EP4196361A1 - Verfahren zur steuerung eines elektromotorischen antriebs eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines elektromotorischen antriebs eines kraftfahrzeugs

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EP4196361A1
EP4196361A1 EP21755766.9A EP21755766A EP4196361A1 EP 4196361 A1 EP4196361 A1 EP 4196361A1 EP 21755766 A EP21755766 A EP 21755766A EP 4196361 A1 EP4196361 A1 EP 4196361A1
Authority
EP
European Patent Office
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electric motor
operating mode
vehicle wheel
efficiency
energy
Prior art date
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Pending
Application number
EP21755766.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olivier Frament
Jens Hoffmann
Martin Semsch
Matthias Töns
Martin SPORNRAFT
Dragan Stojkovic
Vincent Vahee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Continental Automotive Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electric motor drive of a motor vehicle and a corresponding electric motor drive.
  • friction brakes have now reached a satisfactory level in terms of their reliability, thanks in part to the use of known and proven technology in a well-defined environment.
  • friction brakes still have disadvantages. They contribute a not inconsiderable part to the total mass of a vehicle, with a large part of the mass contributed by the friction brakes being unsprung masses. A large part of these unsprung masses is due to the fact that the brakes must also be dimensioned for long braking processes in order to maintain the speed of a possibly very long downhill ride. An example of this would be the descent from the Principalglockner at a constant speed. For this reason, friction brakes also require installation space in the vehicle that is not negligible.
  • deceleration of the vehicle by means of the drive train according to the prior art usually lacks the reliability given for friction brakes.
  • the problem arises that energy can no longer be recuperated if there is insufficient capacity in a battery of the electric motor drive, so that this possibility of decelerating the vehicle is no longer available.
  • the connection between the electric motor drive and the battery for feeding back electrical energy is interrupted, for example due to a defect.
  • a large number of components of the vehicle are involved in such a deceleration by means of recuperation, so that even if one of the components fails, deceleration by means of recuperation is no longer possible.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for controlling an electric motor drive and a corresponding electric motor drive which overcome the aforementioned disadvantages of the prior art.
  • the invention relates to a method for controlling an electric motor drive of a motor vehicle using a control device, wherein at least one vehicle wheel of the motor vehicle can be driven by an electric motor of the electric motor drive and wherein the electric motor drive has at least one energy source for the electric motor.
  • the method includes the execution of the following steps by the control unit:
  • the electric motor In a first operating mode from the possible operating modes of the electric motor, the electric motor is controlled in such a way that the rotational energy of the vehicle wheel is converted into electrical energy with a first efficiency. In a second operating mode from the possible operating modes of the electric motor, however, the electric motor is controlled in such a way that the rotational energy of the vehicle wheel is converted into electrical energy with a second efficiency, the second efficiency being lower than the first efficiency.
  • the invention is based on the idea of using the electric motor, for example in the event of insufficient capacity of the energy source, to generate a deceleration torque on a vehicle wheel in a recuperation mode such that the rotational energy of the vehicle wheel in question is only converted to a very small proportion into electrical energy. Due to the reduced efficiency of the recuperation operation in the second operating mode, a large part of the rotational energy is to be converted into heat, which occurs in the electric motor and its periphery, in particular its power electronics, and due to existing cooling of the electric motor can be dissipated. Thus, a permanent deceleration torque can be provided by the electric motor without recourse to the battery, which is essentially limited by the cooling capacity of the cooling of the electric motor.
  • the method described can be implemented solely from the electric motor drive, so that no interactions with other systems of the vehicle are necessary. Such interactions are usually a potential source of error that could jeopardize the reliability of such an approach.
  • the reliable provision of a defined deceleration torque by the electric motor drive in turn makes it possible to dimension the vehicle's friction brakes smaller, since the electric motor can reliably contribute a certain proportion of the deceleration power.
  • a “deceleration moment” is to be understood very generally as a torque which is directed in the opposite direction to a direction of rotation of a vehicle wheel, which would therefore lead to a slowing down of its rotation in the absence of other forces.
  • the application of such a deceleration torque to a vehicle wheel is not to be equated with a deceleration of the vehicle per se.
  • other forces acting on the vehicle such as a downhill slope force, can result in the speed of a vehicle not decreasing despite the deceleration torque caused by the electric motor, but possibly even increasing it.
  • a request to apply a deceleration torque to a vehicle wheel can be triggered, for example, by the actuation of a brake pedal by a vehicle driver. Furthermore, it is also possible that such a request is triggered by a driving function of the vehicle, such as by a cruise control system or a function for controlled downhill driving (Hill Descent Control).
  • a driving function of the vehicle such as by a cruise control system or a function for controlled downhill driving (Hill Descent Control).
  • the method according to the invention can be transferred to any constellation of vehicle wheels, electric motors and energy sources.
  • the method can also be used in a motor vehicle in which each vehicle wheel is driven by an electric motor, with the motors being supplied with energy from a number of energy sources. It can be provided in particular that the electric motors assigned to a front axle of a vehicle are connected to a first energy source, while the electric motors assigned to a rear axle of the vehicle are connected to a second energy source. In this case, in the context of the method, it can also happen in particular that the electric motors on the front axle are operated in a different operating mode than the electric motors on the rear axle.
  • An “electric motor” is generally understood to mean any type of electric motor that is suitable for using electrical energy to cause a torque on a vehicle wheel and vice versa, by appropriate control, to convert a torque taken from a vehicle wheel into electrical energy.
  • An “energy source” for the electric motor can be a battery, for example.
  • an “operating mode” within the meaning of the invention, or activating an electric motor in such an operating mode is to be understood as meaning a targeted activation of the electric motor with parameters predetermined by the selected operating mode.
  • an operating mode can be used to specify how and when the voltages of the commutation blocks are switched.
  • the course of the voltages in the commutation blocks that is to say the specific signal form of the voltages, can also be predetermined by the operating mode.
  • the parameters of the operating modes are selected in such a way that the resulting efficiencies of the electric motor in the conversion of rotational energy of the vehicle wheel into electrical energy already differ between the operating modes simply because of the selected parameters.
  • the electrical energy is supplied to the energy source in the first operating mode. This is therefore a recuperation of the rotational energy of the vehicle wheel, with which the energy source, in particular a battery, is recharged.
  • the operating mode of the electric motor is selected depending on previously determined status information of the electric motor drive.
  • the status information includes at least one state of charge of the energy source and/or a temperature of the energy source and/or a temperature of the electric motor and/or a temperature of other components of the electromotive drive.
  • the other components of the electric motor drive can be, for example, the power electronics of the drive, in particular an inverter for converting a DC voltage provided by the energy source into an AC voltage required for the operation of the electric motor.
