WO2012152349A2 - Antriebsregelsystem für elektrofahrzeuge - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a drive control system for electric vehicles according to the preamble of patent claim 1.
  • the drive concept of electric vehicles can be designed so that each drive wheel is assigned a drive motor.
  • electrical machines are used for this purpose, which can be operated as a drive motor and as a generator. In generator mode, the electric machines generate a braking torque on the drive wheels and feed an electrical energy store.
  • a driving dynamics control device provided for this purpose can ensure, in particular, that excessive slip on the drive wheels is avoided with maximum acceleration or full braking and thus the driving stability for the vehicle is maintained even in such boundary regions.
  • a driving force control system for four-wheel drive vehicles is known in which wheel sensors for speed measurement are provided on each drive wheel.
  • the speed signals of the wheel sensors are taken into account in the control of the hybrid drive consisting of an internal combustion engine and an electric motor.
  • the invention has for its object to provide a drive control system for electric vehicles, in which no wheel sensors are required to determine the speeds of the drive wheels.
  • the drive control system uses the integrated in each electric machine encoders, which are designed as encoders or angle encoders to determine the rotational speed of the drive wheels.
  • the encoder signal is for this purpose transmitted to a vehicle dynamics control device. If the encoder signal is not a rotational speed signal but a rotational angle signal, then the rotational speed of the associated drive wheel is determined from the continuously transmitted rotational angle in the vehicle dynamics control device. A rotation angle of 360 ° is known to correspond to one revolution of the rotor of the electric machine.
  • the driving dynamics control device preferably comprises an anti-lock braking system (ABS) and a traction control system (ASR) as well as a processor unit, which may be part of the engine control.
  • ABS anti-lock braking system
  • ASR traction control system
  • the evaluation of the transmitter signal, which is transmitted from each electric machine to the vehicle dynamics control device, can be processed by the anti-lock braking system, by the traction control system and / or the processor unit, wherein the encoder signal can be converted into a suitable format for each regulatory purposes.
  • Each control unit therefore has the fastest possible access to the speed signal required for control purposes.
  • the processor unit can also be provided for converting the encoder signal into a speed signal, in order then to transmit the speed signal to further control and regulation units, for example to the anti-lock brake system and / or to the traction control system.
  • a format conversion of the encoder signal takes place only in the processor unit.
  • the drive control system according to the invention has the particular advantage that it is possible to completely save the conventional wheel sensors for speed determination. Furthermore, however, it is also possible to provide a redundant sensor system with additional wheel sensors for the rotational speed measurement in order to enable fault monitoring for the individual sensors and for the encoders.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing in Figure 1.
  • FIG. 1 The block diagram of a drive control system illustrated in FIG. 1 shows, by way of example, two drive wheels AR1 and AR2 driven by electrical machines M1 and M2, which can be, for example, the individually driven front wheels of a four-wheeled electric vehicle.
  • the electrical machines M1 and M2 can be designed as asynchronous machines and are controlled by associated converters U1 and U2, which receive their control signals from a vehicle dynamics control device 1 via a control line 2. On the other hand, via the control line 2 in each case a transmitter signal from an encoder G1 and an encoder G2 to the vehicle dynamics control device 1 is transmitted. Both encoders G1, G2 are integrated in the electrical machines M1, M2 and are designed as rotary encoders or angle encoders. Each of the encoders G1, G2 thus transmits a speed signal or an angle signal to the vehicle dynamics control device 1, in which this signal can be used for control purposes.
  • the driving dynamics control device 1 comprises in the illustrated embodiment, an anti-lock braking system ABS and traction control ASR and a processor unit CPU, which are connected via the control line 2, which is preferably designed as a data bus with each other.
  • the driving dynamics control device 1 can be designed so that each of the units contained in it can independently perform a processing of the encoder signals.
  • the encoder signals in the processor unit CPU are converted into a suitable format and then supplied to the devices ABS and ASR.
  • the encoders G1, G2 are designed as angle encoders, then in this case the CPU from the angle signal, which indicates the circulating per unit time angle of the rotors located in the electric machines M1, M2, the speed of the rotors and thus determine the speed of the drive wheels AR1, AR2.
