EP4366972A1 - Verfahren und system zum regeln von einer oder zwei elektrisch angetriebenen achsen mit zwei elektromotoren - Google Patents

Verfahren und system zum regeln von einer oder zwei elektrisch angetriebenen achsen mit zwei elektromotoren

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EP4366972A1
EP4366972A1 EP22754279.2A EP22754279A EP4366972A1 EP 4366972 A1 EP4366972 A1 EP 4366972A1 EP 22754279 A EP22754279 A EP 22754279A EP 4366972 A1 EP4366972 A1 EP 4366972A1
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EP
European Patent Office
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damage
electrically driven
state
torque
electric motor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22754279.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Huber
Felix Bayer
Rudolf DOMNI
Peter Langthaler
Günter PILAT
Jürgen Tochtermann
René STEINEK
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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Priority claimed from ATA50907/2021A external-priority patent/AT524944B1/de
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    • B60W2710/1005—Transmission ratio engaged

Definitions

  • the invention relates to a method and system for controlling two electrically driven axles of a vehicle, each with an electric motor, the first electric motor being connected to a first output via at least one first power transmission path and the second electric motor being connected to a second output via at least one second power transmission path is connected or for controlling an electrically driven axle with two electric motors which jointly drive an output, the first electric motor being connected to the output via at least one first power transmission path and the second electric motor being connected to the output via at least one second power transmission path.
  • the document DE 10 2011 121 819 A1 discloses a drive train with two drive units for a vehicle, in which one drive unit is mechanically coupled to a sub-transmission and acts on the same.
  • the drive machines are designed as electric drive machines and are directly mechanically coupled to a respective sub-transmission and can be operated separately or together.
  • the document EP 2450 597 A1 discloses a control device and a method for an electric drive train used in an electric vehicle with two motors.
  • the aim of the control device and the method is to achieve gear shifting without power interruption.
  • Such powertrains can be controlled based on efficiency (cf. "Shifting strategy and optimization for multi-mode E-axles", F. Bayer, cti Symposium, Berlin 2020).
  • the invention relates to a method for controlling two electrically driven axles of a vehicle, each with an electric motor, the first electric motor being connected to a first output via at least one first power transmission path and the second electric motor being connected to a second output via at least one second power transmission path , or for controlling an electrically driven axle with two electric motors which jointly drive an output, the first electric motor being connected to the output via at least one first power transmission path and the second electric motor being connected to the output via at least one second power transmission path, the following work steps having:
  • An electric motor is understood to mean an electrical machine that can in principle be operated as a motor and as a generator.
  • a mechanical component within the meaning of the invention is preferably a gear wheel or a bearing.
  • the value of a damage entry within the meaning of the invention is the extent to which a component is damaged by the current operation of the component.
  • the occurrence of damage at a specific point in time is preferably determined by the torque applied to the mechanical component at this point in time and the rotational speed of the mechanical component.
  • the temperature of the electrical component is preferably used to determine the value of the damage introduced.
  • the value of a damage state within the meaning of the invention is the sum of the damage entries that have occurred to date since the component was put into operation.
  • the time shares in which the respective component is operated are accordingly taken into account here.
  • a component reaches a maximum recommended damage state for this component, a failure probability has been reached that should not be exceeded. Upon reaching the desired service life, the component should not exceed the maximum recommended damage state. If the maximum recommended damage state is considered over the desired service life and uniform damage over time is assumed, then a maximum proportional damage state results for each point in time.
  • the value of a relative state of damage within the meaning of the invention is the ratio, in particular the quotient, of the current state of damage compared to the maximum proportional state of damage at this point in time.
  • connection between an electric motor and an output formed by a power transmission path can also provide a separating element, for example a clutch, so that the connection can also be temporarily separated.
  • the two electric motors are preferably each connected to a first output or a second output via a multi-speed transmission.
  • the power and torque of each of the individual power transmission paths is entered at each of the drives.
  • the power distribution or torque distribution between the power transmission paths can be freely selected and varied within certain limits, provided maximum power is not required.
  • the invention is based on the idea of taking into account the state of damage of mechanical components when controlling the electrically driven axles.
  • the gear can be selected for each transmission. It should be noted, however, that only those gear combinations are permitted in which none of the two electric motors exceeds their maximum speed. If a power path is switched off by means of a transmission, e.g. B. by engaging the neutral position of the gearbox, the other power transmission path must be able to provide all the power, ie the second electric motor must be able to apply all the required torque. For each possible gear combination, the torque split is between the two electric motors or power transmission paths a second degree of freedom, which is to be defined in the operating strategy.
  • the sum of the torques of the two electric motors must be weighted and correspond to the required output torque with the respective translation. This means that the torque on one of the electric motors can be freely selected in a range in which the resulting torque on the other electric motor does not exceed its maximum permissible torque. Therefore, the leeway to select the moment at the electric motors, the greater, the lower the required output torque on the electrically driven axles.
  • the state of damage that has arisen up to that point can be monitored for each relevant mechanical component at the current time.
  • the state of damage is determined from the damage entries that have occurred since commissioning, taking into account the time shares, i.e. by accumulating the damage entries.
  • the occurrence of damage at a certain point in time is in turn calculated from the torque present at that point in time and the speed.
  • This means that the current state of damage can be determined from the state of damage at an earlier point in time by adding the damage entries that have occurred in the meantime.
  • These damage entries are calculated in each case from the component speed present at the respective point in time and the torque present at the mechanical component.
  • the determined value of a damage state is not only relevant for an adaptation of the operating strategy.
  • Monitoring the state of damage also helps in making decisions about whether or not to replace components. Maintenance intervals can be adjusted vehicle-specifically on the basis of the information about the respective state of damage and workshop appointments as well as the necessary entries such as disposition of the vehicle at the end customer can be provided. In addition to cost savings, this also reduces the probability of failure of the drive train.
  • a service of this type can be offered either via the ECU, a cloud service provided by a vehicle manufacturer, or a third-party provider.
  • This Measures can be summarized under the keyword predictive maintenance.
  • Knowledge of the respective damage status of the mechanical components can also be useful in fleet management. In this way, a driver or vehicle fleet operator can decide whether measures to protect components should be implemented or whether the focus should continue to be on operational efficiency. Based on the information about the state of damage of components, a fleet operator could also use the vehicle in a targeted manner for more damaging or less damaging journeys.
  • the electrically driven axles are controlled in this manner or, in the case of one electrically driven axle, the electrically driven axle is regulated in this manner that the state of damage or the relative state of damage of different power transmission paths to each other is taken into account, in particular that the state of damage or the relative state of damage of different power transmission paths is balanced as possible.
  • a maximum permissible or recommended damage state for each component and a desired service life are preferably defined from the system design of the electrically driven axle.
  • the component geometry e.g. gear wheel width and radius for spur gears
  • Exceeding this maximum recommended damage state leads to an increased probability of failure of the mechanical component under consideration.
  • the electrically driven axle or the electrically driven axles can now be regulated in such a way that the remaining service life or the time until the maximum recommended damage state of the mechanical components under consideration is reached and/or their probability of failure is relatively balanced in each case. On the one hand, this leads to an extension of the service life of the overall system, on the other hand, the lifespan is preferably reduced Probability of failure and the number of workshop visits to repair or replace mechanical components.
  • a gear ratio in at least one of the two power transmission paths or a power distribution between the two electric motors is adjusted in such a way that the at least one mechanical component is not stressed or only stressed in a defined manner. In this way, too, an even wear of the mechanical components can be achieved.
  • the damage entry in relation to the at least one mechanical component is monitored.
  • the current state of damage is preferably compared with the maximum proportionate state of damage at this point in time for the entire service life at predefined regular intervals, i.e. the relative state of damage is determined. These distances can be defined in terms of time or web gas.
  • both measures can also be used:
  • the first measure corresponds to an adaptation of the strategy for the transmission in the power path of the affected component. If this mechanical component is only affected in individual gears, an attempt is made to avoid such gears and thereby reduce the proportion of time in which the mechanical component is active. If the mechanical component is involved in all gears of a multi-speed transmission and is placed on the drive side by the shifting element in the drive train, you should change to the highest gear ratio. Faster translations shift the load point on the corresponding electric motor towards higher speeds and lower torques, which generally leads to smaller damage entries. Of course, a gear change is only possible if the desired load point can be covered in the new gear without sacrificing performance, e.g. B. is not limited by a speed or torque limit on the electric motor. In this case, the power and torque distribution between the two power transmission paths remains unchanged.
  • the second measure is the adaptation of the power or torque distribution between the power transmission paths.
  • the power or the torque is reduced at the expense of the other power transmission path.
  • the other power transmission path must provide a correspondingly higher power or a correspondingly higher torque.
  • This measure reduces the damage inflicted on all mechanical components in the power transmission path affected in each case.
  • the torque distribution between the two power transmission paths can be adapted indirectly, for example, by reducing the maximum possible torque or the maximum possible power at the respective electric motor in the affected power transmission path.
  • the method then prioritizes the torque distribution with a reduced torque in the more severely damaged power transmission path.
  • the selection of the ideal power distribution taking into account the boundary conditions in relation to the torque distribution, can then be based on efficiency. By reducing the torque, the remaining service life of the two power transmission paths can be equalized.
  • the method has the following work steps:
  • Damage state of the at least one mechanical component exceeds a first limit value; and • Defining, if the first limit value is exceeded, a threshold value for a torque provided by the first electric motor and/or a torque provided by the second electric motor, in particular as a function of the damage entry caused by the torque provided, in the case of two electrically driven axles the electrically powered axles are regulated taking into account the torque threshold or, in the case of an electrically powered axle, the electrically powered axle is regulated taking into account the torque threshold.
  • the threshold value for the torque provided by the electric motor preferably indicates the maximum torque with which this electric motor may be operated. A low threshold value reduces the proportion of time in which the power required at the output is covered by the more severely damaged power transmission path. This leads to protection of the at least one mechanical component whose state of damage exceeds the first limit value.
  • Compliance with the threshold value is also preferably achieved via the measures previously described in relation to the at least one mechanical component. Therefore, in a further advantageous embodiment of the method, in the case of two electrically driven axles, for controlling the electrically driven axles or, in the case of one electrically driven axle, for controlling the electrically driven axle, either a gear ratio in at least one of the two power transmission paths in adjusted in such a way that the electric motor for which the threshold value is set can be operated in a different operating mode at a different speed, or a power distribution between the two electric motors is adjusted in such a way that the electric motor for which the threshold value is set , has to provide or absorb less torque.
  • the torque applied to mechanical components is decisive for the damage to them. Therefore, by increasing the speed at the same power or reducing the power at the same speed by reducing the torque, the damage input can be reduced. Which of the measures described is preferably used is preferably determined taking into account the respective efficiencies.
  • the state of damage is determined as follows: jn - T p - dt or
  • n is a speed
  • T is a torque
  • D ⁇ is a time increment
  • p is a parameter which indicates an intensity of the damage entry for the at least one mechanical component, the parameter p being specified for each mechanical component.
  • the damage state is therefore an accumulation of time-discrete damage entries over a certain period of time.
  • the damage entry for the individual components of a vehicle is preferably recorded over the entire life cycle from the day the vehicle was put into service. In this way, a precise prediction of the damage state of the individual components is possible.
  • the method also has the work step:
  • Damage state of the at least one electrical component can be regulated.
  • the service life is strongly influenced by the component temperature. Overheating of electrical components leads to a reduction in service life and should be prevented as far as possible.
  • Adaptively adapting the control strategy reduces the likelihood of an electric motor or inverter overheating and increases component life. For this it is necessary to observe the temperature at the respective component, i. H. E.g. to equip electric motors and inverters with temperature sensors. If the temperature at an electric motor or an inverter exceeds a predetermined maximum temperature, the controller can thermally relieve this component by taking the following measures:
  • the power required by the electrically driven axles is primarily applied via the unaffected power path.
  • the power path with the component that is too hot or overheated is only active as a support by providing the power that is still missing.
  • the power distribution then shifts in favor of the cooler components. Less power loss occurs at the overheated components, which prevents further heating or leads to cooling.
  • the power transmission path in which the affected component is located can be switched off via a transmission that may be upstream. After one of these two measures has been taken and the affected component has again reached an acceptable temperature range, these measures can be discontinued again.
  • the method also has the following work steps:
  • the second limit value specifies a threshold value for a power provided by the first electric motor and/or the second electric motor, in particular as a function of the damage caused by the temperature, with, in the case of two electrically driven axles, the electrically driven Axles or, in the case of an electrically driven axle, the electrically driven axle, taking into account the threshold value for the power provided.