  • the electric motor when the energy source is in a state of charge that does not correspond to a fully charged energy source, the electric motor is preferably operated in the first operating mode, so that the largest possible part of the rotational energy taken from the vehicle wheel is converted into electrical energy. It is preferably also taken into account whether the energy source is suitable for receiving electrical energy based on its current temperature.
  • the status information can also identify error statuses of individual components of the electromotive drive. For example, it can also be provided that the electric motor is operated in the second operating mode when it has been determined that the connection between the electric motor and the energy source is defective or interrupted, so that electrical energy cannot be fed back into the energy source.
  • the electric motor when selecting the operating modes, it is also taken into account whether the electric motor is able, for example due to its current temperature, to dissipate the rotational energy of the vehicle wheel as thermal energy.
  • the temperatures of other components of the electric motor drive, in particular the power electronics of the electric motor are also preferably taken into account, which also limit operation of the electric motor in the second operating mode, in which the electric motor is used to dissipate thermal energy.
  • the second efficiency depends on the state of charge and/or the temperature of the energy source. For example, provision can be made for the second operating mode to be used when the energy source is almost fully charged. In this case, a recuperation of rotational energy of the vehicle wheel in the energy source is still useful, so that the second efficiency should not be too low. It can also be provided that the second efficiency scales continuously with the current state of charge of the energy source, so that the second efficiency decreases continuously as the energy source is charged. Furthermore, provision can also be made here for the lowest possible second efficiency to be set despite a slight discharge of the energy source, since electrical energy cannot be returned to the energy source due to the current temperature of the energy source.
  • the first efficiency is the greatest possible efficiency for converting the rotational energy of the vehicle wheel into electrical energy and that the second efficiency is the lowest possible efficiency for converting the rotational energy of the vehicle wheel into electrical energy the electric motor operates.
  • the motor vehicle has at least one heating circuit, heat generated during operation of the electric motor in the second operating mode being supplied to the heating circuit.
  • the heating circuit can contain, for example, heating of a passenger compartment of the motor vehicle, so that the heat generated by the electric motor when the vehicle is decelerating can be used to heat the passenger compartment.
  • another embodiment also provides that the previously described operating mode in a third operating mode from the possible operating modes of the electric motor
  • Electric motor is controlled in such a way that it applies the deceleration torque to the vehicle wheel using electrical energy provided by the energy source.
  • the electric motor is therefore actively energized so that it can cause a deceleration torque on the vehicle wheel.
  • thermal energy occurs in the electric motor due to the active energization of the motor, while at the same time the rotational energy extracted from the vehicle wheel occurs as heat in the electric motor.
  • This operation can be used, for example, when a large amount of heat is required despite only a slight deceleration request, for example to heat up the passenger compartment of the vehicle quickly, or to bring the electric motor drive to operating temperature.
  • the energy source is at least slightly discharged in this operating mode, so that a subsequent deceleration request can be carried out in the first operating mode.
  • absorption capacities of other electrical consumers of the motor vehicle for the absorption of electrical energy are taken into account.
  • operation of the electric motor in the first operating mode can be useful if the here electrical energy generated can be removed by other electrical consumers of the motor vehicle.
  • An air conditioner or an electric heater, for example, can be mentioned here as an electrical consumer.
  • the electric motor is a brushless DC motor with power electronics for providing an operating voltage for the DC motor, wherein to control the electric motor in the different operating modes, only a control of the power electronics is adapted to the selected operating mode .
  • the invention in a further aspect, relates to an electric motor drive for a motor vehicle with an electric motor, an energy source for the electric motor and a control device for the electric motor.
  • the control unit is designed to determine a request to apply a deceleration torque to a vehicle wheel connected to the electric motor, to determine status information of the electric motor drive, to determine an operating mode of the electric motor from at least two possible operating modes of the electric motor depending on the status information determined, and to determine the To control the electric motor in the selected operating mode for acting on the vehicle wheel with the deceleration torque.
  • the electric motor In a first operating mode from the possible operating modes of the electric motor, the electric motor is controlled in such a way that the rotational energy of the vehicle wheel is converted into electrical energy with a first efficiency, and in a second operating mode from the possible operating modes of the electric motor, the electric motor is controlled in such a way that the rotational energy of the vehicle wheel is converted into electrical energy at a second efficiency, the second efficiency being lower than the first efficiency.
  • the electric motor drive has at least one cooling circuit for cooling the electric motor, heat generated during operation of the electric motor in the second operating mode being at least partially dissipated via the cooling circuit.
  • the cooling circuit can in turn be designed to emit heat absorbed in the electric motor to a heating circuit of the motor vehicle.
  • the cooling circuit has a control for regulating a cooling capacity provided by the cooling circuit, the control being controlled by the control device depending on the selected operating mode of the electric motor. For example, it can be provided that when the electric motor is operated in the second or third operating mode, the cooling capacity of the cooling circuit is automatically increased by appropriate activation of elements such as circulation pumps or refrigeration compressors, so that the heat generated in the electric motor is efficiently dissipated and overheating of the electric motor is avoided can be.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electric motor drive according to the prior art
  • FIG 2 is a schematic representation of different error sources of an arrangement according to Figure 1,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an electric motor in the second operating mode
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electric motor in the third operating mode
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary electromotive drive with a heating circuit
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an exemplary control logic for an electric motor drive.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric motor drive 100 according to the prior art.
  • the electric motor drive 100 has a drive unit 102 with an electric motor 104 and a control unit 106 for the electric motor 104 .
  • the drive unit 102 and thus the electric motor 104 is connected to an energy source 108, for example a battery, via a DC connection 110 for supplying electrical energy.
  • an energy source 108 for example a battery
  • DC connection 110 for supplying electrical energy.
  • further electrical loads 112 can also be connected to the drive unit 102 via the direct current connection 110, which is indicated only very schematically in FIG.
  • the electric motor 104 is connected to a vehicle wheel 116 via a downstream transmission 114 in such a way that the electric motor 104 can cause a torque on the vehicle wheel 116 .
  • a friction brake 118 is arranged on the vehicle wheel 116, which is shown by way of example as a disk brake.
  • both an accelerating torque can be applied to vehicle wheel 116 using electrical energy from energy source 108, and a decelerating torque can be applied, with the rotational energy of the Vehicle wheel 116 is preferably converted into electrical energy, which is supplied to the energy source 108 .
  • FIG. 2 now shows schematically which error sources in the configuration described in FIG. 1 lead to the fact that such an electric motor drive according to the prior art generally cannot permanently and reliably relieve the friction brakes.
  • a first source of error or a first problematic state is given when the energy source 108 is fully charged, ie recuperation of kinetic energy in the energy source 108 is no longer possible.
