DE69730925T2

DE69730925T2 - System und Verfahren zur Steuerung des Antriebs eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE69730925T2
Application number: DE69730925T
Authority: DE
Inventors: Ronald W. Whittier Young
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: KR19980018286A; JPH1094113A; EP0823348A2; US5758014A; EP0823348A3; MX9705515A; DE69730925D1; EP0823348B1

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektrofahrzeuge und insbesondere auf ein System und ein Verfahren, die eine Traktionssteuerung in Elektrofahrzeugen implementieren.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung entwirft und baut Steuersysteme zur Verwendung in Elektrofahrzeugen, um beispielsweise die Drehzahl eines Motors eines Elektrofahrzeugs und das Bremsen des Elektrofahrzeugs zu steuern. Frühere Versuche des Anmelders der vorliegenden Erfindung, Elektrofahrzeuge um eine Traktionssteuerung zu ergänzen, sind in einer für die Steuerung eines Antiblockiersystems (ABS) entwickelten Steuereinheit (ABS-Controller) implementiert worden. Zur Verwendung in dem ABS-Controller wurde ein Algorithmus entwickelt, der Drehzahleingaben von an allen vier Rädern befindlichen Raddrehzahlsensoren verarbeitet. Da die Traktionssteuerung auf das Steuern des Drehmoments der Antriebsräder begrenzt ist, erhöhen die Kosten der Raddrehzahlsensoren für die nicht angetriebenen Räder die Gesamtkosten des Fahrzeugs.
JP 08 084405 A offenbart eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Implementieren einer Traktionssteuerung in einem Elektro-Betriebsmittel.
FR-A-2 721 265 offenbart ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Energie für Akkumulatoren eines Elektrofahrzeugs während des Verlangsamens, ohne den Bremsbefehl störend zu beeinflussen. Dazu wird die Drehzahl der Räder gemessen und eine Drehzahländerungsrate mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen.
JP 06 335106 A offenbart einen Kraftschluss-Controller für ein Elektro-Schienenfahrzeug, um die Verzögerungsleistung infolge des Schlupfs oder Gleitens auf einen unteren Grenzwert zu verringern.
Es wäre deshalb eine Verbesserung auf diesem Fachgebiet, zur Senkung der Kosten eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zu besitzen, die eine Traktionssteuerung implementieren, ohne ein Antiblockiersystem zu erfordern. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die bei reduzierten Kosten eine Traktionssteuerung in Elektrofahrzeugen implementieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obige und weitere Aufgaben zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren bereit, die in einem Leistungswechselrichter oder in einem Controller, der beispielsweise die Rotordrehzahl zur Steuerung der Drehmomentabgabe eine Motors eines Elektrofahrzeugs verwendet, implementiert werden können. Ein mit dem Rotor des Motors gekoppelter Codierer liefert Codierersignale, die die Drehzahl des Rotors und somit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angeben. Alternativ können anstelle des Rotorcodierers Raddrehzahlsensoren verwendet werden, um erfasste Signale zu liefern, die zur Schaffung einer Traktionssteuerung des Fahrzeugs verarbeitet werden. Durch Überwachen der Änderungsrate der von dem Codierer oder dem Sensor erlangten Signale bestimmt der Controller, ob die Antriebsräder infolge eines Traktionsverlustes durchdrehen. Wenn dieser Zustand erfasst wird, verkleinert der Controller das Drehmoment, bis eine Traktion wieder erlangt ist. Die auf der Änderungsrate des Rotors basierende Drehmomentsteuerung ist der Kern der Lösung der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere implementieren das vorliegende System und das vorliegende Verfahren eine Traktionssteuerung in einem Elektrofahrzeug, das einen elektrischen Antriebsmotor einsetzt, der unter der Steuerung eines Controllers oder Prozessors von elektrischen Batterien mit Leistung versorgt wird, wobei der Motor mit Antriebsrädern gekoppelt ist, deren Traktion gesteuert werden soll. Das System enthält einen Codierer zum Überwachen der Änderungsrate der Drehzahl des Rotors des elektrischen Antriebsmotors und zum Erzeugen von Codierersignalen, die die Drehzahl des Rotors angeben, um zu bestimmen, ob die Antriebsräder infolge eines Traktionsverlustes durchdrehen. Der Controller (Prozessor) verarbeitet die Codierersignale, um zu bestimmen, ob die Antriebsräder infolge eines Traktionsverlustes durchdrehen, und erzeugt bei durchdrehenden Antriebsrädern Drehmomentsteuersignale, die zur Steuerung der Traktion der Räder das Ausgangsdrehmoment des Motors einstellen.