  • Defining a threshold value for the services provided can limit the damage input with regard to temperature. As a result, an increase in the state of damage can be reduced until a value that is justified for the respective service life is reached.
  • the electrical component is cooled as a function of the value of the temperature. This can reduce the damage input.
  • the method has the following work steps: providing a reference damage state for the at least one mechanical component and/or the at least one electrical component; and • determining a relative damage state on the basis of the determined damage state and the reference damage state, the first limit value and/or the second limit value being defined in relation to the relative damage state.
  • a damage entry permitted over the service life and thus a maximum permitted damage state after the end of this desired service life for each component is generally known.
  • the damage entries that have occurred up to a certain point in time, which together result in the damage state, can be related to the maximum proportionate damage entry up to that point, i.e. a permitted damage state, and in this way a relative damage state R can be determined. With regard to this relative damage state R, measures can then be taken to adapt the damage entry.
  • the values of the relative damage state R can preferably be interpreted as follows:
  • an efficiency of the electrically driven axles or, in the case of an electrically driven axle, an efficiency of the electrically driven axle is taken into account, with pairs of operating points of the first and second electric motors being selected in such a way that the torque threshold is observed and/or the threshold value for the power of at least one of the two electric motors sets an operation that is optimized in terms of efficiency.
  • the threshold value or threshold values for cushioning torque peaks and/or power peaks can be exceeded by the first and/or the second electric motor.
  • FIG. 1a an exemplary embodiment of an electrically driven axle of a vehicle
  • FIG. 1b an exemplary embodiment of two electrically driven axles of a vehicle
  • Figure 2a a detailed view of the mechanical components of a first
  • Figure 2b a detailed view of the mechanical components of a first
  • Figure 3b a detailed view of the mechanical components of a second
  • FIG. 4 a block diagram of an exemplary embodiment of a method for controlling an electrically driven axle
  • FIG. 5a a diagram for the time course of a damage state in relation to a time course of a maximum proportionate damage state
  • FIG. 5b the course of a relative damage state over time
  • FIG. 6 Diagrams with different torque distributions between electric motors of an electrically driven axle
  • FIG. 7 an exemplary embodiment of a process for establishing a threshold value for a torque provided by an electric motor
  • Figure 8 is a block diagram of a process for determining a torque split between two electric motors of an electrified axle
  • FIG. 9 various diagrams relating to an example of a control strategy for an electrically driven axle.
  • FIG. 10 an exemplary embodiment of a system for controlling an electrically driven axle with two electric motors.
  • FIG. 1a shows an exemplary embodiment of an electrically driven axle 1. This is driven by two electric motors EM1 and EM2. Each of these electric motors EM1, EM2 is each via a gear 3, 4 with the actual Axis 2 connected to transmit torque or, if there is a coupling, connectable.
  • the mechanical arrangement is designed in such a way that both electric motors EM1, EM2 can drive into the axle 2 at the same time.
  • the input into the axle is preferably designed in such a way that the two output torques of the gears 3, 4 in the axle 2 are added. For example, this can be realized via spur gears or a common differential.
  • the two gears 3, 4 can be designed as simple spur gears, i.e. input gears, but also as multi-speed gears with or without a clutch.
  • a first power path to the axle 2 is thus formed from the first electric motor EM1 via the first transmission 3 .
  • a second power path is formed from the second electric motor EM2 via the second transmission 4 to the axle 2 .
  • Each of the two transmissions 3, 4 preferably has the option of switching off the respective power transmission path, for example via a separating clutch or through a neutral position.
  • Each of the two electric motors EM1, EM2 is preferably supplied with electrical power via a respective inverter or inverter 12, 13.
  • the inverters 12, 13 each contain a control unit that gets a setpoint torque for each electric motor EM1, EM2 specified by the so-called E-axis controller 14 (English: E-Axe Control Unit; EACU).
  • E-axis controller 14 English: E-Axe Control Unit; EACU.
  • the currently applied torque and the currently applied speed of the electric motors EM1 , EM2 are made available to the e-axis controller 14 .
  • the speed of the electric motors EM1, EM2 is preferably also measured via speed sensors 15, 16 and made available to the E-axis controller 14.
  • the e-axis controller 14 knows the actual speed of the electric motors EM1, EM2 and the torque present in the respective power transmission paths or present at the respective affected components.
  • FIG. 1b shows an embodiment of two electrically driven axles 1a, 1b of a vehicle. These are driven by two electric motors EM1 and EM2. Each of these electric motors EM1, EM2 is connected to the actual axles 2a, 2b in a torque-transmitting manner via a transmission 3, 4 or, if a clutch is present, can be connected.
  • the mechanical arrangement is designed such that both of the
  • Electric motors EM1, EM2 can simultaneously drive into the respectively connected axis 2a, 2b.
  • the two gears 3, 4 can be designed as simple spur gears, i.e. input gears, but also as multi-speed gears with or without a clutch.
  • a first power path to the first axle 2a is therefore formed from the first electric motor EM1 via the first transmission 3 .
  • a second power path is formed from the second electric motor EM2 via the second transmission 4 to the second axle 2b.
  • Each of the two transmissions 3, 4 preferably has the option of switching off the respective power transmission path, for example via a separating clutch or through a neutral position.
  • Each of the two electric motors EM1, EM2 is preferably supplied with electrical power via a respective inverter or inverter 12a, 12b.
  • the inverters 12a, 12b each contain a control unit that gets a setpoint torque for each electric motor EM1, EM2 specified by the so-called E-axis controller 14 (English: E-Axe Control Unit; EACU).
  • E-axis controller 14 English: E-Axe Control Unit; EACU.
  • the currently applied torque and the currently applied speed of the electric motors EM1 , EM2 are made available to the e-axis controller 14
  • the speed of the electric motors EM1, EM2 is preferably also measured via speed sensors 15a, 15b and made available to the E-axis controller 14.
  • the e-axis controller 14 knows the actual speed of the electric motors EM1, EM2 and the torque present in the respective power transmission paths or present at the respective affected components.
  • the actual axles 2a, 2b in turn drive wheels 17a, 17b, 18a, 18b of a vehicle.
  • FIG. 2a shows a detailed view of a first exemplary embodiment of an electrically driven axle 1.
  • the individual gear wheels and bearings of the power transmission paths are shown in this detailed view. These are also those components which are subject to the greatest mechanical damage during operation of the electrically driven axle 1 .
  • the first transmission 3, which essentially forms the first power transmission path preferably has a first spur gear stage 8 and a second spur gear stage 9, 10.
  • the second spur gear stage 9, 10 is designed as switchable, it being possible to select between the two gears or translations as first translation 9 and second translation 10.
  • the second transmission 4 which essentially forms the second power transmission path, also has two spur gear stages 9, 10, but without the possibility of changing the translation.
  • the two Transmissions 3, 4 preferably drive a differential 11, which in turn drives the actual axle 2.
  • FIG. 2b shows a detailed view of a first exemplary embodiment of a first electrically driven axle 1a and a second electrically driven axle 1b of a vehicle.
  • the first transmission 3 which essentially forms the first power transmission path, preferably has a first spur gear stage 8a and a second spur gear stage 9a, 10a.
  • the second transmission 3 which essentially forms the first power transmission path, preferably has a first spur gear stage 8a and a second spur gear stage 9a, 10a.
  • Spur gear stage 9a, 10a is switchable in this case, it being possible to select between the two gears or translations as first translation 9a and second translation 10a.
  • the second transmission 4 which essentially forms the second power transmission path, also has two spur gear stages 9b, 10b, but without the possibility of changing the translation.
  • the two gears 3, 4 preferably each drive a differential 11a, 11b, which in turn drives the actual axles 2a, 2b.
  • FIG. 3a shows a detailed view of the mechanical components of a second exemplary embodiment of an electrically driven axle 1.
  • This exemplary embodiment is essentially identical to the first exemplary embodiment according to FIG. 2a.
  • the second transmission 4 is also designed with a second transmission step that can be switched between two transmission ratios.
  • a neutral position of the first gear 3 and the second gear 4 can also be realized by means of the clutch mechanism.
  • FIG. 3b shows a detailed view of the mechanical components of a second exemplary embodiment of two electrically driven axles 1a, 1b.
  • This Embodiment is essentially identical to the first embodiment with two electrically driven axles 1a, 1b of FIG. 2b.
  • the second transmission 4 is also designed with a second transmission step that can be switched between two transmission ratios.
  • a neutral position of the first gear 3 and the second gear 4 can also be realized by means of the clutch mechanism.
  • Figure 4 shows a block diagram of an embodiment of a method 100 for controlling an electrically driven axle 1 with two electric motors EM1, EM2, which drive an output 2 together.
  • a service life which correlates with the damage to the mechanical components, can be monitored in the gear selection and in the torque distribution between the two power transmission paths and taken into account adaptively in the operating strategy.
  • the damage caused by mechanical impact is taken into account.
  • damage caused by thermal stress particularly in the case of electrical components, can also be taken into account in the operating strategy.
  • a speed and a torque which are applied to at least one mechanical component 5 of the transmission paths of the power transmission paths and of the electric motors are determined.
  • the values are measured directly or indirectly using sensors.
  • Such mechanical components 5 to which the moments are applied are, in particular, the bearings and the gears.
  • a value of a damage entry in relation to the at least one mechanical component 5 is determined as a function of the value of the speed applied and the value of the torque applied, and a value of a damage state of the at least one mechanical component 5, which is caused by damage entries via a predefined period of time is determined.
  • a maximum proportionate damage state Dmax(t) is preferably provided for the at least one mechanical component and/or the at least one electrical component.
  • a relative damage state Rj(t) is determined on the basis of the determined damage state Dj(t) and the maximum proportionate damage state Dmax(t), with the first limit value and/or the second limit value being based on the relative Damage state are defined / is.
  • a fifth work step 105a it is preferably checked whether the value of the damage state exceeds a first limit value.
  • a threshold value for a torque provided by the first electric motor EM1 and/or by the second electric motor EM2 is preferably defined, in particular as a function of the damage caused by the torque provided and/or the state of damage, with the electrically driven axle being controlled taking into account the threshold value for the power provided.
  • the electrically driven axle 1 is controlled in a seventh work step 107, taking into account the state of damage of the at least one mechanical component 5.
  • the electrically driven axle 1 is preferably controlled in such a way that the relative state of damage and/or the momentary damage input of different power transmission paths 3, 4 to one another is taken into account. It is also preferably regulated in such a way that the relative state of damage of different power transmission paths is balanced as far as possible.
  • a translation in at least one of the two power transmission paths 3, 4 is adjusted in such a way that the at least one mechanical component 5 is not claimed or claimed in a defined manner.
  • a power distribution between the two electric motors EM1, EM2 is adjusted in such a way that the mechanical component is also not stressed or is only stressed in a defined manner.
  • either a translation in at least one of the two power transmission paths is adjusted in such a way that the electric motor EM1, EM2 for which the threshold value is set is operated at a different operating point with a different, in particular higher, speed can, or a power distribution between the two electric motors is adjusted in such a way that that electric motor EM1, EM2, for which the threshold value is set, has to provide or absorb less torque.
  • the state of damage is preferably determined using the following formulas: jn ⁇ T p dt or
  • n is a speed
  • T is a torque
  • ⁇ t is a time increment
  • p is a parameter which indicates an intensity of the damage introduced for the at least one mechanical component 5 .
  • the parameter p must be specified for each mechanical component 5.
  • the method 100 for controlling the electrical axis can also be carried out in parallel for electrical components (not shown in detail).
  • These electrical components are, for example, parts of the electric motors EM1, EM2 or the inverters 12a, 12b.
  • the work steps here are similar to those relating to determining the value of a damage entry in relation to the at least one mechanical component 5, in particular a bearing or a gear wheel.
  • values of a temperature of at least one electrical component are determined in a first work step 101b).
  • a value of a damage entry in relation to the at least one electrical component is determined as a function of a value of the temperature and also of a damage state, which results from the damage entry over a predefined period of time.
  • a reference damage state for the at least one electrical component is also provided for the temperature.
  • a relative state of damage of the electrical component 7 is determined on the basis of the determined state of damage and the reference state of damage, the second limit value being defined in relation to the relative state of damage.
  • a fifth work step 105b it is preferably checked whether the value of the damage state exceeds the second limit value.
  • a threshold value for a power provided by the first electric motor EM1 and/or the second electric motor EM2 is defined, in particular as a function of the damage introduced and/or the damage state caused by the temperature, wherein the electrically driven axle is regulated taking into account the threshold value for the power provided.
  • the electrically driven axle 1 is additionally controlled in the seventh work step 107, taking into account the damage state of the at least one electrical component.
  • the at least one electrical component is cooled depending on the value of the temperature.