  • a second source of error is an interruption or malfunction of the direct current connection 110, so that it is no longer possible to dissipate electrical energy to the other electrical consumers 112 either. In both cases, the entire kinetic energy 120 released when the vehicle wheel is decelerated would have to be absorbed by the friction brake 118 in the form of heat 122 and radiated into the environment.
  • the invention provides that the electric motor 104 depending on the states of the individual components of the electric motor To operate drive 100 to generate a deceleration torque on the vehicle wheel 116 in different operating modes.
  • An electric motor 104 is shown as an example in FIG. As indicated on the left-hand side of the figure, it is not possible to feed back electrical energy from the drive unit 102 via the DC connection 110 to the energy source 108 in the situation shown. This can be the case, for example, with a fully charged energy source 108 or a defect in the DC connection 110 .
  • the invention provides that electric motor 104 is operated by appropriate activation of power electronics 107 in such a way that it continues to convert rotational energy 120 of vehicle wheel 116 into electrical energy to generate a deceleration torque on vehicle wheel 116, but with the least amount of energy possible efficiency happens.
  • the electric motor is operated in a first operating mode for decelerating vehicle wheel 116 by appropriate activation of power electronics 107 in such a way that rotational energy 120 of vehicle wheel 116 is used with the greatest possible efficiency in electrical energy is converted, which is then supplied to the energy source 108 .
  • the operating parameters for the electric motor 104 in this operating mode are designed in such a way that as little heat as possible is generated in the electric motor 104 .
  • a third operating mode for electric motor 104 is indicated schematically in FIG. 4, which can be used, for example, when the energy source is fully charged, DC connection 110 is intact and electric motor 104 is still comparatively cold.
  • the electric motor in order to generate the deceleration torque, the electric motor is actively supplied with current by appropriate activation of the power electronics 107 by the control unit 106 such that a deceleration torque is applied to the vehicle wheel 116 using electrical energy.
  • both the electrical energy used and the rotational energy 120 of the vehicle wheel 116 occur in the electric motor 104 as thermal energy 122, which can be dissipated via appropriate cooling.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary electric motor drive 100, wherein the electric motor drive 100 with a heating circuit 130 of a motor vehicle.
  • control unit 106 of drive unit 102 has control logic 132 which, depending on the situation, switches between different operating modes of electric motor 104 for generating a deceleration torque.
  • a first operating mode 134 is designed by appropriate adjustment of the operating parameters of electric motor 104, i.e. in particular by appropriate control logic of the associated power electronics, so that electric motor 104 converts the kinetic energy 120 of vehicle wheel 116 into electrical energy with the greatest possible efficiency in order to generate a deceleration torque converts, which is then fed via the DC link 110 of the power source.
  • This first operating mode 134 is used, for example, when the energy source is not fully charged and the direct current connection 110 is fully functional.
  • a second operating mode 136 in a second operating mode 136, on the other hand, by appropriately adjusting the operating parameters of electric motor 104, electric motor 104 converts the kinetic energy of vehicle wheel 116 into electrical energy with the lowest possible efficiency in order to generate a deceleration torque. The resulting heat is dissipated to the heating circuit 130 and can be used via a corresponding radiator 138, for example, to heat the passenger compartment of the motor vehicle.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a control logic 132 for an electric motor drive 100, as has been described above.
  • the control logic 132 is initially designed to determine status information 140, 142 and 144 of the electric motor drive.
  • the status information is, for example, the functionality of the direct current connection 110 140, the readiness of the energy source 108 to receive electrical energy 142, which is influenced, for example, by the state of charge and the temperature of the energy source 108, or the readiness of other electrical consumers 112 to receive electrical energy.
  • the status information determined in this way is fed to a decision logic 146 which, by looking at the determined status information 140, 142, 144 together, determines whether an incoming request for the electric motor drive 102 to apply a deceleration torque to a vehicle wheel 116 is in a first operating mode of the electric motor 104 or in a second operating mode of the electric motor 104 is to be implemented, as previously described.
  • the operating parameters of electric motor 104 according to the first or the second operating mode are then used by the control unit when activating the corresponding electronic power system 106, so that electric motor 104 uses the rotational energy of vehicle wheel 116 either with the highest possible or lowest possible Efficiency converted into electrical energy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs (100) eines Kraftfahrzeugs durch ein Steuergerät (106), wobei wenigstens ein Fahrzeugrad (116) des Kraftfahrzeugs von einem Elektromotor (104) des elektromotorischen Antriebs (100) antreibbar ist und wobei der elektromotorische Antrieb (100) wenigstens eine Energiequelle (108) für den Elektromotor (104) aufweist. Das Verfahren weist dabei das Ermitteln einer Anforderung zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads (116) mit einem Verzögerungsmoment, das Ermitteln von Zustandsinformationen (140, 142, 144) des elektromotorischen Antriebs (100), das Auswählen eines Betriebsmodus (134, 136) des Elektromotors (104) aus wenigstens zwei möglichen Betriebsmodi (134, 136) des Elektromotors (104) in Abhängigkeit der ermittelten Zustandsinformationen (140, 142, 144), und das Ansteuern des Elektromotors (104) in dem ausgewählten Betriebsmodus (134, 136) zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads (116) mit dem Verzögerungsmoment, durch das Steuergerät (106) auf, wobei in einem ersten Betriebsmodus (134) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer ersten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus (136) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer zweiten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die zweite Effizienz geringer ist als die erste Effizienz.

Description

Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs sowie einen entsprechenden elektromotorischen Antrieb.
Mechanische Reibungsbremsen von Kraftfahrzeugen haben mittlerweile ein zufriedenstellendes Niveau hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit erreicht, unter anderem dank des Einsatzes bekannter und bewährter Technologie in einer gut definierten Umgebung. Allerdings haben Reibungsbremsen nach wie vor Nachteile. So tragen sie einen nicht unerheblichen Teil zu der Gesamtmasse eines Fahrzeugs bei, wobei es sich bei einem großen Teil der durch die Reibungsbremsen beigetragenen Masse um ungefederte Massen handelt. Ein großer Teil dieser ungefederten Massen ist dem Umstand geschuldet, dass die Bremsen in ihrer Dimensionierung auch für lange Bremsvorgänge zur Beibehaltung einer Geschwindigkeit einer möglicherweise sehr lange Bergabfahrt ausgelegt sein müssen. Zu nennen wäre hier beispielsweise die Abfahrt von dem Großglockner mit einer konstanten Geschwindigkeit. Ferner benötigen Reibungsbremsen aus diesem Grund auch nicht zu vernachlässigenden Bauraum im Fahrzeug.