Die Verarbeitung wird in dem Controller durch Abtasten momentaner und vorhergehender Rotordrehzahlwerte, die von den Codierersignalen abgeleitet werden, und durch Bestimmen der Änderungsrate des Rotors durch Subtrahieren des momentanen Drehzahlwerts von dem früheren Rotordrehzahlwert implementiert. Die Änderungsrate des Rotors wird dann mit einem programmierbaren Schwellenwert verglichen, um zu festzustellen, ob die Antriebsräder einen Schlupf aufweisen. Falls die Antriebsräder einen Schlupf aufweisen, wird ein in den Motor eingegebener Drehmomentbefehlswert reduziert, bis der Zustand nicht mehr gegeben ist, während dann, wenn die Antriebsräder keinen Schlupf aufweisen, der Drehmomentbefehl so eingestellt wird, dass er gleich dem befohlenen Eingangswert ist. Wenn ein Traktionsverlust festgestellt wird, verlangsamt folglich ein Absenken des Drehmomentwerts den Rotor und ermöglicht den Antriebsrädern somit, die Traktion wieder zu erlangen. Die vorliegende Erfindung erübrigt folglich die Verwendung eines Antiblockiersystems zur Ausführung einer Traktionssteuerung.
Die vorliegende Erfindung verringert die Kosten des Moduls und des Elektrofahrzeugs, in dem es verwendet wird, und erhöht die Leistung eines elektrischen Traktionssystems, ohne separate und/oder zusätzliche Controller hinzuzufügen. Durch Hinzufügen dieses Algorithmus zu dem Antriebs-Controller weist das Elektrofahrzeug eine größere Fähigkeit zum Starten der Fahrt auf schlüpfrigen Oberflächen. Vorangehende Versionen der Traktionssteuerung stützten sich auf Raddrehzahlsensoren und einen separaten Controller, um festzustellen, ob ein Traktionsverlust eingetreten war oder nicht. Die Einbeziehung dieses Algorithmus ermöglicht den Wegfall von Raddrehzahlsensoren und eines separaten Controllers zu Zwecken einer Traktionssteuerung. Diese Funktionen sollten der Verwendung eines Antiblockiersystems (ABS) vorbehalten sein.
Die vorliegende Erfindung ist mit einem Elektromotor und einem Wechselrichter, der zur Angabe der Rotordrehzahl beispielsweise eine Codiererrückkopplung verwendet, anwendbar. Die Fähigkeit, ohne zusätzliche Kosten eine Traktionssteuerung hinzuzufügen, erhöht die Marktfähigkeit und die Erwünschtheit der Fahrzeuge.
Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Algorithmus bereit, der die Änderungsrate des Rotors des elektrischen Antriebsmotors des Elektrofahrzeugs überwacht, die eine Angabe der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Die Änderungsrate des Rotors wird mit einem programmierbaren Schwellenwert verglichen, um festzustellen, ob die Antriebsräder einen Schlupf aufweisen. Wenn die Antriebsräder einen Schlupf aufweisen, ist die Änderungsrate der Codierer-/Rotordrehzahl größer als der programmierte Wert. In diesem Fall wird der Drehmomentbefehl von dem Controller reduziert, bis der Zustand nicht mehr gegeben ist. Sobald der Zustand nicht mehr gegeben ist, folgt der Drehmomentbefehl dem befohlenen Eingangswert. Der Drehmomentbefehl wird verwendet, um die an den Motor gelieferte Strommenge zu steuern. Durch Steuern der an den Motor gelieferten Strommenge wird auch das von dem Motor erzeugte Drehmoment unmittelbar gesteuert. Unter Bedingungen, unter denen ein Traktionsverlust erfahren wird, verlangsamt das Absenken des Drehmomentwerts den Rotor und ermöglicht den Antriebsrädern somit, die Traktion wieder zu erlangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verständlich durch Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezeichnen und worin:
1 einen Leistungs-Wechselrichter zeigt, der ein Verfahren zur Schaffung einer Traktionssteuerung für ein Elektrofahrzeug in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung anwendet; und
2 einen Ablaufplan zeigt, der das bei der vorliegenden Erfindung angewandte Verfahren genau schildert.