  • the electrical components there are also two ways of relieving them. One is to reduce power for the electric motor associated with the electrical component. The second is to cool the electrical component.
  • one of the power transmission paths in which the affected electrical component is located can be switched off via an upstream transmission, if this can be shifted.
  • FIG. 5a shows a diagram of a damage state D as a function of time.
  • the dashed line Dmax(t) shows the maximum proportionate damage state over time, with the maximum recommended damage state shown as a horizontal line being exactly reached at the end of the desired service life of the component (dashed line: linear increase). Exceeding the maximum recommended damage state leads to an increased probability of failure.
  • Dj(t) reflects the accumulated damage input, ie the damage state, of component 5 in reality at time t, ie the damage state determined from the real loads due to torque and speed in relation to the component. This curve Dj(t) is monotonically increasing.
  • this real damage state Dj(t) from time ti exceeds the maximum proportionate damage state Dmax(t) provided for at this point in time. Taking measures to reduce the damage input after the time ti leads to a flattening of the curve Dj(t). The curve Dj(t) can thus be brought back under the curve Dmax(t). At time h, the curve of the real damage state falls below the maximum proportionate damage state Dmax(t2). If no measures were taken in the period between ti and t2, the curve Di(t) would not flatten out and the maximum recommended damage state would be reached before the end of the desired service life (e.g. 20 years as in the example) can be achieved. There is an increased probability of failure of the component 5 before the end of the desired service life.
  • the desired service life e.g. 20 years as in the example
  • the desired lifetime is twenty years.
  • FIG. 5b the relative state of damage Rj(t) is shown in a diagram corresponding to the time line of FIG. 5a.
  • the relative state of damage Rj(t) results from dividing the real state of damage Dj(t) by the respective maximum proportionate state of damage at a specific point in time t.
  • the period between ti and t2 is characterized by the fact that the relative damage state R rises above 1. This should be prevented in order to prevent premature failure of the component.
  • limit values Rinc and Rdec are preferably defined, represented by dashed lines in FIG. 5b, from which measures are taken or withdrawn in order to reduce further damage input. From the limit value Rinc, which specifies the maximum desired relative damage state,
  • a damage state Dmax(t) therefore represents a time-dependent limit value for the damage state.
  • the value is different for each component (j).
  • FIG. 6 shows a process for establishing a threshold value for a torque provided by an electric motor or also for a power provided as a function of limit values for the state of damage.
  • j designates the component under consideration.
  • FIG. 6 shows a process for defining a threshold value for a torque to be provided by the first electric motor EM1 or by the second electric motor EM2.
  • the measures are intended to counteract overloading of the mechanical components 5 and/or the electrical components of the electrically driven axle.
  • the measures can be a threshold value for a torque to be provided by the first electric motor EM1 or the second electric motor EM2 or a switching process that increases the operating point of the first electric motor EM1 or the second electric motor EM2 to higher speeds shifts, or switches off the respective electric motor completely, or is a cooling of the mechanical components 5 and/or the electrical components.
  • the active torque limitation Tiim for this power transmission path is then set to the minimum determined
  • Torque limitation proposal Tj set a component j. After that, the process starts again from the beginning. Since there is now a measure, i.e. an active torque limitation Tiim, the process continues on the left branch. Now the current relative damage state Rj is preferably compared with three different limit values. As already explained, Rinc is the maximum desired relative damage state at which measures must be introduced or reinforced.
  • Rdec is the relative damage state below which measures can be reduced.
  • Rmin is the relative damage state below which no action is required.
  • Rinc Rdec > Rmin If the current relative state of damage Rj is greater than Rinc, the measure must be increased. In the case of torque, this means that the threshold value for torque limitation Tj must be reduced.
  • the measures relating to this component can be revoked.
  • the maximum torque Tmax of the respective electric motor EM1, EM2 can be provided.
  • the respective measure can be reduced.
  • FIG. 7 shows two diagrams in which the motor characteristics of the first electric motor EM1 and of the second electric motor EM2 are drawn. The torque is plotted against the engine speed in each case.
  • a torque distribution between the first electric motor EM1 and the second electric motor EM2 at a specified power and specified speeds m, n2 at the two electric motors EM1, EM2 can be determined using the two diagrams.
  • Tüm active torque limitation
  • only such pairings of the torque distributions can be selected in which the torque provided by the first electric motor EM1 is below Tüm.
  • the torque distribution is preferably selected such that an operation that is optimized in relation to the efficiency of the electrically driven axle 1 is established.
  • Figure 8 illustrates a process by which such a torque split is chosen taking into account the overall efficiency of the system.
  • the specifications for this process are a required load point at the output 2a, 2b, overall and a possible active torque limitation Tnm in one or both of the power transmission paths 3, 4. If there is a torque limitation T iim, the torque distribution is made with a focus on efficiency and under
  • FIG. 9 uses four diagrams (a), (b), (c) (d), which represent a torque over time, to show a concrete example in which a control strategy according to FIG. 8 is used.
  • FIGS. 9a and 9b each represent time-discrete provided torques, which are provided by the first electric motor EM1.
  • FIGS. 9c and 9d represent those torque values which are provided by the second electric motor EM2. There is no active torque limitation Tnm in FIGS. 9a and 9c. In contrast, in FIGS. 9b and 9d there is a torque limitation Tnm for the first electric motor EM1.
  • FIG. 10 shows a system 20 for controlling an electrically driven axle 1 with two electric motors EM1, EM2.
  • Such a system 20 preferably has means 21, in particular sensors, for determining values of a speed and a torque which are applied to at least one mechanical component 5 of the power transmission paths 3, 4 and/or the electric motors EM1, EM2. Furthermore, such a system 20 preferably has means 22 for determining a value of a damage entry in relation to the at least one mechanical component 5 as a function of the value of the applied rotational speed and the value of the applied torque and determining a value of a damage state of the at least one mechanical component 5 , which was caused by damage input over a predefined period of time. In the end Such a system 20 preferably has means 23 for controlling the electrically driven axle 1, taking into account the state of damage of the at least one mechanical component 5.
  • a means within the meaning of the invention can be configured as hardware and/or software and in particular a processing unit (CPU) and/or a or have several programs or program modules.
  • the CPU can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to acquire input signals from a data bus and/or
  • a storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state and/or other non-volatile media.
  • the program may be arranged to embody or be capable of performing the methods described herein such that the CPU can perform the steps of such methods.
  • the system 20 preferably has further means in order to carry out further working steps of the method 100 . More preferably, at least some of the means, in particular the entire system 20, are integrated into the E-axis controller 14. It is pointed out that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, application and structure in any way. Rather, the above description gives the person skilled in the art a guideline for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, being able to be made without departing from the scope of protection as can be seen from the claims and these equivalent feature descriptions.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Regeln von einer oder zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) eines Fahrzeugs, mit Elektromotoren (EM1, EM2), die jeweils mit einem Abtrieb (2, 2a, 2b) jeweils über einen Leistungsübertragungspfad (3, 4) verbunden sind, folgende Arbeitsschritte aufweisend: Bestimmen (101 a) von Werten einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente (5) der Leistungsübertragungspfade (3,4) und/oder der Elektromotoren (EM1, EM2) anliegen; Ermitteln eines Werts eines Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5), welcher durch Schädigungseinträge über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist; und Regeln (107), der elektrisch angetriebenen Achsen (1 a, 1b) unter Berücksichtigung des Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5).

Description

Verfahren und System zum Regeln von einer oder zwei elektrisch angetriebenen Achsen mit zwei
Elektromotoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Regeln von zwei elektrisch angetriebenen Achsen eines Fahrzeugs, mit jeweils einem Elektromotor, wobei der erste Elektromotor mit einem ersten Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad verbunden ist und der zweite Elektromotor mit einem zweiten Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad verbunden ist oder zum Regeln von einer elektrisch angetriebenen Achse mit zwei Elektromotoren, welche gemeinsam einen Abtrieb antreiben, wobei der erste Elektromotor mit dem Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad verbunden ist und der zweite Elektromotor mit dem Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe an Antriebssträngen und sogenannten E-Achsen bekannt, welche von zwei Elektromotoren angetrieben werden.
Beispielsweise offenbart das Dokument DE 10 2011 121 819 A1 einen Antriebsstrang mit zwei Antriebsmaschinen für ein Fahrzeug, bei welchem jeweils eine Antriebsmaschine mit einem Teilgetriebe mechanisch gekoppelt ist und auf selbiges einwirkt. Die Antriebsmaschinen sind als elektrische Antriebsmaschinen ausgebildet und direkt mechanisch mit jeweils einem Teilgetriebe gekoppelt und separat oder gemeinsam betreibbar.
Das Dokument EP 2450 597 A1 offenbart eine Steuervorrichtung und ein Verfahren für einen elektrischen Antriebsstrang, welcher bzw. welches in einem elektrischen Fahrzeug mit zwei Motoren eingesetzt wird. Ziel der Steuervorrichtung und des Verfahrens ist es, ein Gangschalten ohne Leistungsunterbrechung zu erreichen. Die Steuerung solcher Antriebsstränge kann effizienzbasiert erfolgen (vgl. „Shifting strategy and optimization for multi-mode E-axles“, F. Bayer, cti Symposium, Berlin 2020).
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine langfristige Zuverlässigkeit von elektrisch angetriebenen Achsen mit zwei Elektromotoren zu erhöhen oder voraussagbarer zu machen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Lebensdauer von wichtigen Komponenten der elektrisch angetriebenen Achsen zu verlängern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und System gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von zwei elektrisch angetriebenen Achsen eines Fahrzeugs, mit jeweils einem Elektromotor, wobei der erste Elektromotor mit einem ersten Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad verbunden ist und der zweite Elektromotor mit einem zweiten Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad verbunden ist, oder zum Regeln von einer elektrisch angetriebenen Achse mit zwei Elektromotoren, welche gemeinsam einen Abtrieb antreiben, wobei der erste Elektromotor mit dem Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad verbunden ist und der zweite Elektromotor mit dem Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad verbunden ist, folgende Arbeitsschritte aufweisend:
• Bestimmen von Werten einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente der Leistungsübertragungspfade und/oder der Elektromotoren anliegen;
• Ermitteln eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente in Abhängigkeit des Wertes der anliegenden Drehzahl und des Werts des anliegenden Drehmoments und Ermitteln eines Werts eines Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente, welcher durch Schädigungseinträge über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist; und • Regeln, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, der elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, der elektrisch angetriebenen Achse unter Berücksichtigung des Schädigungszustands oder des relativen Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente.
Als Elektromotor wird eine elektrische Maschine verstanden, die grundsätzlich motorisch und generatorisch betrieben werden kann. Eine mechanische Komponente im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Zahnrad oder ein Lager.
Der Wert eines Schädigungseintrags im Sinne der Erfindung ist das Ausmaß, in dem eine Komponente durch den aktuellen Betrieb der Komponente geschädigt wird. Vorzugsweise wird bei einer mechanischen Komponente der Schädigungseintrag zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das zu diesem Zeitpunkt an der mechanischen Komponente anliegende Drehmoment und die Drehzahl der mechanischen Komponente bestimmt. Bei einer elektrischen Komponente wird vorzugsweise die Temperatur der elektrischen Komponente zur Bestimmung des Werts des Schädigungseintrags herangezogen.
Der Wert eines Schädigungszustands im Sinne der Erfindung ist die Summe der bis dato, seit Inbetriebnahme der Komponente angefallenen Schädigungseinträge. Hierbei werden dementsprechend die Zeitanteile berücksichtigt, in denen die jeweilige Komponente betrieben wird.
Erreicht eine Komponente einen für diese Komponente maximal empfohlenen Schädigungszustand ist eine Ausfallwahrscheinlichkeit erreicht, die nicht überschritten werden soll. Die Komponente soll bei Erreichen der gewünschten Lebensdauer den maximal empfohlenen Schädigungszustand nicht überschreiten. Wird der maximal empfohlene Schädigungszustand über die gewünschte Lebensdauer betrachtet und eine gleichmäßige Schädigung über die Zeit angenommen, so ergibt sich für jeden Zeitpunkt ein maximaler anteiliger Schädigungszustand. Der Wert eines relativen Schädigungszustands im Sinne der Erfindung ist das Verhältnis, insbesondere der Quotient, des aktuellen Schädigungszustands gegenüber dem maximalen anteiligen Schädigungszustand zu diesem Zeitpunkt.
Erfindungsgemäß kann die durch einen Leistungsübertragungspfad gebildete Verbindung eines Elektromotors mit einem Abtrieb auch ein Trennelement, beispielsweise eine Kupplung, vorsehen, sodass die Verbindung auch temporär trennbar ist.
