigneter Signale an einen oder beide des ersten Motors 110 und des zweiten Motors 130. Der Fahrzeug-Controller 140 kann basierend auf der Anforderung und der Rückmeldung von der ersten Antriebseinheit 112 und dem zweiten Motor 130 die Drehmomentzuweisung bestimmen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das Drehmoment zugewiesen, um ein gewünschtes Beschleunigungsprofil am Elektrofahrzeug 100, wie z. B. eine konstante Beschleunigung, eine Zunahme der Beschleunigung, eine Abnahme der Beschleunigung usw., aufrechtzuerhalten.
Der Fahrzeug-Controller 140 kann ein angefordertes Eingangsdrehmoment an der Antriebseinheit mit einem geschätzten Eingangsdrehmoment vergleichen und einen Drehmomentabgabefehler erzeugen, falls der Unterschied zwischen dem angeforderten Eingangsdrehmoment und dem geschätzten Eingangsdrehmoment eine kalibrierbare Grenze übersteigt. Ähnlich kann der Fahrzeug-Controller 140 ein angefordertes Ausgangsdrehmoment an der Antriebseinheit mit einem geschätzten Ausgangsdrehmoment vergleichen und einen Drehmomentabgabefehler erzeugen, falls der Unterschied zwischen dem angeforderten Ausgangsdrehmoment und dem geschätzten Ausgangsdrehmoment eine kalibrierbare Grenze übersteigt. Zusätzlich kann der Fahrzeug-Controller 140 das erste Motordrehmoment und das zweite Motordrehmoment basierend auf einem Unterschied zwischen einem ersten Drehmoment an der ersten Achse und einem zweiten Drehmoment an der zweiten Achse bestimmen.
3 zeigt einen Blockschaltplan 300, der die Komponenten des Antriebssystems der ersten Achse ausführlich beschreibt. Das Antriebssystem enthält den ersten Motor 110, die erste Antriebseinheit 112, die erste Achse 104 und die ersten Räder 106. Die erste Antriebseinheit 112 enthält ein Sonnenrad 302, ein Trägerrad 304 und ein Hohlrad 306, die verwendet werden, um die Übersetzungsverhältnisse (d. h., ein Verhältnis zwischen einem Eingangsdrehmoment an der ersten Antriebseinheit 112 und einem Ausgangsdrehmoment von der ersten Antriebseinheit 112) zu ändern. Der erste Motor 110 ist über eine Eingangswelle 308 oder Motorwelle mechanisch an das Hohlrad 306 der ersten Antriebseinheit 112 gekoppelt.
An der Eingangswelle 308 treten während des Betriebs Drehmomentverluste und Drehzahlverluste auf. Eine Bewegungsgleichung für die Eingangswelle lautet wie in Gl. (1) angegeben: $\ddot{x} = - k x - b \dot{x} + T_{m} + T_{i} + η_{1}$
wobei x ein Drehwinkel der Eingangswelle ist, ẋ eine Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle ist und ẍ eine Winkelbeschleunigung der Eingangswelle ist. T_m ist ein auf die Eingangswelle 308 ausgeübtes Motordrehmoment. Ti ist ein Drehmoment, das durch die erste Antriebseinheit 112 auf die Eingangswelle 308 ausgeübt wird. Der Parameter η₁ repräsentiert eine nicht modellierte Dynamik, wie z. B. einen Reibungsverlust oder ein anderes Drehmoment, basierend auf der Drehzahl, der Temperatur usw.
Das Eingangswellendrehmoment Ti und die Eingangswellendrehzahl ω_i werden in die erste Antriebseinheit 112 eingegeben. Das Eingangswellendrehmoment wird am Hohlrad 306 empfangen und auf das Trägerrad 304 und von dort auf das Sonnenrad 302 übertragen. Eine Kupplung am Sonnenrad 302 steuert ein Ausgangsdrehmoment T_o und eine Ausgangsdrehzahl ω_o durch die erste Antriebseinheit 112.