Die bei einer Verzögerung mittels einer Reibungsbremse durch die Reibungsbremse aufgenommene Energie kann nicht zurückgewonnen werden. Vielmehr wird die Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Das führt wiederum zu einer Verschwendung von Energie und einer Feinstaubbelastung der Umgebung durch Abrieb der Bremskomponenten, welcher ebenfalls in die Umgebung freigesetzt wird. Beispielsweise müssen Reibungsbremsen bei einem Fahrzeug mit einer Masse von 1600 kg in einem Gefälle von 8% zur Beibehaltung einer Geschwindigkeit von 40 km/h eine mechanische Leistung von ungefähr 14 kW aufnehmen und als Wärme abstrahlen.
Neben einer Verzögerung eines Fahrzeugs mittels Reibungsbremsen ist es aus dem Stand der Technik ferner bekannt, dass Fahrzeuge auch unter Zuhilfenahme des Antriebsstranges verzögert werden können. Hier ist insbesondere für einen elektromotorischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs die Verzögerung des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Rekuperation der kinetischen Energie des Fahrzeugs zu nennen. Wiederum analog zu dem zuvor genannten Beispiel ist es durchaus realistisch, dass bei einer solchen Bergabfahrt die notwendigen 14 kW Verzögerungsleistung allein durch eine entsprechende Ansteuerung des elektromotorischen Antriebsstranges erreicht werden können, wobei, eine entsprechend effiziente Steuerung des Antriebs vorausgesetzt, etwa 12 kW elektrische Leistung in eine Batterie des Antriebs zurückgespeist werden können.
Allerdings mangelt es einer Verzögerung des Fahrzeugs mittels des Antriebsstranges gemäß dem Stand der Technik üblicherweise an der für Reibungsbremsen gegebenen Zuverlässigkeit. So stellt sich beispielsweise das Problem, dass bei mangelnder Aufnahmekapazität einer Batterie des elektromotorischen Antriebs eine Rekuperation von Energie nicht mehr möglich ist, sodass diese Möglichkeit zur Verzögerung des Fahrzeugs nicht mehr gegeben ist. Gleiches gilt, wenn beispielsweise die Verbindung zwischen dem elektromotorischen Antrieb und der Batterie zur Rückspeisung elektrischer Energie unterbrochen wird, beispielsweise aufgrund eines Defekts. Insgesamt sind bei einer solchen Verzögerung mittels Rekuperation eine Vielzahl von Komponenten des Fahrzeugs involviert, sodass bereits bei Ausfall einer der Komponenten eine Verzögerung mittels Rekuperation nicht mehr möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs und einen entsprechenden elektromotorischen Antrieb anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 und dem elektromotorischen Antrieb nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9, 11 und 12. In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs durch ein Steuergerät, wobei wenigstens ein Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs von einem Elektromotor des elektromotorischen Antriebs antreibbar ist und wobei der elektromotorische Antrieb wenigstens eine Energiequelle für den Elektromotor aufweist. Das Verfahren weist dabei die Ausführung der folgenden Schritte durch das Steuergerät auf:
• Ermitteln einer Anforderung zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads mit einem Verzögerungsmoment,
• Ermitteln von Zustandsinformationen des elektromotorischen Antriebs,
• Auswählen eines Betriebsmodus des Elektromotors aus wenigstens zwei möglichen Betriebsmodi des Elektromotors in Abhängigkeit der ermittelten Zustandsinformationen, und
• Ansteuern des Elektromotors in dem ausgewählten Betriebsmodus zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads mit dem Verzögerungsmoment.
Dabei wird in einem ersten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors der Elektromotor so angesteuert, dass die Rotationsenergie des Fahrzeugrads mit einer ersten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird. In einem zweiten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors wird der Elektromotor hingegen so angesteuert, dass die Rotationsenergie des Fahrzeugrads mit einer zweiten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die zweite Effizienz geringer ist als die erste Effizienz.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, den Elektromotor, beispielsweise bei mangelnder Kapazität der Energiequelle, so zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments auf ein Fahrzeugrad in einem Rekuperationsbetrieb zu nutzen, dass die Rotationsenergie des betrachteten Fahrzeugrads nur zu einem sehr geringen Anteil in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein Großteil der Rotationsenergie soll aufgrund der herabgesetzten Effizienz des Rekuperationsbetriebs im zweiten Betriebsmodus in Wärme umgewandelt werden, die in dem Elektromotor und dessen Peripherie, insbesondere dessen Leistungselektronik, anfällt und durch eine vorhandene Kühlung des Elektromotors abgeführt werden kann. So kann durch den Elektromotor ohne Rückgriff auf die Batterie ein dauerhaftes Verzögerungsmoment bereitgestellt werden, das im Wesentlichen durch die Kühlleistung der Kühlung des Elektromotors begrenzt ist.
Gleichzeitig kann das beschriebene Verfahren allein aus dem elektromotorischen Antrieb heraus realisiert werden, sodass keine Wechselwirkungen mit weiteren Systemen des Fahrzeugs notwendig sind. Solche Wechselwirkungen sind üblicherweise eine potenzielle Fehlerquelle, die die Zuverlässigkeit eines solchen Ansatzes gefährden könnte. Die zuverlässige Bereitstellung eines definierten Verzögerungsmoments durch den elektromotorischen Antrieb macht es wiederum möglich, die Reibungsbremsen des Fahrzeugs kleiner zu dimensionieren, da durch den Elektromotor ein gewisser Anteil einer Verzögerungsleistung zuverlässig beigetragen werden kann.
Unter einen „Verzögerungsmoment“ ist dabei ganz allgemein ein Drehmoment zu verstehen, das einer Rotationsrichtung eines Fahrzeugrades entgegen gerichtet ist, in Abwesenheit weiterer Kräfte also zu einer Verlangsamung dessen Rotation führen würde. Die Beaufschlagung eines Fahrzeugrades mit einem solchen Verzögerungsmoment ist dabei jedoch nicht mit einer Verzögerung des Fahrzeugs an sich gleichzusetzen. So können weitere auf das Fahrzeug wirkende Kräfte, wie beispielsweise eine Hangabtriebskraft, dazu führen, dass sich die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs trotz des durch den Elektromotor bewirkten Verzögerungsmoments nicht verringert, sondern möglicherweise sogar vergrößert.
Dabei kann eine Anforderung zur Beaufschlagung eines Fahrzeugrads mit einem Verzögerungsmoment beispielsweise durch die Betätigung eines Bremspedals durch einen Fahrzeugführer ausgelöst werden. Ferner ist es auch möglich, dass eine solche Anforderung von einer Fahrfunktion des Fahrzeugs ausgelöst wird, wie beispielsweise durch eine Geschwindigkeitsregelanlage oder eine Funktion zur kontrollierten Bergabfahrt (Hill Descent Control).