Die zwei Elektromotoren sind vorzugsweise jeweils über ein Mehrganggetriebe mit jeweils einem ersten Abtrieb oder einem zweiten Abtrieb verbunden. An jedem der Abtriebe wird die Leistung und das Drehmoment von jedem der einzelnen Leistungsübertragungspfade eingetragen. Die Leistungsaufteilung oder Drehmomentaufteilung zwischen den Leistungsübertragungspfaden kann bei einer solchen Anordnung, sofern keine Maximalleistung verlangt wird, innerhalb bestimmter Grenzen frei gewählt und variiert werden.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Schädigungszustand von mechanischen Komponenten bei der Regelung der elektrisch angetriebenen Achsen zu berücksichtigen.
Wird ein bestimmter Betriebspunkt der elektrisch angetriebenen Achsen gefordert, welcher durch Abtriebsdrehzahl und Abtriebsdrehmoment definiert ist, so gibt es für die Betriebsstrategie verschiedene Möglichkeiten oder Freiheitsgrade, den Betriebspunkt zu realisieren.
Zum einen kann, sofern die Leistungsübertragungspfade Mehrganggetriebe aufweisen, bei jedem Getriebe der Gang gewählt werden. Dabei ist aber zu beachten, dass nur solche Gangkombinationen erlaubt sind, bei denen keiner der zwei Elektromotoren seine maximale Drehzahl überschreitet. Wird ein Leistungspfad mittels eines Getriebes weggeschaltet, z. B. indem die neutrale Stellung des Getriebes eingelegt wird, muss der andere Leistungsübertragungspfad in der Lage sein, die gesamte Leistung bereitzustellen, d. h. der zweite Elektromotor muss in der Lage sein, das gesamte geforderte Drehmoment aufzubringen. Für jede mögliche Gangkombination ist die Drehmomentaufteilung zwischen den zwei Elektromotoren oder Leistungsübertragungspfaden ein zweiter Freiheitsgrad, welcher in der Betriebsstrategie festzulegen ist.
Die Summe der Momente der zwei Elektromotoren muss hierbei gewichtet und mit der jeweiligen Übersetzung dem geforderten Abtriebsdrehmoment entsprechen. Dies bedeutet, dass das Drehmoment an einem der Elektromotoren in einem Bereich frei gewählt werden kann, in welchem das resultierende Drehmoment an dem anderen Elektromotor nicht dessen erlaubtes Maximalmoment übersteigt. Daher ist der Spielraum, das Moment an den Elektromotoren zu wählen, umso größer, je geringer das geforderte Abtriebsdrehmoment an den elektrisch angetriebenen Achsen ist.
Mittels der Erfindung kann für jede relevante mechanische Komponente zum jeweils aktuellen Zeitpunkt, der bis dahin entstandene Schädigungszustand überwacht werden. Der Schädigungszustand wird aus den bis dato, seit Inbetriebnahme angefallenen Schädigungseinträgen unter Berücksichtigung der Zeitanteile, d.h. durch Akkumulieren der Schädigungseinträge bestimmt. Der Schädigungseintrag zu einem bestimmten Zeitpunkt wird wiederum aus dem zu diesem Zeitpunkt anliegenden Drehmoment sowie der Drehzahl errechnet. Dies bedeutet, dass der aktuelle Schädigungszustand aus dem Schädigungszustand zu einem früheren Zeitpunkt durch Addition des bzw. der zwischenzeitlich angefallenen Schädigungseinträge bestimmt werden kann. Diese Schädigungseinträge errechnen sich jeweils aus der zum jeweiligen Zeitpunkt anliegenden Komponentendrehzahl sowie dem an der mechanischen Komponente anliegenden Drehmoment. Der ermittelte Wert eines Schädigungszustands ist nicht nur für eine Adaption der Betriebsstrategie relevant. Eine Überwachung des Schädigungszustands hilft auch bei Entscheidungen, ob Komponenten ausgetauscht werden oder auch nicht ausgetauscht werden müssen. Wartungsintervalle können fahrzeugspezifisch auf der Grundlage der Informationen über den jeweiligen Schädigungszustand angepasst werden und Werkstatttermine sowie die notwendigen Einträge wie Disposition des Fahrzeugs beim Endkunden lassen sich bereitstellen. Neben einer Kosteneinsparung wird hierdurch auch die Ausfallswahrscheinlichkeit des Antriebsstrangs reduziert.
Ein Service dieser Art kann entweder über das Steuergerät, einen Cloud-Service eines Fahrzeugherstellers oder einen Drittanbieter angeboten werden. Diese Maßnahmen lassen sich unter dem Stichwort Predictive Maintenance zusammenfassen.
Auch beim Flottenmanagement kann die Kenntnis über den jeweiligen Schädigungszustand der mechanischen Komponenten von Nutzen sein. So kann ein Fahrer oder auch Fahrzeugflottenbetreiber entscheiden, ob Maßnahmen zum Schutz von Komponenten realisiert werden, oder ob der Fokus weiter auf einer Betriebseffizienz liegt. Auch könnte ein Flottenbetreiber auf Basis der Informationen über den Schädigungszustand von Komponenten das Fahrzeug gezielt auf schädigenderen oder schädigungsärmeren Fahrten einsetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, die elektrisch angetriebenen Achsen in der Weise geregelt werden oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, die elektrisch angetriebene Achse in der Weise geregelt wird, dass der Schädigungszustand oder der relative Schädigungszustand verschiedener Leistungsübertragungspfade zueinander berücksichtigt wird, insbesondere dass der Schädigungszustand oder der relative Schädigungszustand verschiedener Leistungsübertragungspfade möglichst ausgeglichen ist.
Vorzugsweise ist aus der Systemauslegung der elektrisch angetriebenen Achse ein maximal erlaubter oder empfohlener Schädigungszustand für jede Komponente und eine gewünschte Lebensdauer definiert. Vorzugsweise wird hierbei die Komponentengeometrie (z. B. Zahnradbreite und Radius für Stirnräder) berücksichtigt. Ein Überschreiten dieses maximal empfohlenen Schädigungszustands führt zu einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit der betrachteten mechanischen Komponente. Mittels der Erfindung können die elektrisch angetriebene Achse oder die elektrisch angetriebenen Achsen nun so geregelt werden, dass die verbleibende Lebensdauer, bzw. die Zeit bis zum Erreichen des maximal empfohlenen Schädigungszustands der betrachteten mechanischen Komponenten und/oder deren Ausfallwahrscheinlichkeit jeweils relativ ausgeglichen ist. Dies führt zum einen zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Gesamtsystems, zum anderen reduziert sich vorzugsweise die Ausfallwahrscheinlichkeit und die Anzahl von Werkstattbesuchen zur Reparatur oder zum Auswechseln mechanischer Komponenten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird darüber hinaus, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse entweder eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren in der Weise angepasst, dass die wenigstens eine mechanische Komponente nicht oder nur in definierter Weise beansprucht wird. Auch hierdurch kann eine gleichmäßige Abnutzung der mechanischen Komponenten erreicht werden.
Der Schädigungseintrag in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente wird überwacht. Vorzugsweise wird dabei zu vorab definierten regelmäßigen Abständen der aktuelle Schädigungszustand mit dem zu diesem Zeitpunkt maximal anteiligen Schädigungszustand für die gesamte Lebensdauer abgeglichen, d.h. der relative Schädigungszustand bestimmt. Eine Definition dieser Abstände kann zeit-, aber auch webgasiert erfolgen.
Übersteigt ein Schädigungszustand oder ein relativer Schädigungszustand der wenigstens einen mechanischen Komponente einen kritischen Wert, so kann gemäß dieser Ausgestaltung zwischen zwei Maßnahmen gewählt werden. Vorzugsweise können auch beide Maßnahmen zum Einsatz kommen:
Die erste Maßnahme entspricht einer Adaption der Strategie für das Getriebe im Leistungspfad der betroffenen Komponente. Ist diese mechanische Komponente nur in einzelnen Gängen betroffen, so wird versucht, solche Gänge zu vermeiden und dadurch die Zeitanteile, in denen die mechanische Komponente aktiv ist, zu reduzieren. Ist die mechanische Komponente in allen Gängen eines Mehrganggetriebes involviert und ist diese antriebsseitig vom Schaltelement im Antriebsstrang platziert, sollte in die höchste Übersetzung gewechselt werden. Flöhere Übersetzungen verschieben den Lastpunkt an dem entsprechenden Elektromotor hin zu höheren Drehzahlen und niedrigeren Drehmomenten, was generell zu kleineren Schädigungseinträgen führt. Ein Gangwechsel ist natürlich nur dann möglich, wenn der gewünschte Lastpunkt im neuen Gang auch ohne Leistungseinbußen abgedeckt werden kann, z. B. nicht durch eine Drehzahl oder Drehmomentbegrenzung an dem Elektromotor limitiert wird. Die Leistungs- und Drehmomentaufteilung zwischen den zwei Leistungsübertragungspfaden bleibt in diesem Fall unverändert.
Die zweite Maßnahme ist die Adaption der Leistungs- oder Drehmomentaufteilung zwischen den Leistungsübertragungspfaden. In dem Leistungsübertragungspfad, in dem die betroffene wenigstens eine mechanische Komponente angeordnet ist, wird die Leistung oder das Drehmoment auf Kosten des anderen Leistungsübertragungspfads reduziert. Das heißt, der andere Leistungsübertragungspfad muss eine entsprechend höhere Leistung oder ein entsprechend höheres Drehmoment bereitstellen. Durch diese Maßnahme werden die Schädigungseinträge aller mechanischen Komponenten in dem jeweils betroffenen Leistungsübertragungspfad reduziert. Das heißt, die Maßnahme ist auch möglich, wenn mehrere Komponenten des Leistungsübertragungspfads betroffen sind. Eine Adaption der Drehmomentaufteilung zwischen den beiden Leistungsübertragungspfaden kann beispielsweise indirekt durch eine Reduktion des maximal möglichen Drehmoments bzw. der maximal möglichen Leistung an dem jeweiligen Elektromotor in dem betroffenen Leistungsübertragungspfad erfolgen. Das Verfahren regelt dann prioritär die Drehmomentverteilung mit einem reduzierten Drehmoment in den stärker geschädigten Leistungsübertragungspfad ein. Die Auswahl der idealen Leistungsverteilung unter Berücksichtigung der Randbedingungen in Bezug auf die Drehmomentverteilung kann dann effizienzbasiert erfolgen. Durch eine Reduktion des Drehmoments kann die Restlebensdauer der beiden Leistungsübertragungspfade angeglichen werden.
Entsprechend weist das Verfahren in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die folgenden Arbeitsschritte auf:
• Prüfen, ob der aktuelle Wert des Schädigungszustands oder des relativen
Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente einen ersten Grenzwert überschreitet; und • Festlegen, falls der erste Grenzwert überschritten wird, eines Schwellenwerts für ein von dem ersten Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment und/oder ein von dem zweiten Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment, insbesondere in Abhängigkeit des durch das bereitgestellte Drehmoment verursachten Schädigungseintrags, wobei im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen die elektrisch angetriebenen Achsen unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für das Drehmoment geregelt werden oder im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse die elektrisch angetriebene Achse unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für das Drehmoment geregelt wird. Der Schwellenwert für das von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment gibt vorzugsweise das maximale Drehmoment an, mit welchem dieser Elektromotor betrieben werden darf. Ein niedriger Schwellenwert reduziert die Zeitanteile, in denen die geforderte Leistung am Abtrieb über den stärker geschädigten Leistungsübertragungspfad abgedeckt wird. Dies führt zu einer Schonung der wenigstens einen mechanischen Komponente, deren Schädigungszustand den ersten Grenzwert überschreitet.
Auch das Einhalten des Schwellenwerts wird vorzugsweise über die vorher in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente beschriebenen Maßnahmen erreicht. Daher wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse entweder eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade in der Weise angepasst, dass jener Elektromotor, für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, in einem anderen Betriebsmodus mit einer anderen Drehzahl betrieben werden kann, oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren in der Weise angepasst wird, dass jener Elektromotor, für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, weniger Drehmoment bereitstellen oder aufnehmen muss. Maßgeblich für die Schädigung von mechanischen Komponenten ist das an diesen anliegende Drehmoment. Daher kann durch eine Erhöhung der Drehzahl bei gleicher Leistung oder ein Herabsetzen der Leistung bei gleicher Drehzahl durch Reduzierung des Drehmoments der Schädigungseintrag reduziert werden. Welche der beschriebenen Maßnahmen bevorzugt eingesetzt wird, wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade festgelegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schädigungszustand wie folgt ermittelt wird: j n - Tp - dt oder
Sί Pi TRDί, wobei n eine Drehzahl, T ein Drehmoment, D\ eine Zeitschrittweite und p ein Parameter ist, welcher eine Intensität des Schädigungseintrags für die wenigstens eine mechanische Komponente angibt, wobei der Parameter p für jede mechanische Komponente vorgegeben ist.