Das erste Kupplungsdrehmoment T₁ ist von einem Kupplungsdruck P₁ und einer Kupplungsschlupfdrehzahl ω₁ abhängig, wie in Gl. (2) gezeigt ist: $T_{1} = f (P_{1}) tanh (ω_{1} / c_{1})$
Die erste Achse 104 verbindet die erste Antriebseinheit 112 mit den ersten Rädern 106 und überträgt das Ausgangsdrehmoment auf das Rad. Das Kupplungsdrehmoment kann durch eine stetige Funktion (wie z. B. die tanh-Funktion) dargestellt werden, um das Ausführen von Berechnungen in Echtzeit zu unterstützen.
Die erste Antriebseinheit 112 stellt ihr Ausgangsdrehmoment T_o und ihre Ausgangsdrehzahl ω_o der ersten Achse 104 bereit. An der ersten Achse 104 treten Drehmomentverluste und Geschwindigkeitsverluste auf, wie in GI. (3) angegeben ist: $\ddot{y} = - k y - b \dot{y} + T_{o} + T_{w} + η_{2}$
wobei y ein Drehwinkel der Achse ist, ẏ eine Winkelgeschwindigkeit der Achse ist und ÿ eine Winkelbeschleunigung der Eingangswelle [bzw. der Achse] ist. T_o ist das Ausgangsdrehmoment der ersten Antriebseinheit 112, während T_w ein Drehmoment ist, das durch die ersten Räder 106 auf die Achse ausgeübt wird. Das Raddrehmoment T_w kann aus einer Bremskraft F_b und/oder einer Straßenkraft F_r resultieren. Der Parameter η₂ repräsentiert eine nicht modellierte Dynamik, wie z. B. einen Reibungsverlust oder ein anderes Drehmoment, basierend auf der Drehzahl, der Temperatur usw.
4 zeigt eine schematische graphische Darstellung 400 der ersten Antriebseinheit 112 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die erste Antriebseinheit 112 enthält ein erstes Planetengetriebe 402 und ein zweites Planetengetriebe 404. Das erste Planetengetriebe 402 enthält ein erstes Sonnenrad 406, ein erstes Trägerrad 408 und ein erstes Hohlrad 410. Das zweite Planetengetriebe 404 enthält ein zweites Sonnenrad 412, ein zweites Trägerrad 414 und ein zweites Hohlrad 416. Das erste Hohlrad 410 ist an das zweite Trägerrad 414 gekoppelt. Eine erste Kupplung 418 steuert die Drehmomentübertragung am ersten Planetengetriebe 402. Eine zweite Kupplung 420 steuert die Drehmomentübertragung am zweiten Planetengetriebe 404. Das Eingangsdrehmoment T_i wird entweder am ersten Sonnenrad 406 oder am ersten Hohlrad 410 empfangen. Das Ausgangsdrehmoment T_o wird entweder vom ersten Trägerrad 408 oder vom zweiten Hohlrad 416 abgenommen.
Der Fahrzeug-Controller 140 empfängt Anforderungen, bestimmt aus den Anforderungen eine gewünschte Bewegung für das Fahrzeug, bestimmt verschiedene Drehmomente, um der gewünschten Bewegung zu entsprechen, und bestimmt eine Verteilung der Drehmomente zwischen den Motoren. Der Fahrzeug-Controller 140 kann diese Berechnungen für eine Gangwechseloperation ausführen.
Gemäß einer Ausführungsform empfängt der Fahrzeug-Controller 140 sowohl die befohlenen Signale, wie z. B. das Motordrehmoment T_m, das Raddrehmoment T_w, den ersten Kupplungsdruck P₁ und den zweiten Kupplungsdruck P₂, als auch die gemessenen Werte der aktuellen Motorwinkelgeschwindigkeit ω_m, der aktuellen Ausgangswinkelgeschwindigkeit ω₀ und der aktuellen Radwinkelgeschwindigkeit ω_w. Der Fahrzeug-Controller 140 berechnet aus diesen Eingaben das Ausgangsdrehmoment T_o, die Motorwinkelgeschwindigkeit ω_m, die Ausgangswinkelgeschwindigkeit ω₀ und die Radwinkelgeschwindigkeit ω_w, die auf das Antriebssystem auszuüben sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Motordrehmoment T_m und das Raddrehmoment T_w befohlene Signale, die dem Fahrzeug-Controller 140 bereitgestellt werden. Es werden Messungen des ersten Kupplungsdrucks P1 und des zweiten Kupplungsdrucks P2, der Motorwinkelgeschwindigkeit ω_m, der Ausgangswinkelgeschwindigkeit ω₀ und der Radwinkelgeschwindigkeit ω_w vorgenommen. Diese Messwerte werden dem Fahrzeug-Controller 140 als Eingabe bereitgestellt. Der Fahrzeug-Controller 140 gibt ein Ausgangsdrehmoment T_o, die Motorwinkelgeschwindigkeit ω_m, die Ausgangswinkelgeschwindigkeit ω₀ und die Radwinkelgeschwindigkeit ω_w, den ersten Kupplungsdruck P1 und den zweiten Kupplungsdruck P2 aus, die auf das Antriebssystem auszuüben sind.