Auch wenn in dem Verfahren nur ein Fahrzeugrad beschrieben ist, das durch einen Elektromotor angetrieben wird, der seine Energie aus einer Energiequelle bezieht, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf jede beliebige Konstellation von Fahrzeugrädern, Elektromotoren und Energiequellen übertragbar. So kann das Verfahren auch bei einem Kraftfahrzeug angewendet werden, bei dem jedes Fahrzeugrad durch einen Elektromotor angetrieben wird, wobei die Motoren aus mehreren Energiequellen mit Energie versorgt werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die einer Vorderachse eines Fahrzeugs zugeordneten Elektromotoren mit einer ersten Energiequelle verbunden sind, während die einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten Elektromotoren mit einer zweiten Energiequelle verbunden sind. In diesem Fall kann es im Rahmen des Verfahrens insbesondere auch vorkommen, dass die Elektromotoren der Vorderachse in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden, als die Elektromotoren der Hinterachse.
Unter einem „Elektromotor“ ist dabei allgemein jeder Typ von Elektromotor zu verstehen, der dazu geeignet ist, unter Aufwendung elektrischer Energie ein Drehmoment auf eine Fahrzeugrad zu bewirken und umgekehrt, durch entsprechende Ansteuerung, ein von einem Fahrzeugrad abgenommenes Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln. Bei einer „Energiequelle“ für den Elektromotor kann es dabei beispielsweise um eine Batterie handeln.
Unter einem „Betriebsmodus“ im Sinne der Erfindung, bzw. einem Ansteuern eines Elektromotors in einem solchen Betriebsmodus, ist dabei eine gezielte Ansteuerung des Elektromotors mit durch den gewählten Betriebsmodus vorgegebenen Parametern zu verstehen. Am Beispiel eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors kann durch einen Betriebsmodus beispielsweise vorgegeben sein, wie und wann die Spannungen der Kommutierungsblöcke geschaltet werden. Auch der Verlauf der Spannungen in den Kommutierungsblöcken, also die spezifische Signalform der Spannungen, kann durch den Betriebsmodus vorgegeben sein. Die Parameter der Betriebsmodi sind dabei so gewählt, dass sich die sich ergebenden Effizienzen des Elektromotors bei der Umwandlung von Rotationsenergie des Fahrzeugrades in elektrische Energie zwischen den Betriebsmodi allein aufgrund der gewählten Parameter bereits unterscheiden. Unterschiedliche Effizienzen des Elektromotors, die sich beispielsweise aus äußeren, ungesteuerten Einflüssen, wie einer Betriebstemperatur des Elektromotors, ergeben, sind dabei nicht als unterschiedliche Betriebsmodi im Sinne der Erfindung zu verstehen. Eine gezielte Einstellung einer Betriebstemperatur des Elektromotors zur Beeinflussung der Effizienz kann hingegen als Betriebsmodus im Sinne der Erfindung interpretiert werden.
Dabei ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsmodus die elektrische Energie der Energiequelle zugeführt wird. Es handelt sich hier also um eine Rekuperation von Rotationsenergie des Fahrzeugrades, mit der die Energiequelle, insbesondere eine Batterie, wieder aufgeladen wird.
Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, wird der Betriebsmodus des Elektromotors in Abhängigkeit zuvor ermittelter Zustandsinformationen des elektromotorischen Antriebs ausgewählt. Dabei umfassen die Zustandsinformationen nach einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens einen Ladezustand der Energiequelle, und/oder eine Temperatur der Energiequelle und/oder eine Temperatur des Elektromotors und/oder eine Temperatur weiterer Komponenten des elektromotorischen Antriebs. Bei den weiteren Komponenten des elektromotorischen Antriebs kann sich beispielsweise um die Leistungselektronik des Antriebs handeln, insbesondere um einen Inverter zur Umwandlung einer durch die Energiequelle bereitgestellten Gleichspannung in eine für den Betrieb des Elektromotors benötigte Wechselspannung. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei einem Ladezustand der Energiequelle, der nicht einer vollständig geladenen Energiequelle entspricht, der Elektromotor bevorzugt in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, sodass ein möglichst großer Teil der aus dem Fahrzeugrad abgenommenen Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird bevorzugt auch berücksichtigt, ob die Energiequelle aufgrund ihrer aktuellen Temperatur zur Aufnahme elektrische Energie geeignet ist.
Die Zustandsinformationen können ferner auch Fehlerzustände einzelner Komponenten des elektromotorischen Antriebs identifizieren. So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn festgestellt wurde, dass die Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Energiequelle defekt oder unterbrochen ist, eine Rückspeisung elektrischer Energie in die Energiequelle also nicht möglich ist.
Umgekehrt wird bei der Auswahl der Betriebsmodi auch berücksichtigt, ob der Elektromotor, beispielsweise aufgrund seiner gegenwärtigen Temperatur, in der Lage ist, Rotationsenergie des Fahrzeugrades als thermische Energie abzuführen. Gleichermaßen werden hierbei bevorzugt auch die Temperaturen von weiteren Komponenten des elektromotorischen Antriebs, insbesondere die Leistungselektronik des Elektromotors, berücksichtigt, welche ebenfalls einen Betrieb des Elektromotors in dem zweiten Betriebsmodus, in dem der Elektromotor zur Abführung von thermischer Energie genutzt wird, begrenzen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die zweite Effizienz von dem Ladezustand und/oder der Temperatur der Energiequelle abhängig ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der zweite Betriebsmodus bereits dann angewendet wird, wenn die Energiequelle beinahe vollständig geladen ist. In diesem Fall ist weiterhin eine Rekuperation von Rotation Energie des Fahrzeugrades in die Energiequelle sinnvoll, sodass die zweite Effizienz nicht zu gering ausfallen sollte. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die zweite Effizienz fortlaufend mit dem aktuellen Ladezustand der Energiequelle skaliert, sodass mit zunehmender Aufladung der Energiequelle die zweite Effizienz fortlaufend abnimmt. Ferner kann hier auch vorgesehen sein, dass trotz einer geringfügigen Entladung der Energiequelle eine möglichst geringe zweite Effizienz eingestellt wird, da eine Rückführung elektrischer Energie in die Energiequelle aufgrund einer aktuellen Temperatur der Energiequelle nicht möglich ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass es sich bei der ersten Effizienz um die größtmögliche Effizienz zur Umwandlung der Rotationsenergie des Fahrzeugrads in elektrische Energie und dass es sich bei der zweiten Effizienz um die geringstmögliche Effizienz zur Umwandlung der Rotationsenergie des Fahrzeugrads in elektrische Energie durch den Elektromotor handelt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug wenigstens einen Heizkreis aufweist, wobei bei Betrieb des Elektromotors in dem zweiten Betriebsmodus erzeugte Wärme dem Heizkreis zugeführt wird. Der Heizkreis kann beispielsweise eine Heizung eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs beinhalten, sodass die durch den Elektromotor bei der Verzögerung des Fahrzeugs erzeugte Wärme zur Heizung des Fahrgastraums genutzt werden kann.