Der Schädigungszustand ist mithin in dieser Ausgestaltung eine Akkumulation zeitdiskreter Schädigungseinträge über einen gewissen Zeitraum. Vorzugsweise wird der Schädigungseintrag für die einzelnen Komponenten eines Fahrzeugs über den gesamten Lebenszyklus ab dem Tag der Indienststellung des Fahrzeugs aufgezeichnet. Auf diese Weise ist eine präzise Vorhersage des Schädigungszustands der einzelnen Komponenten möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den Arbeitsschritt auf:
Bestimmen von Werten einer Temperatur wenigstens einer elektrischen Komponente;
Ermitteln eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine elektrische Komponente in Abhängigkeit eines Werts der Temperatur und eines Schädigungszustands, welcher sich aus dem Schädigungseintrag über einen vordefinierten Zeitraum ergibt, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, die elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, die elektrisch angetriebene Achse zusätzlich unter Berücksichtigung des
Schädigungszustands der wenigstens einen elektrischen Komponente geregelt werden.
Bei elektrischen Komponenten, z. B. Elektromotoren oder Invertern, wird die Lebensdauer stark über die Komponententemperatur beeinflusst. Ein Überhitzen elektrischer Komponenten führt zu einer Lebensdauerreduktion und sollte möglichst verhindert werden. Durch eine adaptive Anpassung der Regelstrategie wird die Wahrscheinlichkeit des Überhitzens eines Elektromotors oder eines Inverters reduziert und die Komponentenlebensdauer erhöht. Dazu ist es nötig, die Temperatur an der jeweiligen Komponente zu beobachten, d. h. zum Beispiel Elektromotoren und Inverter mit Temperatursensoren auszustatten. Übersteigt die Temperatur an einem Elektromotor oder einem Inverter eine vorher festgelegte Maximaltemperatur, so kann der Regler diese Komponente thermisch durch die folgenden Maßnahmen entlasten:
Die von den elektrisch angetriebenen Achsen angeforderte Leistung wird in erster Linie über den nichtbetroffenen Leistungspfad aufgebracht. Der Leistungspfad mit der zu heißen bzw. überhitzten Komponente ist nur noch unterstützend aktiv, indem er die noch fehlende Leistung bereitstellt. Die Leistungsaufteilung verschiebt sich dann zugunsten der kühleren Komponenten. An den überhitzten Komponenten entsteht weniger Verlustleistung, was eine weitere Erwärmung verhindert, bzw. zu einem Abkühlen führt.
Wenn die von den elektrisch angetriebenen Achsen angeforderte Leistung ausschließlich über einen Leistungsübertragungspfad aufgebracht werden kann, kann jener Leistungsübertragungspfad, in dem die betroffene Komponente sitzt, über ein gegebenenfalls vorgelagertes Getriebe weggeschaltet werden. Nachdem eine dieser beiden Maßnahmen getroffen wurde und die betroffene Komponente wieder einen akzeptablen Temperaturbereich erreicht hat, können diese Maßnahmen wieder eingestellt werden.
Entsprechend weist das Verfahren in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte auf:
Prüfen, ob der Wert des Schädigungszustands oder des relativen Schädigungszustands einer elektrischen Komponente einen zweiten Grenzwert überschreitet;
Festlegen, falls der zweite Grenzwert überschritten wird, eines Schwellenwerts für eine von dem ersten Elektromotor und/oder von dem zweiten Elektromotor bereitgestellte Leistung, insbesondere in Abhängigkeit des durch die Temperatur verursachten Schädigungseintrags, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, die elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, die elektrisch angetriebene Achse unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für die bereitgestellte Leistung geregelt werden.
Durch das Festlegen eines Schwellenwerts für die bereitgestellten Leistungen kann der Schädigungseintrag in Bezug auf die Temperatur begrenzt werden. Hierdurch kann eine Zunahme des Schädigungszustands reduziert werden bis ein für die jeweilige Betriebsdauer gerechtfertigter Wert erreicht ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die elektrische Komponente in Abhängigkeit des Werts der Temperatur gekühlt. Hierdurch kann der Schädigungseintrag vermindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte auf: · Bereitstellen eines Referenz-Schädigungszustands für die wenigstens eine mechanische Komponente und/oder die wenigstens eine elektrische Komponente; und • Ermitteln eines relativen Schädigungszustands auf der Grundlage des ermittelten Schädigungszustands und des Referenz-Schädigungszustands, wobei der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert in Bezug auf den relativen Schädigungszustand definiert ist.
Aus der Auslegung der Komponenten eines Fahrzeugs ist im Allgemeinen ein über die Lebensdauer erlaubter Schädigungseintrag und somit ein maximal erlaubter Schädigungszustand nach Ablauf dieser gewünschten Lebensdauer für jede Komponente bekannt. Die bis zu einem bestimmten Zeitpunkt angefallenen Schädigungseinträge, welche zusammen den Schädigungszustand ergeben, können mit dem bis dahin maximal anteiligen Schädigungseintrag, also einem erlaubten Schädigungszustand, in Relation gesetzt werden und auf diese Weise ein relativer Schädigungszustand R bestimmt werden. In Bezug auf diesen relativen Schädigungszustand R können dann Maßnahmen zur Anpassung des Schädigungseintrags getroffen werden.
Die Werte des relativen Schädigungszustands R können dabei vorzugsweise wie folgt interpretiert werden:
• R>1 :
Wird die Komponente weiter so beansprucht wie bisher, wird eine gewünschte Lebensdauer wahrscheinlich nicht erreicht. Ein Ausfall der Komponente vor Ablauf der gewünschten Betriebsdauer ist möglich bzw. wahrscheinlicher.
• R=1 :
Wird die Komponente weiter so beansprucht wie bisher, wird die gewünschte Lebensdauer für diese Komponente wahrscheinlich erreicht.
• R<1 :
Wird die Komponente weiter so beansprucht wie bisher, wird die gewünschte Lebensdauer bei gleichbleibender Benutzung wahrscheinlich überschritten. Ein Ausfall der Komponente vor Ablauf der gewünschten Betriebsdauer ist unwahrscheinlich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird beim Regeln der beiden Elektromotoren des Weiteren, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen, eine Effizienz der elektrisch angetriebenen Achsen oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse, eine Effizienz der elektrisch angetriebenen Achse berücksichtigt, wobei Paare von Betriebspunkten der ersten und zweiten Elektromotoren in der Weise gewählt werden, dass sich unter Einhaltung des Schwellenwerts für das Drehmoment und/oder des Schwellenwerts für die Leistung an wenigstens einem der beiden Elektromotoren ein im Hinblick auf die Effizienz optimierter Betrieb einstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können der Schwellenwert oder die Schwellenwerte zur Abfederung von Drehmomentspitzen und/oder Leistungsspitzen durch den ersten und/oder den zweiten Elektromotor überstiegen werden.
Durch die flexible Anwendung der Schwellenwerte können höhere Leistungen bzw. Drehmomente bereitgestellt werden, ohne die Komponenten so auszulegen, als wenn diese Leistung dauerhaft abgerufen werden müsste. Hierdurch wird ein guter Kompromiss zwischen der erbrachten Leistung, der Leistungsfähigkeit des Systems und dessen Gewicht erreicht.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
Figur 1a: ein Ausführungsbeispiel von einer elektrisch angetriebenen Achse eines Fahrzeugs;
Figur 1b: ein Ausführungsbeispiel von zwei elektrisch angetriebenen Achsen eines Fahrzeugs;
Figur 2a: eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines ersten
Ausführungsbeispiels der einen elektrisch angetriebenen Achse;
Figur 2b: eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines ersten
Ausführungsbeispiels der zwei elektrisch angetriebenen Achsen; Figur 3a: eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines zweiten
Ausführungsbeispiels der elektrisch angetriebenen Achse;
Figur 3b: eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines zweiten
Ausführungsbeispiels der zwei elektrisch angetriebenen Achsen; Figur 4: ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Regeln einer elektrisch angetriebenen Achse;
Figur 5a: ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf eines Schädigungszustands im Verhältnis zu einem zeitlichen Verlauf eines maximalen anteiligen Schädigungszustands; Figur 5b: den zeitlichen Verlauf eines relativen Schädigungszustands;
Figur 6: Diagramme mit verschiedenen Drehmomentaufteilungen zwischen Elektromotoren einer elektrisch angetriebenen Achse;
Figur 7: ein Ausführungsbeispiel eines Prozesses zum Festlegen eines Schwellenwerts für ein von einem den Elektromotoren bereitgestellten Drehmoments;
Figur 8: ein Blockdiagramm eines Prozesses zum Festlegen einer Drehmomentaufteilung zwischen zwei Elektromotoren einer elektrisch angetriebenen Achse;
Figur 9: verschiedene Diagramme in Bezug auf ein Beispiel einer Regelstrategie für eine elektrisch angetriebene Achse; und
Figur 10: ein Ausführungsbeispiel eines Systems zum Regeln einer elektrisch angetriebenen Achse mit zwei Elektromotoren.
Figur 1 a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrisch angetriebenen Achse 1 . Diese wird durch zwei Elektromotoren EM1 und EM2 angetrieben. Jeder dieser Elektromotoren EM1 , EM2 ist jeweils über ein Getriebe 3, 4 mit der eigentlichen Achse 2 drehmomentübertragend verbunden oder, soweit eine Kupplung vorhanden ist, verbindbar.
Die mechanische Anordnung ist derart ausgebildet, dass beide Elektromotoren EM1 , EM2 gleichzeitig in die Achse 2 eintreiben können. Der Eintrieb in die Achse ist dabei vorzugsweise in der Weise ausgestaltet, dass sich die zwei Ausgangsdrehmomente der Getriebe 3, 4 in der Achse 2 addieren. Beispielsweise kann dies über Stirnradstufen oder ein gemeinsames Differential verwirklicht werden.
Die beiden Getriebe 3, 4 können hierbei als einfache Stirnradstufen, d.h. Einganggetriebe, aber auch als Mehrganggetriebe mit oder ohne Kupplung ausgeführt sein.
Von dem ersten Elektromotor EM1 wird mithin über das erste Getriebe 3 ein erster Leistungspfad zu der Achse 2 gebildet. Von dem zweiten Elektromotor EM2 wird ein zweiter Leistungspfad über das zweite Getriebe 4 zu der Achse 2 gebildet. Vorzugsweise weist jedes der beiden Getriebe 3, 4 die Möglichkeit auf, den jeweiligen Leistungsübertragungspfad, beispielsweise über eine Trennkupplung oder durch eine neutrale Stellung wegzuschalten.
Dies ermöglicht es, die Achse 2 nur über einen der beiden Elektromotoren EM1 , EM2 anzutreiben. Jeder der zwei Elektromotoren EM1 , EM2 wird vorzugsweise über jeweils einen Wechselrichter bzw. Inverter 12, 13 mit elektrischer Leistung versorgt. Vorzugsweise beinhalten die Wechselrichter 12, 13 jeweils eine Regeleinheit, die vom sogenannten E-Achsenregler 14 (englisch: E-Axe-Control Unit; EACU) ein Soll- Drehmoment für jeden Elektromotor EM1 , EM2 vorgegeben bekommt. Das aktuell anliegende Drehmoment sowie die aktuell anliegende Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 werden dem E-Achsenregler 14 zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise wird die Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 auch jeweils über Drehzahlsensoren 15, 16 gemessen und dem E-Achsenregler 14 zur Verfügung gestellt.
Für eine Regelstrategie unter Berücksichtigung des mechanischen Schädigungseintrags ist es umso vorteilhafter, je exakter der E-Achsenregler 14 die tatsächliche Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 und das in den jeweiligen Leistungsübertragungspfaden anliegende Drehmoment bzw. an den jeweils betroffenen Komponenten anliegt, kennt.
Die eigentliche Achse 2 treibt wiederum Räder 17, 18 eines Fahrzeugs an. Figur 1b zeigt ein Ausführungsbeispiel von zwei elektrisch angetriebenen Achsen 1a, 1b eines Fahrzeugs. Diese werden durch zwei Elektromotoren EM1 und EM2 angetrieben. Jeder dieser Elektromotoren EM1 , EM2 ist jeweils über ein Getriebe 3, 4 mit den eigentlichen Achsen 2a, 2b drehmomentübertragend verbunden oder, soweit eine Kupplung vorhanden ist, verbindbar. Die mechanische Anordnung ist derart ausgebildet, dass beide der
Elektromotoren EM1 , EM2 gleichzeitig in die jeweilig verbundene Achse 2a, 2b eintreiben können.