Zurück in 2 führt der Fahrzeug-Controller 140 einen globalen Steuerbetrieb des Antriebssystems aus. Mit anderen Worten, der Fahrzeug-Controller 140 sendet Befehle sowohl an den ersten Motor 110 als auch an den zweiten Motor 130.
5 veranschaulicht einen lokalen Steuerbetrieb für das Steuersystem 200. Ein Drehmomentsignal wird von der ersten Antriebseinheit 112 an den ersten Motor 110 gesendet. Das Drehmomentsignal kann eines oder mehrere eines aktuellen Antriebsausgangsdrehmoments T_o, eines aktuellen Raddrehmoments T_w, einer aktuellen Antriebsausgangsgeschwindigkeit ω_o usw. enthalten. Basierend auf diesem Signal kann die Verarbeitungsschaltung des ersten Motors 110 ein Motordrehmoment berechnen, das am ersten Motor benötigt wird, um die zugewiesene Drehmomentanforderung bereitzustellen, die vom Fahrzeug-Controller 140 gesendet wird. Der Fahrzeug-Controller 140 kann ferner ein Drehmoment an den zweiten Achsen der ersten Antriebseinheit 112 bereitstellen, wobei die erste Antriebseinheit 112 das am ersten Motor benötigte Motordrehmoment unter Verwendung des Drehmoments an der zweiten Achse bestimmen kann. Die Verarbeitungsschaltung des ersten Motors 110 kann außerdem P1, P2, ω_m und ω_w bei ihren Berechnungen des Motordrehmoments verwenden. Die Verarbeitungsschaltung kann dann den ersten Motor 110 betreiben, um dieses Ausgangsdrehmoment zu erreichen. Es wird angegeben, dass die Verarbeitungsschaltung das Motordrehmoment für die erste Achse sowohl basierend auf dem ersten Motordrehmoment als auch basierend auf dem zweiten Motordrehmoment bestimmen kann.
6 zeigt die Verwendung eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments einer Antriebseinheit, um den Betrieb des Steuersystems 200 zu steuern. Das Signal von der ersten Antriebseinheit 112 ist kein aktuelles Drehmoment, wie in 2, sondern ein vorhergesagtes Drehmoment T_p.
7 zeigt ein veranschaulichendes vorhergesagtes Drehmoment 700, das von der ersten Antriebseinheit 112 an den Fahrzeug-Controller 140 gesendet werden kann. Die Zeit (t) ist entlang der Abszisse gezeigt, während das Drehmoment (T) entlang der Ordinatenachse gezeigt ist. Das vorhergesagte Drehmoment ändert seinen Wert während verschiedener Phasen der Gangwechseloperation. In einer ersten Phase A ist das Drehmoment ein konstanter positiver Wert. In einer zweiten Phase B nimmt das Drehmoment linear ab. In einer dritten Phase C geht das Drehmoment auf einen zweiten konstanten positiven Wert. In einer vierten Phase D kann das Drehmoment ein positiver oder ein negativer Wert sein. Mit dem vorhergesagten Drehmoment weist der Fahrzeug-Controller 140 eine zukünftige Kenntnis dessen auf, was die Antriebseinheit tun wird, wobei er deshalb irgendwelche zukünftigen Kompensationsbedarfe für die Antriebseinheit vorhersehen kann und die anderen Achsen steuern kann, um eine derartige Kompensation zu schaffen.