Neben einem Betrieb des Elektromotors in einem der beiden zuvor beschriebenen Betriebsmodi, in denen mit unterschiedlicher Effizienz kinetische Energie des Fahrzeugrads in elektrische Energie umgewandelt wird, ist nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen, dass der zuvor in einem dritten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors der Elektromotor so angesteuert wird, dass er unter Aufwendung von durch die Energiequelle bereitgestellter elektrischer Energie das Fahrzeugrad mit dem Verzögerungsmoment beaufschlagt. Der Elektromotor wird demnach aktiv bestromt, sodass er ein Verzögerungsmoment auf das Fahrzeugrad bewirken kann. Dabei fällt im Elektromotor zum einen thermische Energie aufgrund der aktiven Bestromung des Motors an, während gleichzeitig die dem Fahrzeugrad entzogene Rotationsenergie in dem Elektromotor als Wärme anfällt. Dieser Betrieb kann beispielsweise genutzt werden, wenn trotz einer nur geringfügigen Verzögerungsanforderung eine große Wärmemenge benötigt wird, beispielsweise um den Fahrgastraum des Fahrzeugs schnell aufzuheizen, oder den elektromotorischen Antrieb auf Betriebstemperatur zu bringen. Gleichzeitig wird in diesem Betriebsmodus die Energiequelle zumindest geringfügig entladen, sodass eine nachfolgende Verzögerungsanforderung in dem ersten Betriebsmodus ausgeführt werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass bei der Auswahl des Betriebsmodus des Elektromotors Aufnahmekapazitäten weiterer elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs zur Aufnahme elektrischer Energie berücksichtigt werden. So kann beispielsweise trotz einer vollständig geladenen Energiequelle ein Betrieb des Elektromotors im ersten Betriebsmodus sinnvoll sein, wenn die hierbei erzeugte elektrische Energie durch andere elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs abgenommen werden können. Als elektrischer Verbraucher ist hier beispielsweise eine Klimaanlage oder ein elektrischer Heizer zu nennen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass es sich bei dem Elektromotor um einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Leistungselektronik zur Bereitstellung einer Betriebsspannung für den Gleichstrommotor handelt, wobei zur Ansteuerung des Elektromotors in den unterschiedlichen Betriebsmodi ausschließlich eine Ansteuerung der Leistungselektronik an den ausgewählten Betriebsmodus angepasst wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen elektromotorischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, einer Energiequelle für den Elektromotor und einem Steuergerät für den Elektromotor. Dabei ist das Steuergerät dazu ausgebildet eine Anforderung zur Beaufschlagung eines mit dem Elektromotor verbundenen Fahrzeugrads mit einem Verzögerungsmoment zu ermitteln, Zustandsinformationen des elektromotorischen Antriebs zu ermitteln, einen Betriebsmodus des Elektromotors aus wenigstens zwei möglichen Betriebsmodi des Elektromotors in Abhängigkeit der ermittelten Zustandsinformationen zu ermitteln, und den Elektromotor in dem ausgewählten Betriebsmodus zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads mit dem Verzögerungsmoment anzusteuern. Dabei wird in einem ersten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors der Elektromotor so angesteuert, dass die Rotationsenergie des Fahrzeugrads mit einer ersten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors wird der Elektromotor so angesteuert, dass die Rotationsenergie des Fahrzeugrads mit einer zweiten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die zweite Effizienz geringer ist als die erste Effizienz.
Dabei ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass der elektromotorische Antrieb wenigstens einen Kühlkreislauf zur Kühlung des Elektromotors aufweist, wobei bei Betrieb des Elektromotors in dem zweiten Betriebsmodus erzeugte Wärme über den Kühlkreislauf zumindest teilweise abgeführt wird. Der Kühlkreislauf kann dabei wiederum dazu ausgebildet sein, in dem Elektromotor aufgenommene Wärme an einen Heizkreis des Kraftfahrzeugs abzugeben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei ferner vorgesehen, dass der Kühlkreislauf eine Steuerung zur Regulierung einer durch den Kühlkreislauf bereitgestellten Kühlleistung aufweist, wobei die Steuerung durch das Steuergerät in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebsmodus des Elektromotors angesteuert wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einem Betrieb des Elektromotors in dem zweiten oder dritten Betriebsmodus automatisch die Kühlleistung des Kühlkreislaufs durch eine entsprechende Ansteuerung von Elementen wie Umwälzpumpen oder Kältekompressoren gesteigert wird, sodass die im Elektromotor anfallende Wärme effizient abgeführt und ein Überhitzen des Elektromotors vermieden werden kann.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektromotorischen Antriebs nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Fehlerquellen einer Anordnung nach Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Elektromotors in dem zweiten Betriebsmodus,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Elektromotors in dem dritten Betriebsmodus,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektromotorischen Antriebs mit einem Heizkreis, und Figur 6 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Steuerungslogik für einen elektromotorischen Antrieb.
Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromotorischen Antriebs 100 nach dem Stand der Technik. Der elektromotorische Antrieb 100 weist dabei eine Antriebseinheit 102 mit einem Elektromotor 104 und einem Steuergerät 106 für den Elektromotor 104 auf. Die Antriebseinheit 102 und mithin der Elektromotor 104 ist mit einer Energiequelle 108, beispielsweise eine Batterie, über eine Gleichstromverbindung 110 zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden. Neben der Energiequelle 108 können auch weitere elektrische Verbraucher 112 über die Gleichstromverbindung 110 mit der Antriebseinheit 102 verbunden sein, was in der Figur 1 nur sehr schematisch angedeutet ist.
Der Elektromotor 104 ist über ein nachgeschaltetes Getriebe 114 mit einem Fahrzeugrad 116 so verbunden, dass der Elektromotor 104 ein Drehmoment auf das Fahrzeugrad 116 bewirken kann. Ferner ist an dem Fahrzeugrad 116 eine Reibungsbremse 118 angeordnet, die beispielhaft als Scheibenbremse dargestellt ist. In einer solchen Konstellation ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 104 sowohl ein beschleunigendes Drehmoment auf das Fahrzeugrad 116 unter Aufwendung elektrischer Energie aus der Energiequelle 108 bewirkt werden kann, als auch ein verzögerndes Drehmoment, wobei die Rotationsenergie des Fahrzeugrades 116 bevorzugt in elektrische Energie umgewandelt wird, die der Energiequelle 108 zugeführt wird.