Die beiden Getriebe 3, 4 können hierbei als einfache Stirnradstufen, d.h. Einganggetriebe, aber auch als Mehrganggetriebe mit oder ohne Kupplung ausgeführt sein.
Von dem ersten Elektromotor EM1 wird mithin über das erste Getriebe 3 ein erster Leistungspfad zu der ersten Achse 2a gebildet. Von dem zweiten Elektromotor EM2 wird ein zweiter Leistungspfad über das zweite Getriebe 4 zu der zweiten Achse 2b gebildet. Vorzugsweise weist jedes der beiden Getriebe 3, 4 die Möglichkeit auf, den jeweiligen Leistungsübertragungspfad, beispielsweise über eine Trennkupplung oder durch eine neutrale Stellung wegzuschalten. Jeder der zwei Elektromotoren EM1 , EM2 wird vorzugsweise über jeweils einen Wechselrichter bzw. Inverter 12a, 12b mit elektrischer Leistung versorgt. Vorzugsweise beinhalten die Wechselrichter 12a, 12b jeweils eine Regeleinheit, die vom sogenannten E-Achsenregler 14 (englisch: E-Axe-Control Unit; EACU) ein Soll- Drehmoment für jeden Elektromotor EM1 , EM2 vorgegeben bekommt. Das aktuell anliegende Drehmoment sowie die aktuell anliegende Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 werden dem E-Achsenregler 14 zur Verfügung gestellt.
Vorzugsweise wird die Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 auch jeweils über Drehzahlsensoren 15a, 15b gemessen und dem E-Achsenregler 14 zur Verfügung gestellt.
Für eine Regelstrategie unter Berücksichtigung des mechanischen Schädigungseintrags ist es umso vorteilhafter, je exakter der E-Achsenregler 14 die tatsächliche Drehzahl der Elektromotoren EM1 , EM2 und das in den jeweiligen Leistungsübertragungspfaden anliegende Drehmoment bzw. an den jeweils betroffenen Komponenten anliegt, kennt.
Die eigentlichen Achse 2a, 2b treiben wiederum Räder 17a, 17b, 18a, 18b eines Fahrzeugs an.
Figur 2a zeigt eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrisch angetriebenen Achse 1. In dieser Detailansicht sind die einzelnen Zahnräder und Lager der Leistungsübertragungspfade dargestellt. Dies sind auch jene Komponenten, welche im Betrieb der elektrisch angetriebenen Achse 1 der größten mechanischen Schädigung unterliegen. Das erste Getriebe 3, welches im Wesentlichen den ersten Leistungsübertragungspfad bildet, weist vorzugsweise eine erste Stirnradstufe 8 sowie eine zweite Stirnradstufe 9, 10 auf. Die zweite Stirnradstufe 9, 10 ist hierbei als schaltbar ausgebildet, wobei zwischen den beiden Gängen bzw. Übersetzungen als erste Übersetzung 9 und zweite Übersetzung 10 ausgewählt werden kann.
Das zweite Getriebe 4, welches im Wesentlichen den zweiten Leistungsübertragungspfad bildet, weist ebenfalls zwei Stirnradstufen 9, 10 auf, jedoch ohne die Möglichkeit einer Veränderung der Übersetzung. Die beiden Getriebe 3, 4 treiben vorzugsweise in ein Differential 11 ein, welches wiederum die eigentliche Achse 2 antreibt.
Figur 2b zeigt eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer ersten elektrisch angetriebenen Achse 1a und einer zweiten elektrisch angetriebenen Achse 1b eines Fahrzeugs. In dieser Detailansicht sind die einzelnen Zahnräder und Lager der Leistungsübertragungspfade dargestellt. Dies sind auch jene Komponenten, welche im Betrieb der elektrisch angetriebenen Achsen 1a, 1b der größten mechanischen Schädigung unterliegen. Das erste Getriebe 3, welches im Wesentlichen den ersten Leistungsübertragungspfad bildet, weist vorzugsweise eine erste Stirnradstufe 8a sowie eine zweite Stirnradstufe 9a, 10a auf. Die zweite
Stirnradstufe 9a, 10a ist hierbei schaltbar ausgebildet, wobei zwischen den beiden Gängen bzw. Übersetzungen als erste Übersetzung 9a und zweite Übersetzung 10a ausgewählt werden kann.
Das zweite Getriebe 4, welches im Wesentlichen den zweiten Leistungsübertragungspfad bildet, weist ebenfalls zwei Stirnradstufen 9b, 10b auf, jedoch ohne die Möglichkeit einer Veränderung der Übersetzung. Die beiden Getriebe 3, 4 treiben vorzugsweise jeweils in ein Differential 11a, 11b ein, welche wiederum die eigentlichen Achsen 2a, 2b antreiben.
Figur 3a zeigt eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrisch angetriebenen Achse 1. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a. Im Unterschied zu diesem ist jedoch auch das zweite Getriebe 4 mit einer zwischen zwei Übersetzungen schaltbaren zweiten Übersetzungsstufe ausgebildet. Im Übrigen kann mittels des Kupplungsmechanismus auch eine Neutralstellung des ersten Getriebes 3 und des zweiten Getriebes 4 realisiert werden.
Figur 3b zeigt eine Detailansicht der mechanischen Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels von zwei elektrisch angetriebenen Achsen 1a, 1b. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei elektrisch angetriebenen Achsen 1a, 1b nach Fig. 2b. Im Unterschied zu diesem ist jedoch auch das zweite Getriebe 4 mit einer zwischen zwei Übersetzungen schaltbaren zweiten Übersetzungsstufe ausgebildet. Im Übrigen kann mittels des Kupplungsmechanismus auch eine Neutralstellung des ersten Getriebes 3 und des zweiten Getriebes 4 realisiert werden.
Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 100 zum Regeln einer elektrisch angetriebenen Achse 1 mit zwei Elektromotoren EM1 , EM2, welche gemeinsam einen Abtrieb 2 antreiben. Mittels des Verfahrens ist eine Lebensdauer, welche mit der Schädigung der mechanischen Komponenten korreliert, bei der Gangwahl und bei der Drehmomentaufteilung zwischen den zwei Leistungsübertragungspfaden zu überwachen und adaptiv in der Betriebsstrategie zu berücksichtigen.
In einem ersten Schritt wird die Schädigung durch mechanische Einwirkung berücksichtigt. Darüber hinaus kann auch ein Schädigungseintrag durch thermische Belastung, insbesondere bei elektrischen Komponenten, bei der Betriebsstrategie berücksichtigt werden.
In einem ersten Arbeitsschritt 101a) werden daher Werte einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente 5 der Übertragungspfade der Leistungsübertragungspfade und der Elektromotoren anliegen, ermittelt. Insbesondere werden die Werte direkt oder indirekt mittels Sensoren gemessen. Solche mechanischen Komponenten 5, an welchen die Momente anliegen, sind insbesondere die Lager und die Zahnräder.
In einem zweiten Arbeitsschritt 102a) wird ein Wert eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente 5 in Abhängigkeit des Werts der anliegenden Drehzahl und des Werts des anliegenden Drehmoments ermittelt und ein Wert eines Schädigungszustandes der wenigstens eine mechanische Komponente 5, welche durch Schädigungseinträge über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist, ermittelt. Vorzugsweise wird in einem dritten Arbeitsschritt 103a) ein maximaler anteiliger Schädigungszustand Dmax(t) für die wenigstens eine mechanische Komponente und/oder die wenigstens eine elektrische Komponente bereitgestellt.
In einem vierten Arbeitsschritt 104a) wird ein relativer Schädigungszustand Rj(t) auf der Grundlage des ermittelten Schädigungszustandes Dj(t) und des maximalen anteiligen Schädigungszustands Dmax(t) ermittelt, wobei der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert in Bezug auf den relativen Schädigungszustand definiert sind/ist.
Weiter wird in einem fünften Arbeitsschritt 105a) vorzugsweise geprüft, ob der Wert des Schädigungszustands einen ersten Grenzwert überschreitet.
In einem sechsten Arbeitsschritt 106a) wird vorzugsweise, falls der erste Grenzwert überschritten wird, ein Schwellenwert für einen von dem ersten Elektromotor EM1 und/oder von dem zweiten Elektromotor EM2 bereitgestelltes Drehmoment festgelegt, insbesondere in Abhängigkeit des durch das bereitgestellte Drehmoment verursachten Schädigungseintrags und/oder des Schädigungszustandes, wobei die elektrisch angetriebene Achse unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für die bereitgestellte Leistung geregelt wird.
Schließlich wird die elektrisch angetriebene Achse 1 in einem siebten Arbeitsschritt 107 unter Berücksichtigung des Schädigungszustandes der wenigstens einen mechanischen Komponente 5 geregelt.
Vorzugsweise wird die elektrisch angetriebene Achse 1 hierbei in der Weise geregelt, dass der relative Schädigungszustand und/oder der momentane Schädigungseintrag verschiedener Leistungsübertragungspfade 3, 4 zueinander berücksichtigt wird. Weiter vorzugsweise wird in der Weise geregelt, dass der relative Schädigungszustand verschiedener Leistungsübertragungspfade möglichst ausgeglichen ist.
Zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse 1 gibt es hierbei im Wesentlichen zwei Alternativen: Entweder wird eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade 3, 4 in der Weise angepasst, dass die wenigstens eine mechanische Komponente 5 nicht oder in definierter Weise beansprucht wird. Oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren EM1 , EM2 wird in der Weise angepasst, dass ebenfalls die mechanische Komponente nicht oder nur in definierter Weise beansprucht wird. Weiter vorzugsweise wird zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse entweder eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade in der Weise angepasst, dass jener Elektromotor EM1 , EM2, für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, an einem anderen Betriebspunkt mit einer anderen, insbesondere höheren Drehzahl betrieben werden kann, oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren in der Weise angepasst wird, dass jener Elektromotor EM1 , EM2, für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, weniger Drehmoment bereitstellen oder aufnehmen muss.
In dem zweiten Arbeitsschritt 102a) wird der Schädigungszustand vorzugsweise durch folgende Formeln ermittelt: j n - Tp dt oder
Sί ni Tf Ät
Hierbei ist n eine Drehzahl, T ein Drehmoment, Ät eine Zeitschrittweite und p ein Parameter, welcher eine Intensität des Schädigungseintrags für die wenigstens eine mechanische Komponente 5 angibt. Der Parameter p muss für jede mechanische Komponente 5 vorgegeben werden.
Wie in Fig. 4 dargestellt (rechter Ast), kann das Verfahren 100 zum Regeln der elektrischen Achse parallel auch für elektrische Komponenten (nicht im Detail dargestellt) durchgeführt werden. Diese elektrischen Komponenten sind zum Beispiel Bestandteile der Elektromotoren EM1 , EM2 oder der Wechselrichter 12a, 12b. lm Wesentlichen sind die Arbeitsschritte hierbei ähnlich wie in Bezug auf das Bestimmen des Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente 5, insbesondere ein Lager oder ein Zahnrad.
Auch hier werden in einem ersten Arbeitsschritt 101b) Werte einer Temperatur wenigstens einer elektrischen Komponente bestimmt.
In einem zweiten Arbeitsschritt 102b) wird ein Wert eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine elektrische Komponente in Abhängigkeit eines Werts der Temperatur und des Weiteren eines Schädigungszustands ermittelt, welcher sich aus dem Schädigungseintrag über einen vordefinierten Zeitraum ergibt. In einem dritten Arbeitsschritt 103b) wird auch für die Temperatur ein Referenz- Schädigungszustand für die wenigstens eine elektrische Komponente bereitgestellt.
In einem vierten Arbeitsschritt 104b) wird ein relativer Schädigungszustand der elektrischen Komponente 7 auf der Grundlage des ermittelten Schädigungszustands und des Referenz-Schädigungszustands ermittelt, wobei der zweite Grenzwert in Bezug auf den relativen Schädigungszustand definiert ist.
In einem fünften Arbeitsschritt 105b) wird vorzugsweise geprüft, ob der Wert des Schädigungszustands den zweiten Grenzwert überschreitet.
In einem sechsten Arbeitsschritt 106b) wird, falls der zweite Grenzwert überschritten wird, ein Schwellenwert für eine von der ersten Elektromotor EM1 und/oder zweiten Elektromotor EM2 bereitgestellte Leistung festgelegt, insbesondere in Abhängigkeit des durch die Temperatur verursachten Schädigungseintrags und/oder des Schädigungszustands, wobei die elektrisch angetriebene Achse unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für die bereitgestellte Leistung geregelt wird.