GENAUE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungsfiguren zeigt 1 ein System 10, das ein Verfahren 20 (oder einen Algorithmus 20) zum Implementieren einer Traktionssteuerung in einem Elektrofahrzeug 11 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung anwendet. Das Elektrofahrzeug 11 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 12, der einen Rotor 13 besitzt, der unter der Steuerung eines Leistungs-Wechselrichters 15 oder eines Controllers 15, der von der vorliegenden Erfindung verwendete Verarbeitungsmittel 15 umfasst, von elektrischen Batterien 14 mit Leistung versorgt wird. Der Motor 12 ist mit Antriebsrädern 16 gekoppelt, deren Traktion mittels eines mit dem Rotor 13 des Motors 12 gekoppelten Rotorcodierers 17 indirekt überwacht wird. Zur Schaffung einer Traktionssteuerung des Fahrzeugs 11 werden von dem Rotorcodierer 17 erzeugte Codierersignale verarbeitet. Alternativ können anstelle des Rotorcodierers 17 Raddrehzahlsensoren 18 verwendet werden, um erfasste Signale zu liefern, die zur Schaffung einer Traktionssteuerung des Fahrzeugs 11 verarbeitet werden.
2 zeigt einen Ablaufplan, der das Verfahren 20 (oder den Algorithmus 20) in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung einer Traktionssteuerung für das Elektrofahrzeug 11 genau schildert. Das vorliegende Verfahren 20 überwacht die Änderungsrate des Rotors 13 des elektrischen Antriebsmotors 12, die eine Angabe der Geschwindigkeit eines Elektrofahrzeugs 11 ist.
Momentane und vorhergehende Rotordrehzahlwerte werden von dem Codierer 17 oder in der alternativen Ausführungsform von den Raddrehzahlsensoren 18 erhalten oder abgefragt (Schritt 22). Die Änderungsrate (ROC) des Rotors 13 wird bestimmt, indem der momentane Drehzahlwert (NRSPD) von dem früheren Rotordrehzahlwert (RSPD) subtrahiert wird (Schritt 23). Die Änderungsrate (ROC) des Rotors 13 wird mit einem programmierbaren Schwellenwert (TRAC) verglichen, um zu bestimmen, ob die Antriebsräder 16 schlupfen (Schritt 24). Falls die Antriebsräder 16 schlupfen, ist die von dem Codierer 17 und folglich von dem Rotor 13 bestimmte Änderungsrate der Drehzahl größer als der programmierte Schwellenwert. In diesem Fall wird ein von dem Controller 15 erzeugter und in den Motor 12 eingegebener Drehmomentbefehlswert (TCMD) reduziert, bis der Zustand nicht mehr gegeben ist (Schritt 25). Dies wird durch Multiplizieren des Drehmomentbefehlswerts mit einem programmierbaren Parameter (TRACMOD), der dazu verwendet wird, den Drehmomentbefehlswert zu erniedrigen, erzielt (Schritt 25). Sobald der Zustand nicht mehr gegeben ist, folgt der Drehmomentbefehl dem befohlenen Eingangswert (wird auf diesen eingestellt) (Schritt 26). Der Drehmomentbefehl wird verwendet, um die an den Motor gelieferte Strommenge zu steuern. Durch Steuern des an den Motor gelieferten Stroms wird das von dem Motor erzeugte Drehmoment gesteuert. Unter Bedingungen, unter denen ein Traktionsverlust erfahren wird, verlangsamt das Absenken des Drehmomentwerts (Schritt 25) den Rotor 13, so dass den Antriebsrädern 16 ermöglicht wird, die Traktion wieder zu erlangen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Wert NRSPD der neuste oder momentane Rotordrehzahlwert, der von dem Codierer 17 oder dem (den) Radsensor(en) 18 erhalten wird und der momentanen Drehzahl des Rotors 13 entspricht. ROC ist die Änderungsrate, die die Beschleunigungsrate des Rotors 13 repräsentiert. RSPD ist die Rotordrehzahl von der vorhergehenden Aktualisierung. TRAC ist ein programmierbarer Schwellenwert, der angibt, dass die Traktion verloren wurde und dass das (die) Antriebsrad(räder) 16 schlupft (schlupfen). TRACMOD ist ein programmierbarer Parameter, der verwendet wird, um den Drehmomentbefehlswert abzusenken. TCMD ist der befohlene Drehmomentwert, der beispielsweise auf der Fahrpedal stellung oder auf Ausgaben einer Fahrtsteuerungs-Drehmomentfunktion basiert.
Folglich sind ein System und ein Verfahren, die eine Traktionssteuerung für die Verwendung mit Elektrofahrzeugen implementieren, offenbart worden. Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich einige Beispiele der vielen spezifischen Ausführungsformen, die Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentieren.