8 zeigt die erste Drehmomentzuweisung 800 basierend auf dem vorhergesagten Drehmoment nach 7. Die Zeit (t) ist entlang der Abszisse gezeigt, während das Drehmoment (T) entlang der Ordinatenachse gezeigt ist. Es sind die zweite Phase B, die dritte Phase C und die vierte Phase D gezeigt. Die Linie 802 zeigt ein erstes Motordrehmoment für den ersten Motor 110, das während der gesamten Gangwechseloperation konstant bleibt. Das zweite Motordrehmoment für den zweiten Motor 130 ist in der Linie 804 gezeigt. Das zweite Motordrehmoment ändert sich während jeder Phase. Während der zweiten Phase B nimmt das zweite Motordrehmoment linear zu. Während der dritten Phase C geht das zweite Motordrehmoment auf einen niedrigeren konstanten Wert. Während der vierten Phase geht das zweite Motordrehmoment auf einen höheren konstanten Wert.
9 zeigt eine zweite Drehmomentzuweisung 900 basierend auf dem vorhergesagten Drehmoment nach 7. Die Zeit (t) ist entlang der Abszisse gezeigt, während das Drehmoment (T) entlang der Ordinatenachse gezeigt ist. Es sind die zweite Phase B, die dritte Phase C und die vierte Phase D gezeigt. Die Linie 902 zeigt ein erstes Motordrehmoment für den ersten Motor 110. Die Linie 904 zeigt ein zweites Motordrehmoment für den zweiten Motor. Wie durch einen Vergleich der 8 und 9 ersichtlich ist, sind die Drehmomente für den ersten Motor und den zweiten Motor bei der zweiten Drehmomentzuweisung umgekehrt.
10 zeigt ein Beschleunigungsprofil 1000 für die Gangwechseloperation unter Verwendung des vorhergesagten Drehmoments. Die Zeit (t) ist auf der Abszisse gezeigt, während die Beschleunigung (a) auf der Ordinate gezeigt ist. Obwohl das Beschleunigungsprofil 1000 als eine konstante Beschleunigung für alle Phasen der Gangwechseloperation gezeigt ist, können andere Profile verwendet werden.
Ein Beschleunigungsprofil kann z. B. eine leichte Zunahme oder Abnahme der Beschleunigung während einer ausgewählten Phase oder ausgewählter Phasen der Gangwechseloperation enthalten.
11 zeigt einen Blockschaltplan 1100 eines Steuersystems 200 zum Betreiben des Elektrofahrzeugs 100 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Das Steuersystem 200 enthält einen virtuellen Drehmomentsensor (VTS 1102), der das Drehmoment misst. Der VTS 1102 misst ein Achsdrehmoment und sendet das Achsdrehmoment an ein Modellfehlanpassungsmodul 1104. Das Modellfehlanpassungsmodul 1104 kann eine Verarbeitungsschaltung oder ein Software-Programm sein, das in einem Prozessor, wie z. B. dem Fahrzeug-Controller 140, arbeitet. Außerdem sendet die erste Antriebseinheit 112 ein Signal an das Modellfehlanpassungsmodul 1104, das ihr Ausgangsdrehmoment T_o angibt. Das Modellfehlanpassungsmodul 1104 bestimmt einen Unterschied zwischen dem Ausgangsdrehmoment T_o der Antriebseinheit und dem Achsdrehmoment. Der Unterschied kann an den Fahrzeug-Controller 140 gesendet werden, der basierend auf dem Unterschied seine Drehmomentzuweisungsberechnungen ändert. Alternativ kann der Unterschied an den ersten Motor gesendet werden, der basierend auf den Berechnungen sein Motordrehmoment ändert. Der Unterschied kann außerdem an andere Rechenstellen 1106 im Elektrofahrzeug gesendet werden.
Die Begriffe „einer“ und „eine“ bezeichnen keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnen das Vorhandensein von wenigstens einem des bezeichneten Elements. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, wenn es nicht durch den Kontext eindeutig anders angegeben ist. Die Bezugnahme überall in der Patentschrift auf „einen Aspekt“ bedeutet, dass ein besonderes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit dem Aspekt beschrieben wird, in wenigstens einem hier beschriebenen Aspekt enthalten ist und in anderen Aspekten vorhanden sein kann oder nicht vorhanden sein kann.