  • wheel sensors 4, 5 may be connected to tap directly on the drive wheels AR1, AR2 speed signals. These speed signals can then be used as redundant information for monitoring purposes or for fault diagnosis.
  • the function of the encoders G1, G2 and the wheel sensors 4, 5 can be monitored by comparing the signals supplied by them. If a too large signal deviation is detected, an error information can be derived therefrom.
  • the inverters U1, U2 are connected to the supply voltage U v and convert the DC voltage U v into a 3-phase supply voltage for the electrical machines M1 and M2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsregelsystem für Elektrofahrzeuge mit Einzelradantrieb, bei dem jedes Antriebsrad (AR1, AR2) von einer elektrischen Maschine (M1, M2) angetrieben wird, mit wenigstens einer Fahrdynamik- Regeleinrichtung (1) zur drehzahlabhängigen Steuerung der elektrischen Maschinen (M1, M2), wobei ein in jeder elektrischen Maschine (M1, M2) integrierter Geber (G1, G2), der als Drehgeber oder Winkelgeber ausgebildet ist, die aktuelle Drehzahl oder den Drehwinkel des Rotors der elektrischen Maschine (M1, M2) als Gebersignal an die Fahrdynamik-Regeleinrichtung (1) übermittelt.

Description

Beschreibung Antriebsregelsvstem für Elektrofahrzeuqe
Die Erfindung betrifft ein Antriebsregelsystem für Elektrofahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Antriebskonzept von Elektrofahrzeugen kann so ausgebildet sein, dass jedem Antriebsrad ein Antriebsmotor zugeordnet ist. Als Antriebsmotoren werden hierfür elektrische Maschinen verwendet, die als Antriebsmotor und auch als Generator betrieben werden können. Im Generatorbetrieb erzeugen die elektrischen Maschinen ein Bremsmoment an den Antriebsrädern und speisen dabei einen elektrischen Energiespeicher.
Je nach Fahrsituation werden in Abhängigkeit von Fahrzeug-Betriebsparametern die Drehzahlen der verwendeten elektrischen Maschinen für jedes Antriebsrad individuell gesteuert. Eine hierfür vorgesehene Fahrdynamik- Regeleinrichtung kann dabei insbesondere sicherstellen, dass bei einer maximalen Beschleunigung oder einer Vollbremsung ein zu großer Schlupf an den Antriebsrädern vermieden wird und somit auch in derartigen Grenzbereichen die Fahrstabilität für das Fahrzeug erhalten bleibt.
Aus der DE 101 35 192 A1 ist ein Antriebskraftregelsystem für Allradfahrzeuge bekannt, bei dem an jedem Antriebsrad Radsensoren zur Drehzahlmessung vorgesehen sind. In einer zentralen Steuereinheit werden die Drehzahlsignale der Radsensoren bei der Steuerung des aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor bestehenden Hybridantriebs berücksichtigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsregelsystem für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, bei dem zur Bestimmung der Drehzahlen der Antriebsräder keine Radsensoren erforderlich sind.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 verwendet das Antriebsregelsystem die in jeder elektrischen Maschine integrierten Geber, die als Drehgeber oder Winkelgeber ausgebildet sind, um die Drehzahl an den Antriebsrädern zu bestimmen. Das Gebersignal wird hierzu an eine Fahrdynamik-Regeleinrichtung übermittelt. Ist das Gebersignal dabei kein Drehzahlsignal, sondern ein Drehwinkelsignal, so wird aus dem laufend übertragenen Drehwinkel in der Fahrdynamik-Regeleinrichtung die Drehzahl des zugehörigen Antriebsrads ermittelt. Ein Drehwinkel von 360° entspricht dabei bekanntlich einer Umdrehung des Rotors der elektrischen Maschine. Aus der für eine Winkeldrehung von zum Beispiel 360° benötigten Umlaufzeit kann dann auf die Drehzahl geschlossen werden, die mit der Drehzahl des zugehörigen Antriebsrads identisch ist, wenn eine direkte Kopplung ohne zwischengeschaltetes Getriebe vorliegt. Sofern ein Getriebe zwischengeschaltet ist müsste dann natürlich das Übersetzungsverhältnis zur Bestimmung der Drehzahl des jeweiligen Antriebsrads berücksichtigt werden.