Dabei liegt im Stand der Technik üblicherweise ein Fokus auf einer möglichst effizienten Ansteuerung des Elektromotors, sodass mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad elektrische Energie der Energiequelle 108 in kinetische Energie des Fahrzeugrads 116 umgewandelt wird, und umgekehrt. Die Figur 2 zeigt nun schematisch, welche Fehlerquellen in der in Figur 1 beschriebenen Konstellation dazu führen, dass ein solcher elektromotorischer Antrieb nach dem Stand der Technik im Allgemeinen die Reibungsbremsen nicht dauerhaft zuverlässig entlasten kann. Eine erste Fehlerquelle, bzw. ein erster problematischer Zustand ist dann gegeben, wenn die Energiequelle 108 vollständig geladen ist, eine Rekuperation kinetischer Energie in die Energiequelle 108 also nicht mehr möglich ist. Eine zweite Fehlerquelle besteht in einer Unterbrechung oder Fehlfunktion der Gleichstromverbindung 110, sodass auch ein Abführen elektrischer Energie an die übrigen elektrischen Verbraucher 112 nicht mehr möglich ist. In beiden Fällen müsste die gesamte, bei einer Verzögerung des Fahrzeugrads frei werdende kinetische Energie 120 von der Reibungsbremse 118 in Form von Wärme 122 aufgenommen und in die Umgebung abgestrahlt werden.
Um dieses Problem zu lösen und eine zuverlässige Bereitstellung eines Verzögerungsmoments durch den elektromotorischen Antrieb 100 auch bei Fehlfunktionen einzelner Komponenten, wie der Energiequelle 108 oder der Gleichstromverbindung 110, zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Elektromotor 104 in Abhängigkeit der Zustände der einzelnen Komponenten des elektromotorischen Antriebs 100 zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments auf das Fahrzeugrad 116 in unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben.
Exemplarisch ist hierzu in der Figur 3 ein Elektromotor 104 beispielhaft dargestellt. Wie auf der linken Seite der Figur angedeutet ist, ist in der dargestellten Situation eine Rückspeisung elektrischer Energie von der Antriebseinheit 102 über die Gleichstromverbindung 110 in die Energiequelle 108 nicht möglich. Dies kann beispielsweise bei einer vollständig geladenen Energiequelle 108 oder einem Defekt der Gleichstromverbindung 110 der Fall sein. In diesem Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektromotor 104 durch eine entsprechende Ansteuerung der Leistungselektronik 107 so betrieben wird, dass er zwar weiterhin zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments auf das Fahrzeugrad 116 die Rotationsenergie 120 des Fahrzeugrads 116 in elektrische Energie umwandelt, dies jedoch mit der geringst möglichen Effizienz geschieht. Die Folge hiervon ist, dass nur ein sehr geringer Teil der Rotationsenergie 120 des Fahrzeugrads 116 in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die hierbei entstehendem Ströme 124 bevorzugt vollständig durch den Elektromotor 104 und die Leistungselektronik 107, bzw. den dem Elektromotor 104 vorgeschalteten Inverter 126 in Wärme umgewandelt werden. Der weit überwiegende Teil der Rotationsenergie 120 wird hingegen in Wärme 122 umgewandelt, die im Elektromotor 104 anfällt und über eine Kühlung des Elektromotors 104 abgeführt werden kann.
Solange hingegen eine Rückspeisung elektrischer Energie in die Energiequelle 108 über die Gleichstromverbindung 110 möglich ist, wird der Elektromotor durch entsprechende Ansteuerung der Leistungselektronik 107 hingegen in einem ersten Betriebsmodus zur Verzögerung des Fahrzeugrads 116 so betrieben, dass die Rotationsenergie 120 des Fahrzeugrads 116 mit größtmöglicher Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, die dann der Energiequelle 108 zugeführt wird. Dabei sind die Betriebsparameter für den Elektromotor 104 in diesem Betriebsmodus so ausgelegt, dass möglichst wenig Wärme in dem Elektromotor 104 erzeugt wird.
In der Figur 4 ist schematisch ein dritter Betriebsmodus für den Elektromotor 104 angedeutet, der beispielsweise dann zum Einsatz kommen kann, wenn die Energiequelle vollständig geladen, die Gleichstromverbindung 110 intakt und der Elektromotor 104 noch vergleichsweise kalt ist. In diesem Fall wird zur Erzeugung des Verzögerungsmoments der Elektromotor durch entsprechende Ansteuerung der Leistungselektronik 107 durch das Steuergerät 106 gezielt so aktiv bestromt, dass unter Aufwendung elektrischer Energie ein Verzögerungsmoment auf das Fahrzeugrad 116 bewirkt wird. Dies hat zur Folge, dass in dem Elektromotor 104 sowohl die aufgewendete elektrische Energie als auch die Rotationsenergie 120 des Fahrzeugrads 116 als thermische Energie 122 anfallen, die über eine entsprechende Kühlung abgeführt werden können.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektromotorischen Antriebs 100, wobei der elektromotorische Antrieb 100 mit einem Heizkreis 130 eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Steuergerät 106 der Antriebseinheit 102 weist dabei eine Steuerungslogik 132 auf, die situationsabhängig zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments umschaltet. Dabei ist ein erster Betriebsmodus 134 durch entsprechende Anpassung der Betriebsparameter des Elektromotors 104, also insbesondere durch eine entsprechende Steuerlogik der zugeordneten Leistungselektronik, dazu ausgelegt, dass der Elektromotor 104 zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments mit möglichst hoher Effizienz die kinetische Energie 120 des Fahrzeugrades 116 in elektrische Energie umwandelt, die dann über die Gleichstromverbindung 110 der Energiequelle zugeführt wird. Dieser erste Betriebsmodus 134 wird beispielsweise eingesetzt, wenn die Energiequelle nicht vollständig geladen ist und die Gleichstromverbindung 110 voll funktionsfähig ist.