Zusätzlich soll erkannt werden, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten in jeder geeigneten Weise kombiniert werden können.
Wenn ein Element, wie z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf“ einem weiteren Element vorhanden bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder es können außerdem dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt auf“ einem weiteren Element vorhanden bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Wenn es hier nicht gegenteilig spezifiziert ist, sind alle Prüfnormen die jüngste Norm, die seit dem Datum des Einreichens dieser Anmeldung oder, falls eine Priorität beansprucht wird, dem Datum des Einreichens der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint, in Kraft ist.
Wenn es nicht anders definiert ist, weisen die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung auf, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird.
Während die obige Offenbarung bezüglich beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet erkannt, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente durch deren Äquivalente ersetzt werden können, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Schutzumfang abzuweichen. Deshalb ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen enthält, die in ihren Schutzumfang fallen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs, umfassend: Empfangen einer Anforderung bei einem Controller des Elektrofahrzeugs; Empfangen eines Drehmomentsignals von einer Antriebseinheit an einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs bei dem Controller; Bestimmen wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments an der ersten Achse und eines zweiten Motordrehmoments an einer zweiten Achse des Elektrofahrzeugs basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung; und Ausüben des wenigstens einen des ersten Motordrehmoments auf die erste Achse und des zweiten Motordrehmoments auf die zweite Achse, um die Anforderung zu erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Ausüben des wenigstens einen des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments umfasst, um ein Beschleunigungsprofil des Elektrofahrzeugs während einer Gangwechseloperation aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Controller einer von: (i) einem Fahrzeug-Controller, der mit einem ersten Motor der ersten Achse und einem zweiten Motor der zweiten Achse in Verbindung steht; und (ii) einer Verarbeitungsschaltung des ersten Motors, die nur das erste Motordrehmoment bestimmt und das erste Motordrehmoment auf die erste Achse ausübt, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentsignal eines eines aktuellen Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit und eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen des wenigstens einen des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments basierend auf wenigstens einem von: (i) einem Unterschied zwischen dem Drehmomentsignal und einem an der ersten Achse abgetasteten Drehmoment; und (ii) einem Unterschied zwischen einem Drehmoment an der ersten Achse und einem Drehmoment an der zweiten Achse umfasst.
System zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs, umfassend: einen ersten Motor; eine Antriebseinheit zwischen dem ersten Motor und einer ersten Achse des Elektrofahrzeugs; einen zweiten Motor; und einen Prozessor, der konfiguriert ist: eine Anforderung für das Elektrofahrzeug zu empfangen; ein Drehmomentsignal von der Antriebseinheit zu empfangen; wenigstens eines eines ersten Motordrehmoments für den ersten Motor und eines zweiten Motordrehmoments für den zweiten Motor basierend auf dem Drehmomentsignal und der Anforderung zu bestimmen; und das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments auf den ersten Motor und des zweiten Motordrehmoments auf den zweiten Motor auszuüben, um die Anforderung zu erfüllen.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, das wenigstens eine des ersten Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments auszuüben, um ein Beschleunigungsprofil des Elektrofahrzeugs während einer Gangwechseloperation aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor einer von: (i) einem Fahrzeug-Controller, der mit dem ersten Motor und dem zweiten Motor in Verbindung steht; und (ii) einer Verarbeitungsschaltung des ersten Motors, die nur das erste Motordrehmoment bestimmt und das erste Motordrehmoment auf die erste Achse ausübt, ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Drehmomentsignal eines eines aktuellen Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit und eines vorhergesagten Ausgangsdrehmoments der Antriebseinheit ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, das wenigstens eine des Motordrehmoments und des zweiten Motordrehmoments basierend auf wenigstens einem von: (i) einem Unterschied zwischen dem Drehmomentsignal und einem an der ersten Achse abgetasteten Drehmoment; und (ii) einem Unterschied zwischen einem Drehmoment an der ersten Achse und einem Drehmoment an der zweiten Achse zu bestimmen.