Durch die Verwendung des in der jeweiligen elektrischen Maschine vorhandenen Drehgebers oder Winkelgebers zur Bestimmung der Drehzahl der Antriebsräder, kann auf den Einsatz zusätzlicher Radsensoren verzichtet werden. Dadurch ergibt sich ein geringerer Materialbedarf und zusätzlich eine Einsparung von Montagezeiten. Außerdem kann von den in den elektrischen Maschinen verwendeten Gebern eine präzisere Bestimmung der Drehzahl erfolgen, als dies mit herkömmlichen Radsensoren der Fall ist. Insbesondere bei geringen Fahrgeschwindigkeiten sind herkömmliche Radsensoren oftmals sehr ungenau.
Die Fahrdynamik-Regeleinrichtung umfasst vorzugsweise ein Antiblockiersystem (ABS) und eine Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie eine Prozessoreinheit, die Teil der Motorsteuerung sein kann. Die Bewertung des Gebersignals, welches von jeder elektrischen Maschine an die Fahrdynamik- Regeleinrichtung übermittelt wird, kann dabei vom Antiblockiersystem, von der Antriebsschlupfregelung und/oder der Prozessoreinheit verarbeitet werden, wobei das Gebersignal in ein zu Regelzwecken jeweils geeignetes Format umgewandelt werden kann. Jede Steuer- und Regeleinheit hat somit einen schnellstmöglichen Zugriff auf das zu Regelzwecken erforderliche Dreh- zahlsignal.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Prozessoreinheit auch dafür vorgesehen sein, dass diese das Gebersignal in ein Drehzahlsignal umwandelt, um das Drehzahlsignal dann an weitere Steuer- und Regeleinheiten, beispielsweise an das Antiblockiersystem und/oder an die Antriebsschlupfregelung, zu übermitteln. In diesem Fall erfolgt eine Formatumwandlung des Gebersignals nur in der Prozessoreinheit.
Das erfindungsgemäße Antriebsregelsystem hat vor allem den Vorteil, dass die Möglichkeit besteht, die konventionellen Radsensoren zur Drehzahlbestimmung ganz einsparen zu können. Weiterhin besteht aber auch die Möglichkeit, für die Drehzahlmessung eine redundante Sensorik mit zusätzlichen Radsensoren vorzusehen, um eine Fehlerüberwachung für die Einzelsensoren und für die Geber zu ermöglichen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild eines Antriebsregelsystems zeigt beispielhaft zwei von elektrischen Maschinen M1 und M2 angetriebene Antriebsräder AR1 und AR2, wobei es sich beispielsweise um die einzeln angetriebenen Vorderräder eines vierrädrigen Elektrofahrzeugs handeln kann.