Wird der thermische Schädigungseintrag berücksichtigt, so wird die elektrisch angetriebene Achse 1 zusätzlich unter Berücksichtigung des Schädigungszustands der wenigstens einen elektrischen Komponente in dem siebten Arbeitsschritt 107 geregelt. Zusätzlich oder alternativ zum siebten Arbeitsschritt 107 kann in diesem Fall in einem achten Arbeitsschritt 108 vorgesehen sein, dass die wenigstens eine elektrische Komponente in Abhängigkeit des Werts der Temperatur gekühlt wird. In Bezug auf die elektrischen Komponenten bestehen also ebenfalls zwei Möglichkeiten, diese zu entlasten. Die eine besteht darin, für den Elektromotor, der die elektrische Komponente zugeordnet ist, die Leistung zu reduzieren. Die zweite besteht darin, die elektrische Komponente zu kühlen.
Des Weiteren kann, sofern dies leistungsmäßig möglich ist, einer der Leistungsübertragungspfade, in dem die betroffene elektrische Komponente sitzt, über ein vorgelagertes Getriebe, sofern dies schaltbar ist, weggeschaltet werden.
Figur 5a zeigt ein Diagramm eines Schädigungszustands D in Abhängigkeit von der Zeit. Die gestrichelte Linie Dmax(t) zeigt den maximalen anteiligen Schädigungszustand über die Zeit, wobei am Ende der gewünschten Lebensdauer der Komponente der als horizontale Linie dargestellte maximal empfohlene Schädigungszustand exakt erreicht wird (gestrichelte Linie: linearer Anstieg). Ein Überschreiten des maximal empfohlene Schädigungszustandes führt zu einer erhöhten Ausfallswahrscheinlichkeit. Dj(t) gibt hingegen den akkumulierten Schädigungseintrag, also den Schädigungszustand, der Komponente 5 in der Realität zum Zeitpunkt t wieder, das heißt, den aus den realen Belastungen durch Drehmoment und Drehzahl in Bezug auf die Komponente bestimmten Schädigungszustand. Diese Kurve Dj(t) ist monoton steigend. Wie das Diagramm zeigt, übersteigt dieser reale Schädigungszustand Dj(t) ab dem Zeitpunkt ti den zu diesem Zeitpunkt vorgesehenen maximalen anteiligen Schädigungszustand Dmax(t). Das Setzen von Maßnahmen zur Reduktion des Schädigungseintrags nach dem Zeitpunkt ti führt zu einem Abflachen der Kurve Dj(t). Die Kurve Dj(t) kann so wieder unter die Kurve Dmax(t) gebracht werden. Zum Zeitpunkt h fällt die Kurve des realen Schädigungszustands dann wieder unter den maximalen anteiligen Schädigungszustand Dmax(t2). Würde in dem Zeitraum zwischen ti und t2 keine Maßnahme gesetzt, würde die Kurve Di(t) nicht abflachen und der maximal empfohlene Schädigungszustand vor Ablauf der gewünschten Lebensdauer (z.B. 20 Jahre wie im Beispiel) erreicht werden. Eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponente 5 vor Ablauf der gewünschten Lebensdauer ist gegeben.
In Figur 5a beträgt die gewünschte Lebensdauer beispielsweise zwanzig Jahre.
In Figur 5b ist der relative Schädigungszustand Rj(t) in einem Diagramm entsprechend der Zeitschiene von Figur 5a dargestellt.
Der relative Schädigungszustand Rj(t) ergibt sich dabei aus einer Division des realen Schädigungszustands Dj(t) durch den jeweiligen maximalen anteiligen Schädigungszustand zu einem bestimmten Zeitpunkt t.
Der Zeitraum zwischen ti und t2 zeichnet sich dadurch aus, dass der relative Schädigungszustand R über 1 steigt. Dies sollte verhindert werden, um einem verfrühten Ausfall der Komponente vorzubeugen. Entsprechend werden vorzugsweise Grenzwerte Rinc und Rdec definiert, in Figur 5b durch gestrichelte Linien dargestellt, ab denen Maßnahmen ergriffen oder zurückgenommen werden, um den weiteren Schädigungseintrag zu reduzieren. So müssen ab dem Grenzwert Rinc, welcher den maximal gewünschten relativen Schädigungszustand angibt,
Maßnahmen zur Reduzierung des Schädigungseintrags ergriffen oder verstärkt werden. Rdec gibt hingegen jenen Wert des relativen Schädigungszustands an, unter dem Maßnahmen zur Reduzierung des Schädigungseintrags reduziert werden können. Beide Grenzwerte Rinc und Rdec liegen vorzugsweise unter R = 1 . Wenn der Wert des relativen Schädigungszustands Rj(t) über 1 ansteigt, kann vorgesehen sein, dass beispielsweise eine Warnlampe aktiviert wird. Diese zeigt an, dass die Komponente bis zum jetzigen Zeitpunkt überdurchschnittlich belastet wurde.
Ein Schädigungszustand Dmax(t) stellt mithin einen zeitlich abhängigen Grenzwert für den Schädigungszustand dar. Der Wert ist dabei für jede Komponente (j) unterschiedlich
In der Figur 5b entspricht der Wert R = 1 diesem Grenzwert. Figur 6 stellt einen Prozess dar, um einen Schwellenwert für ein von einem Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment oder auch eine bereitgestellte Leistung in Abhängigkeit von Grenzwerten für den Schädigungszustand festzulegen.
Hierbei bezeichnet j jeweils die betrachtete Komponente.
Figur 6 zeigt einen Prozess zur Festlegung eines Schwellenwerts für ein von dem ersten Elektromotor EM1 oder von dem zweiten Elektromotor EM2 bereitzustellendes Drehmoment. Die Maßnahmen sollen dabei eine Überlastung der mechanischen Komponenten 5 und/oder der elektrischen Komponenten der elektrisch angetriebenen Achse entgegenwirken. Wie im Vorhergehenden beschrieben, kann es sich bei den Maßnahmen um einen Schwellenwert für ein von dem ersten Elektromotor EM1 oder von dem zweiten Elektromotor EM2 bereitzustellendes Drehmoment handeln oder auch um einen Schaltvorgang der den Betriebspunkt des ersten Elektromotors EM1 oder des zweiten Elektromotor EM2 zu höheren Drehzahlen verschiebt, oder den jeweiligen Elektromotor völlig wegschaltet oder um ein Kühlen der mechanischen Komponenten 5 und/oder der elektrischen Komponenten handeln.
Der Prozess wird in Bezug auf eine Drehmoment-Limitierung erläutert. Es ist für den Fachmann jedoch offensichtlich, dass dieser Prozess auch auf andere Maßnahmen übertragen werden kann.
Im folgenden Prozess bezeichnet Tmax das maximal mögliche Drehmoment am Elektromotor EM1 bzw. EM2 des betrachteten Leistungspfades. Sei die Komponente j eine der Komponenten von Interesse im betrachteten Leistungspfad, so bezeichnet Tj einen Vorschlag für eine Drehmomentlimitierung aufgrund des aktuellen relativen Schädigungszustandes dieser Komponente j. Am Elektromotor wird schließlich die Drehmomentlimitierung Tnm umgesetzt. Diese wird basierend auf den Limitierungsvorschlägen Tj aller Komponenten j von Interesse gewählt. Es gilt also einerseits, dass Tüm kleiner oder gleich Tj ist, andererseits ist Tnm auch immer kleiner oder gleich Tmax. Zum Start des Prozesses bei t = 0 besteht kein Drehmomentlimitierungsvorschlag Tj in Bezug auf irgendeine Komponente j. Daher gilt zu diesem Zeitpunkt für alle Komponenten, Tj = Tnm = Tmax. D.h., es liegt keine aktive Drehmomentlimitierung aufgrund eines Drehmomentlimitierungsvorschlags irgendeiner Komponente j vor und beide Elektromotoren EM1 und EM2 können jeweils mit ihrem maximalem Drehmoment Tmax betrieben werden, sofern dies notwendig ist. In einem ersten Prozessschritt wird der aktuelle relative Schädigungszustand Rj in Bezug auf alle Komponenten j abgefragt. Da zu diesem Zeitpunkt noch keine Maßnahme zur Drehmomentlimitierung ergriffen wurde, bewegt man sich auf dem rechten Ast des Blockdiagramms. Nun wird geprüft, ob der aktuelle relative Schädigungszustand Rj größer ist als der maximal gewünschte relative Schädigungszustand Rinc, bei dem Maßnahmen eingeführt oder erhöht werden müssen. Ist dies der Fall, wird eine neue Maßnahme in Bezug auf die Komponente festgelegt, im vorliegenden Fall ein Drehmomentlimitierungsvorschlag Tj. Ist der relative Schädigungszustand Rj dagegen kleiner als der Grenzwert Rinc, so wird keine Maßnahme ergriffen. Der Drehmomentlimitierungsvorschlag in Bezug auf die Komponente Tj ist damit weiter gleich dem maximal möglichen Moment Tmax an dem jeweiligen Elektromotor EM1 , EM2, welcher den jeweiligen Leistungsübertragungspfad 3, 4 antreibt.
Diese Überprüfung wird für alle Komponenten eines Leistungsübertragungspfads 3,
4 durchgeführt. Die aktive Drehmomentlimitierung Tiim für diesen Leistungsübertragungspfad wird dann auf den minimal festgestellten
Drehmomentlimitierungsvorschlag Tj einer Komponente j eingestellt. Danach beginnt der Prozess wiederum von vorn. Da nun eine Maßnahme, d.h. eine aktive Drehmomentlimitierung Tiim vorliegt, geht der Prozess auf dem linken Ast weiter. Nun wird der aktuelle relative Schädigungszustand Rj vorzugsweise mit drei verschiedenen Grenzwerten verglichen. Hierbei ist Rinc, wie bereits erläutert, der maximal gewünschte relative Schädigungszustand, bei dem Maßnahmen eingeführt oder verstärkt werden müssen.
Rdec ist der relative Schädigungszustand, unter dem Maßnahmen reduziert werden können. Rmin ist der relative Schädigungszustand, unter dem keine Maßnahmen erforderlich sind.
Hierbei gilt folgender Zusammenhang:
Rinc > Rdec > Rmin Ist der aktuelle relative Schädigungszustand Rj größer als Rinc, so muss die Maßnahme erhöht werden, im Falle des Drehmoments bedeutet dies, dass der Schwellenwert für die Drehmomentlimitierung Tj herabgesetzt werden muss.
Ist der aktuelle relative Schädigungszustand Rj kleiner als Rmin, so können die Maßnahmen in Bezug auf diese Komponente aufgehoben werden. In diesem Fall gilt in Bezug auf diese Komponente wiederum, dass das maximale Drehmoment Tmax des jeweiligen Elektromotors EM1 , EM2 bereitgestellt werden kann.
In dem Fall, in dem der aktuelle relative Schädigungszustand Rj kleiner ist als Rdec, aber größer als Rinc, so kann die jeweilige Maßnahme reduziert werden. Im Falle einer Drehmomentlimitierung bedeutet dies, dass der Schwellenwert heraufgesetzt werden kann.
Ist der aktuelle relative Schädigungszustand Rj kleiner als Rinc, aber größer als Rdec, so sollte die Maßnahme in Bezug auf die Komponente j unverändert belassen werden.
Auch dieser Teilprozess wird für alle Komponenten j wiederholt. Die aktive Drehmomentlimitierung Tüm wird dann für jeden Leistungsübertragungspfad 3, 4 so eingestellt, dass sie dem jeweiligen Schwellenwert der stärksten Maßnahme für eine Komponente j in dem jeweiligen Leistungsübertragungspfad 3, 4 entspricht. In Bezug auf das Drehmoment bedeutet dies, dass die aktive Drehmomentlimitierung Tüm den Minimalwert der Drehmomentlimitierungsvorschläge Tj über alle Komponenten j entspricht. Figur 7 zeigt zwei Diagramme, in welchen jeweils die Motorkennlinie des ersten Elektromotors EM1 und des zweiten Elektromotors EM2 eingezeichnet sind. Hierbei ist jeweils das Drehmoment über der Motordrehzahl aufgetragen.
Anhand der beiden Diagramme kann eine Drehmomentaufteilung zwischen dem ersten Elektromotor EM1 und dem zweiten Elektromotor EM2 bei einer vorgegebenen Leistung und vorgegebenen Drehzahlen m, n2 an den beiden Elektromotoren EM1 , EM2 ermittelt werden. Hierbei existiert für den ersten Elektromotor EM1 bzw. für den ersten Leistungsübertragungspfad 3, welchen diese bedient, eine aktive Drehmomentlimitierung Tüm. Entsprechend können nur solche Paarungen der Drehmomentaufteilungen gewählt werden, bei welchen das von dem ersten Elektromotor EM1 bereitgestellte Drehmoment unter Tüm liegt. Ansonsten wird die Drehmomentaufteilung vorzugsweise so gewählt, dass sich ein in Bezug auf die Effizienz der elektrisch angetriebenen Achse 1 optimierter Betrieb einstellt. Figur 8 stellt einen Prozess dar, mit welchem eine solche Drehmomentaufteilung unter Berücksichtigung der Gesamteffizienz des Systems gewählt wird.