In einem zweiten Betriebsmodus 136 ist durch entsprechende Anpassung der Betriebsparameter des Elektromotors 104 hingegen vorgesehen, dass der Elektromotor 104 zur Erzeugung eines Verzögerungsmoments mit möglichst geringer Effizienz die kinetische Energie des Fahrzeugrades 116 in elektrische Energie umwandelt. Die dabei anfallende Wärme wird an den Heizkreis 130 abgeführt und kann über einen entsprechenden Radiator 138 beispielsweise genutzt werden, um den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs zu heizen.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerungslogik 132 für einen elektromotorischen Antrieb 100, wie er zuvor beschrieben wurde. Dabei ist die Steuerungslogik 132 zunächst dazu ausgebildet, Zustandsinformationen 140, 142 und 144 des elektromotorischen Antriebs zu ermitteln. Bei den Zustandsinformationen handelt es sich beispielsweise um die Funktionsfähigkeit der Gleichstromverbindung 110 140, um die Bereitschaft der Energiequelle 108 zur Aufnahme elektrischer Energie 142, die beispielsweise durch den Ladezustand und die Temperatur der Energiequelle 108 beeinflusst ist, oder die Bereitschaft weiterer elektrischer Verbraucher 112 zur Aufnahme elektrischer Energie. Die so ermittelten Zustandsinformationen werden einer Entscheidungslogik 146 zugeführt, die aus der Zusammenschau der ermittelten Zustandsinformationen 140, 142, 144 ermittelt, ob eine eingehende Anforderung zur Beaufschlagung eines Fahrzeugrades 116 mit einem Verzögerungsmoment durch den elektromotorischen Antrieb 102 in einem ersten Betriebsmodus des Elektromotors 104 oder einem zweiten Betriebsmodus des Elektromotors 104 umgesetzt werden soll, wie es zuvor beschrieben wurde. Abhängig vom Ausgang dieser Entscheidungslogik 146 werden anschließend die Betriebsparameter des Elektromotors 104 gemäß dem ersten oder dem zweiten Betriebsmodus durch das Steuergerät bei einer Ansteuerung der entsprechenden Leistungselektronik 106 eingesetzt, sodass der Elektromotor 104 die Rotationsenergie des Fahrzeugrades 116 entweder mit einer möglichst hohen oder einer möglichst niedrigen Effizienz in elektrische Energie umwandelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines elektromotorischen Antriebs (100) eines Kraftfahrzeugs durch ein Steuergerät (106), wobei wenigstens ein Fahrzeugrad (116) des Kraftfahrzeugs von einem Elektromotor (104) des elektromotorischen Antriebs (100) antreibbar ist und wobei der elektromotorische Antrieb (100) wenigstens eine Energiequelle (108) für den Elektromotor (104) aufweist, wobei das Verfahren die Ausführung der folgenden Schritte durch das Steuergerät (106) aufweist:
• Ermitteln einer Anforderung zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads (116) mit einem Verzögerungsmoment,
• Ermitteln von Zustandsinformationen (140, 142, 144) des elektromotorischen Antriebs (100),
• Auswählen eines Betriebsmodus (134, 136) des Elektromotors (104) aus wenigstens zwei möglichen Betriebsmodi (134, 136) des Elektromotors (104) in Abhängigkeit der ermittelten Zustandsinformationen (140, 142, 144), und
• Ansteuern des Elektromotors (104) in dem ausgewählten Betriebsmodus (134, 136) zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads (116) mit dem Verzögerungsmoment, wobei in einem ersten Betriebsmodus (134) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer ersten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus (136) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer zweiten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die zweite Effizienz geringer ist als die erste Effizienz.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsmodus (134) die elektrische Energie der Energiequelle (108) zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsinformationen (140, 142, 144) wenigstens einen Ladezustand der Energiequelle (108) und/oder eine Temperatur der Energiequelle (108) und/oder eine Temperatur des Elektromotors (104) und/oder eine Temperatur weiterer Komponenten (107) des elektromotorischen Antriebs (100) umfassen. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Effizienz von dem Ladezustand und/oder der Temperatur der Energiequelle (108) abhängig ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Effizienz um die größtmögliche Effizienz zur Umwandlung der Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) in elektrische Energie und dass es sich bei der zweiten Effizienz um die geringstmögliche Effizienz zur Umwandlung der Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) in elektrische Energie durch den Elektromotor (104) handelt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug wenigstens einen Heizkreis (130) aufweist, wobei bei Betrieb des Elektromotors (104) in dem zweiten Betriebsmodus (136) erzeugte Wärme dem Heizkreis (130) zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebsmodus aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass er unter Aufwendung von durch die Energiequelle (108) bereitgestellter elektrischer Energie das Fahrzeugrad (116) mit dem Verzögerungsmoment beaufschlagt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswahl des Betriebsmodus (134, 136) des Elektromotors (104) 18
Aufnahmekapazitäten weiterer elektrischer Verbraucher (112) des
Kraftfahrzeugs zur Aufnahme elektrischer Energie berücksichtigt werden. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Elektromotor (104) um einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Leistungselektronik (107) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung für den Gleichstrommotor handelt, wobei zur Ansteuerung des Elektromotors (104) in den unterschiedlichen Betriebsmodi ausschließlich eine Ansteuerung der Leistungselektronik (107) an den ausgewählten Betriebsmodus (134, 136) angepasst wird. Elektromotorischer Antrieb (100) für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (104), einer Energiequelle (108) für den Elektromotor (104) und einem Steuergerät (106) für den Elektromotor (104), wobei das Steuergerät (106) dazu ausgebildet ist,
• Eine Anforderung zur Beaufschlagung eines mit dem Elektromotor (104) verbundenen Fahrzeugrads (116) mit einem Verzögerungsmoment zu ermitteln,
• Zustandsinformationen (140, 142, 144) des elektromotorischen Antriebs (100) zu ermitteln,
• Einen Betriebsmodus (134, 136) des Elektromotors (104) aus wenigstens zwei möglichen Betriebsmodi (134, 136) des Elektromotors (104) in Abhängigkeit der ermittelten Zustandsinformationen (140, 142, 144) zu ermitteln, und
• Den Elektromotor (104) in dem ausgewählten Betriebsmodus (134, 136) zur Beaufschlagung des Fahrzeugrads (116) mit dem Verzögerungsmoment anzusteuern, wobei in einem ersten Betriebsmodus (134) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer ersten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus (136) aus den möglichen Betriebsmodi des Elektromotors (104) der Elektromotor (104) so angesteuert 19 wird, dass die Rotationsenergie (120) des Fahrzeugrads (116) mit einer zweiten Effizienz in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei die zweite Effizienz geringer ist als die erste Effizienz. 11. Elektromotorischer Antrieb (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (100) wenigstens einen Kühlkreislauf zur Kühlung des Elektromotors (104) aufweist, wobei bei Betrieb des Elektromotors (104) in dem zweiten Betriebsmodus (136) erzeugte Wärme über den Kühlkreislauf zumindest teilweise abgeführt wird.
12. Elektromotorischer Antrieb (100) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf eine Steuerung zur Regulierung einer durch den Kühlkreislauf bereitgestellten Kühlleistung aufweist, wobei die Steuerung durch das Steuergerät (106) in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebsmodus (134, 136) des Elektromotors (104) angesteuert wird.
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