Die elektrischen Maschinen M1 und M2 können als Asynchronmaschinen ausgebildet sein und werden von zugeordneten Umrichtern U1 und U2 gesteuert, die ihre Steuersignale von einer Fahrdynamik-Regeleinrichtung 1 über eine Steuerleitung 2 erhalten. Andererseits wird über die Steuerleitung 2 jeweils ein Gebersignal von einem Geber G1 und einem Geber G2 zur Fahrdynamik-Regeleinrichtung 1 übertragen. Beide Geber G1 , G2 sind in den elektrischen Maschinen M1 , M2 integriert und sind als Drehgeber oder Winkelgeber ausgebildet. Jeder der Geber G1 , G2 überträgt somit ein Drehzahlsignal oder ein Winkelsignal an die Fahrdynamik-Regeleinrichtung 1 , in der dieses Signal zu Steuer- und Regelzwecken verwendet werden kann. Die Fahrdynämik-Regeleinrichtung 1 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Antiblockiersystem ABS und eine Antischlupfregelung ASR sowie eine Prozessoreinheit CPU, die über die Steuerleitung 2, die vorzugsweise als Datenbus ausgebildet ist, miteinander in Verbindung stehen. Die Fahrdynamik-Regeleinrichtung 1 kann so ausgebildet sein, dass jede der in ihr enthaltenen Einheiten eigenständig eine Verarbeitung der Gebersignale durchführen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Gebersignale in der Prozessoreinheit CPU in ein geeignetes Format umgewandelt und dann den Einrichtungen ABS und ASR zugeführt werden. Sind die Geber G1 , G2 als Winkelgeber ausgebildet, so kann in diesem Fall die CPU aus dem Winkelsignal, welches den pro Zeiteinheit umlaufenden Winkel der in den elektrischen Maschinen M1 , M2 befindlichen Rotoren angibt, die Drehzahl der Rotoren und damit die Drehzahl der Antriebsräder AR1 , AR2 bestimmen.
Mit unterbrochenen Linien 3 ist angedeutet, dass an die Steuerleitung 2 und somit an die Fahrdynamik-Regeleinrichtung 1 zusätzlich auch Radsensoren 4, 5 angeschlossen sein können, um direkt an den Antriebsrädern AR1 , AR2 Drehzahlsignale abzugreifen. Diese Drehzahlsignale können dann als redundante Information zu Überwachungszwecken bzw. zur Fehlerdiagnose verwendet werden. Insbesondere kann die Funktion der Geber G1 , G2 und der Radsensoren 4, 5 durch einen Vergleich der von ihnen gelieferten Signale überwacht werden. Wird dabei eine zu große Signalabweichung festgestellt, kann daraus eine Fehlerinformation abgeleitet werden.
Die Umrichter U1 , U2 sind an die Versorgungsspannung Uv angeschlossen und wandeln die Gleichspannung Uv in eine 3-Phasen-Versorgungsspannung für die elektrischen Maschinen M1 und M2 um.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsregelsystem für Elektrofahrzeuge mit Einzelradantrieb, bei dem jedes Antriebsrad (AR1 , AR2) von einer elektrischen Maschine (M1 , M2) angetrieben wird, mit wenigstens einer Fahrdynamik-Regeleinrichtung (1 ) zur drehzahlabhängigen Steuerung der elektrischen Maschinen (M1 , M2), dadurch gekennzeichnet, dass ein in jeder elektrischen Maschine (M1 , M2) integrierter Geber (G1 , G2), der als Drehgeber oder Winkelgeber ausgebildet ist, die aktuelle Drehzahl oder den Drehwinkel des Rotors der elektrischen Maschine (M1 , M2) als Gebersignal an die Fahrdynamik- Regeleinrichtung (1 ) übermittelt.
2. Antriebsregelsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdynamik-Regeleinrichtung (1 ) ein Antiblockiersystem (ABS) enthält.
3. Antriebsregelsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdynamik-Regeleinrichtung (1 ) eine Antriebsschlupfregelung (ASR) enthält.
4. Antriebsregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdynamik-Regeleinrichtung (1 ) eine Prozessoreinheit (CPU) enthält, die das von dem jeweiligen Geber (G1 , G2) übermittelte Gebersignal in ein zu Regelzwecken geeignetes Format umwandelt.
5. Antriebsregelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (CPU) das als Winkelsignal vorliegende Gebersignal in ein Drehzahlsignal umwandelt.
6. Antriebsregelsystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (CPU) das umgewandelte Gebersignal an das Antiblockiersystem (ABS) und/oder an die Antriebsschlupfregelung (ASR) übermittelt.
7. Antriebsregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Antriebsrad (AR1 , AR2) ein Radsensor (4, 5) zur Drehzahlmessung vorgesehen ist, und dass die mittels Radsensor (4, 5) bestimmte Drehzahl mit der aus dem Gebersignal der zugehörigen elektrischen Maschine (M1 , M2) bestimmten Drehzahl zur Fehlerüberwachung verglichen wird.
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