Die Vorgaben für diesen Prozess sind ein geforderter Lastpunkt am Abtrieb 2a, 2b, insgesamt und eine mögliche aktive Drehmomentlimitierung Tnm in einem oder beiden der Leistungsübertragungspfade 3, 4. Gibt es eine Drehmomentlimitierung T iim, so wird die Drehmomentaufteilung mit Fokus auf Effizienz und unter
Berücksichtigung der aktiven Drehmomentlimitierung Tnm bestimmt. Gibt es hierfür keine Lösung, so wird dagegen die Drehmomentaufteilung mit Fokus auf Effizienz und ohne Berücksichtigung einer Drehmomentlimitierung bestimmt.
Gleiches gilt, wenn von vornherein keine aktive Drehmomentlimitierung Tüm vorlag. Figur 9 zeigt anhand von vier Diagrammen (a), (b), (c) (d), welche ein Drehmoment über der Zeit darstellen, ein konkretes Beispiel, in welchem eine Regelstrategie nach Fig. 8 zum Einsatz kommt. Die Figuren 9a und 9b stellen hierbei jeweils zeitdiskret bereitgestellte Drehmomente dar, welche von dem ersten Elektromotor EM1 bereitgestellt werden.
Die Figuren 9c und 9d stellen hingegen jene Werte des Drehmoments dar, welche durch den zweiten Elektromotor EM2 bereitgestellt werden. In den Figuren 9a und 9c existiert hierbei keine aktive Drehmomentlimitierung Tnm. In den Figuren 9b und 9d existiert hingegen eine Drehmomentlimitierung Tnm für den ersten Elektromotor EM1.
Überschreitet ein an dem ersten Elektromotor EM1 angefordertes Drehmoment eine aktive Drehmomentlimitierung Tnm in Bezug auf diesen ersten Elektromotor EM1 oder auf den ersten Leistungsübertragungspfad 3, so wird das übermäßig angeforderte Drehmoment, wie in den Figuren 9b und 9d dargestellt, dem zweiten Elektromotor EM2 aufgebürdet. Dieser muss während den bezeichneten Zeitpunkten ti, t2, t3 ein größeres Drehmoment T liefern, damit der erste Elektromotor EM1 sein bereitgestelltes Drehmoment T reduzieren kann. Zu den späteren Zeitpunkten t4, te, t6 ist dies nicht mehr möglich, da der zweite Elektromotor EM2 ebenfalls bereits am Leistungslimit bzw. Drehmomentlimit Tmax liefert. In diesem Fall wird vorzugsweise, um das geforderte Drehmoment bereitstellen zu können, von einer Drehmomentumverteilung abgesehen und die aktive Drehmomentlimitierung Tnm ignoriert.
Figur 10 zeigt ein System 20 zum Regeln einer elektrisch angetriebenen Achse 1 mit zwei Elektromotoren EM1 , EM2.
Ein solches System 20 weist vorzugsweise Mittel 21 , insbesondere Sensoren, zum Bestimmen von Werten einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente 5 der Leistungsübertragungspfade 3, 4 und/oder der Elektromotoren EM1 , EM2 anliegen. Des Weiteren weist ein solches System 20 vorzugsweise Mittel 22 zum Ermitteln eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente 5 in Abhängigkeit des Wertes der anliegenden Drehzahl und des Werts des anliegenden Drehmoments und Ermitteln eines Werts eines Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente 5, welcher durch Schädigungseintrag über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist. Schließlich weist ein solches System 20 vorzugsweise Mittel 23 zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse 1 unter Berücksichtigung des Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente 5 auf.
Ein Mittel im Sinne der Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien, aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann.
Vorzugsweise weist das System 20 weitere Mittel auf, um weitere Arbeitsschritte des Verfahrens 100 auszuführen. Weiter vorzugsweise sind wenigstens einige der Mittel, insbesondere das ganze System 20, in den E-Achsenregler 14 integriert. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einem Ausführungsbeispiel gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diese äquivalenten Merkmalsbeschreibungen ergibt.

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren (100) zum Regeln von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1 a, 1 b) eines Fahrzeugs, mit jeweils einem Elektromotor (EM1 , EM2), wobei der erste Elektromotor (EM1) mit einem ersten Abtrieb (2a) über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad (3) verbunden ist und der zweite Elektromotor (EM2) mit einem zweiten Abtrieb (2b) über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad (4) verbunden ist, oder zum Regeln von einer elektrisch angetriebenen Achse (1) mit zwei Elektromotoren (EM1 , EM2), welche gemeinsam einen Abtrieb antreiben, wobei der erste Elektromotor (EM1) mit dem Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad (3) verbunden ist und der zweite Elektromotor (EM2) mit dem Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad (4) verbunden ist, folgende Arbeitsschritte aufweisend:
Bestimmen (101a) von Werten einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente (5) der Leistungsübertragungspfade (3,4) und/oder der Elektromotoren (EM1 , EM2) anliegen;
Ermitteln (102a) eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente (5) in Abhängigkeit des Wertes der anliegenden Drehzahl und des Werts des anliegenden Drehmoments und Ermitteln eines Werts eines Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5), welcher durch Schädigungseinträge über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist;
Regeln (107), im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), der elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1), der elektrisch angetriebenen Achse (1) unter Berücksichtigung des Schädigungszustands oder des relativen Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), die elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) in der Weise geregelt werden oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1 ) die elektrisch angetriebene
Achse (1 ) in der Weise geregelt wird, dass der Schädigungszustand oder der relative Schädigungszustand verschiedener Leistungsübertragungspfade (3, 4) zueinander berücksichtigt wird, insbesondere dass der Schädigungszustand oder der relative Schädigungszustand verschiedener Leistungsübertragungspfade (3, 4) möglichst ausgeglichen ist.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1 ), zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse (1) entweder eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade (3, 4) in der Weise angepasst wird oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren (EM1 , EM2) in der
Weise angepasst wird, dass die wenigstens eine mechanische Komponente (5) nicht beansprucht wird.
4. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Prüfen (105a), ob der aktuelle Wert des Schädigungszustands oder des relativen Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5) einen ersten Grenzwert überschreitet; und Festlegen (106a), falls der erste Grenzwert überschritten wird, eines Schwellenwerts für ein von dem ersten Elektromotor (EM1 ) bereitgestelltes Drehmoment und/oder ein von dem zweiten Elektromotor (EM2) bereitgestelltes Drehmoment, insbesondere in Abhängigkeit des durch das bereitgestellte Drehmoment verursachten Schädigungseintrags, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), die elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für das Drehmoment geregelt werden oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1 ), die elektrisch angetriebene Achse (1) unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für das Drehmoment geregelt wird.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1 a, 1b), zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1 b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1 ), zum Regeln der elektrisch angetriebenen Achse (1) entweder eine Übersetzung in wenigstens einem der beiden Leistungsübertragungspfade (3, 4) in der Weise angepasst wird, dass jener Elektromotor (EM 1 ; EM 2), für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, in einem anderen Betriebspunkt mit einer anderen, insbesondere höheren, Drehzahl betrieben werden kann, oder eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Elektromotoren (EM1 , EM2) in der Weise angepasst wird, dass jener Elektromotor (EM1 , EM2), für welchen der Schwellenwert festgelegt ist, weniger Drehmoment bereitstellen oder aufnehmen muss.
6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schädigungszustand wie folgt ermittelt wird: oder wobei n eine Drehzahl, T ein Drehmoment, DI eine Zeitschrittweite und p ein Parameter ist, welcher eine Intensität des Schädigungseintrags für die wenigstens eine mechanische Komponente (5) angibt, wobei der Parameter p für jede mechanische Komponente (5) vorgegeben ist.
7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:
Bestimmen (101b) von Werten einer Temperatur wenigstens einer elektrischen Komponente (7);
Ermitteln (102b) eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine elektrische Komponente (7) in Abhängigkeit eines Werts der Temperatur und eines Schädigungszustands, welcher sich aus dem Schädigungseintrag über einen vordefinierten Zeitraum ergibt, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), die elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1), die elektrisch angetriebene Achse (1) zusätzlich unter Berücksichtigung des Schädigungszustands der wenigstens einen elektrischen Komponente (7) geregelt werden.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, des Weiteren die folgenden Arbeitsschritte aufweisend:
Prüfen (105b), ob der aktuelle Wert des Schädigungszustands oder des relativen Schädigungszustands einer elektrischen Komponente (7) einen zweiten Grenzwert überschreitet;
Festlegen (106b), falls der zweite Grenzwert überschritten wird, eines Schwellenwerts für eine von dem ersten Elektromotor (EM1) und/oder von dem zweiten Elektromotor (EM2) bereitgestellte Leistung, insbesondere in Abhängigkeit des durch die Temperatur verursachten Schädigungseintrags, wobei, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1 b), die elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1 b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1 ), die elektrisch angetriebene Achse (1 ) unter Berücksichtigung des Schwellenwerts für die bereitgestellte Leistung geregelt werden.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:
Kühlen (108) der wenigstens einen elektrischen Komponente (7) in Abhängigkeit des Werts der Temperatur.
10. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:
Bereitstellen (103a, 103b) eines maximalen anteiligen Schädigungszustands (Dmax(t)) für die wenigstens eine mechanische Komponente (5) und/oder die wenigstens eine elektrische Komponente (7); und
Ermitteln (103a, 103b) eines relativen Schädigungszustands (Rj(t)) auf der Grundlage des ermittelten Schädigungszustands (Dj(t)) und des maximalen anteiligen Schädigungszustands (Dmax(t)), wobei der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert in Bezug auf den relativen Schädigungszustand definiert ist.
11 . Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei beim Regeln der beiden Elektromotoren des Weiteren, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1 a, 1 b), eine Effizienz der elektrisch angetriebenen Achsen (1 a, 1 b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1), eine Effizienz der elektrisch angetriebenen Achse (1 ) berücksichtigt wird, wobei Paare von Betriebspunkten der ersten und zweiten Elektromotoren (EM1 , EM2) in der Weise gewählt werden, dass sich unter Einhaltung des Schwellenwerts für das Drehmoment und/oder des Schwellenwerts für die Leistung an wenigstens einem der beiden Elektromotoren (EM1 , EM2) ein im Hinblick auf die Effizienz optimierter Betrieb einstellt.
12. System (20) zum Regeln von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) eines Fahrzeugs, mit jeweils einem Elektromotor (EM1 , EM2), wobei der erste Elektromotor (EM1) mit einem ersten Abtrieb (2a) über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad (3) verbunden ist und der zweite Elektromotor (EM2) mit einem zweiten Abtrieb (2b) über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad (4) verbunden ist, oder zum Regeln von einer elektrisch angetriebenen Achse (1) mit zwei Elektromotoren (EM1 , EM2), welche gemeinsam einen Abtrieb antreiben, wobei der erste Elektromotor (EM1) mit dem Abtrieb über wenigstens einen ersten Leistungsübertragungspfad (3) verbunden ist und der zweite Elektromotor (EM2) mit dem Abtrieb über wenigstens einen zweiten Leistungsübertragungspfad (4) verbunden ist, aufweisend:
Mittel (21) zum Bestimmen von Werten einer Drehzahl und eines Drehmoments, welche an wenigstens einer mechanischen Komponente (5) der Leistungsübertragungspfade (3,4) und/oder der Elektromotoren (EM1 , EM2) anliegen;
Mittel (22) zum Ermitteln eines Werts eines Schädigungseintrags in Bezug auf die wenigstens eine mechanische Komponente (5) in Abhängigkeit des Wertes der anliegenden Drehzahl und des Werts des anliegenden Drehmoments und Ermitteln eines Werts eines Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5), welcher durch Schädigungseintrag über einen vordefinierten Zeitraum entstanden ist;
Mittel (23) zum Regeln, im Fall von zwei elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b), der elektrisch angetriebenen Achsen (1a, 1b) oder, im Fall von einer elektrisch angetriebenen Achse (1), der elektrisch angetriebenen Achse (1) unter Berücksichtigung des Schädigungszustands der wenigstens einen mechanischen Komponente (5).
13. Fahrzeug mit einem System (20) nach Anspruch 12.
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