Claims

System (10) zum Implementieren einer Traktionssteuerung in einem Elektrofahrzeug (11), das einen elektrischen Antriebsmotor (12) umfasst, der einen Rotor (13) besitzt, der unter der Steuerung einer Steuereinheit (15) von elektrischen Batterien (14) mit Leistung versorgt wird, wobei der Motor (12) mit Antriebsrädern (16) gekoppelt ist, deren Traktion gesteuert werden soll, wobei das System umfasst: ein Codierermittel (17, 18) zum Überwachen der Änderungsrate der Drehzahl des Rotors (13) des elektrischen Antriebsmotors (12) und zum Erzeugen eines Codierersignals, das die Drehzahl des Rotors (13) des elektrischen Antriebsmotors (12) angibt; und ein Verarbeitungsmittel (15), die mit den Codierermitteln (17, 18) gekoppelt sind, um die Codierersignale zu verarbeiten, wobei das Verarbeitungsmittel (15) die Codierersignale verarbeitet durch: Abtasten momentaner und früherer Rotordrehzahlwerte, die von dem Codierermittel (17, 18) abgeleitet werden; Bestimmen der Änderungsrate des Rotors (13) durch Subtrahieren des momentanen Drehzahlwerts von dem früheren Rotordrehzahlwert; Vergleichen der Änderungsrate des Rotors (13) mit einem programmierbaren Schwellenwert, um festzustellen, ob die Antriebsräder (16) einen Schlupf aufweisen; Reduzieren eines in den Motor (12) eingegebenen Drehmomentbefehlswertes, solange für die Antriebsräder (15) ein Schlupf festgestellt wird; und Einstellen des Drehmomentbefehls in der Weise, dass er gleich einem befohlenen Ein gangsdrehmomentwert ist, wenn für die Antriebsräder (16) kein Schlupf festgestellt wird; wobei dann, wenn ein Traktionsverlust vorliegt, ein Absenken des Drehmomentwerts den Rotor (13) verlangsamt, so dass den Antriebsrädern (16) ermöglicht wird, die Traktion wieder zu erlangen.
System nach Anspruch 1, bei dem das Codierermittel (17, 18) einen Rotorcodierer umfasst.
System nach Anspruch 1, bei dem das Codierermittel (17, 18) einen Raddrehzahlsensor umfasst.
System nach Anspruch 1, bei dem die Reduzierung des Drehmomentbefehlswerts durch Multiplizieren des Drehmomentbefehlswerts mit einem programmierbaren Parameter, der dazu verwendet wird, den Drehmomentbefehlswert zu erniedrigen, erzielt wird.
System nach Anspruch 1, bei dem der Drehmomentbefehl dazu verwendet wird, die an den Motor (12) gelieferte Strommenge zu steuern.
Verfahren zum Implementieren einer Traktionssteuerung in einem Elektrofahrzeug (11), das einen elektrischen Antriebsmotor (12) umfasst, der einen Rotor (13) besitzt, der unter der Steuerung einer Steuereinheit (15) von elektrischen Batterien (14) mit Leistung versorgt wird, wobei der Motor (12) mit Antriebsrädern (16) gekoppelt ist, deren Traktion gesteuert werden soll, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Überwachen der Änderungsrate der Drehzahl des Rotors (13) des elektrischen Antriebsmotors (12); Erzeugen eines Codierersignals, das die Drehzahl des Rotors (13) des elektrischen Antriebsmotors (12) angibt; und Verarbeiten der Codierersignale, wobei der Schritt des Überwachens der Änderungsrate der Drehzahl des Rotors (13) den Schritt des Abtastens momentaner und früherer Rotordrehzahlwerte, die von den Codierermitteln (17, 18) abgeleitet werden, umfasst; und wobei der Schritt des Verarbeitens der Codierersignale die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln der Änderungsrate des Rotors (13) durch Subtrahieren des momentanen Drehzahlwerts von dem früheren Rotordrehzahlwert; Vergleichen der Änderungsrate des Rotors (13) mit einem programmierbaren Schwellenwert, um festzustellen, ob die Antriebsräder (16) einen Schlupf aufweisen; Verringern eines in den Motor (12) eingegebenen Drehmomentbefehlswerts, solange für die Antriebsräder (16) ein Schlupf festgestellt wird; und Einstellen des Drehmomentbefehls, so dass er gleich einem befohlenen Eingangsdrehmomentwert ist, wenn für die Antriebsräder (16) kein Schlupf festgestellt wird, wobei dann, wenn ein Traktionsverlust vorliegt, die Absenkung des Drehmomentwerts den Rotor (13) verlangsamt, so dass den Antriebsrädern (16) ermöglicht wird, die Traktion wieder zu erlangen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Reduzierens des Drehmomentbefehlswerts durch Multiplizieren des Drehmomentbefehlswerts mit einem programmierbaren Parameter, der dazu verwendet wird, den Drehmomentbefehlswert zu erniedrigen, erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Drehmomentbefehl dazu verwendet wird, die an den Motor (12) gelieferte Strommenge zu steuern.