DE102012200932A1

DE102012200932A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Elektromaschine

Info

Publication number: DE102012200932A1
Application number: DE201210200932
Authority: DE
Inventors: Helmut Kellermann; Andreas von Panajott
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Elektromaschine (16, 40, 78), die ein auf angetriebene Fahrzeugräder (12) wirkendes Drehmoment erzeugt. Die Elektromaschine (16, 40, 78) weist einen Phasenpfad (42, 86 ... 90) auf, der über einen ansteuerbaren Wechselrichter (24, 58, 92) mit einer Energiespeichereinheit (26, 60) verbindbar ist. Der Wechselrichter (24, 58, 92) weist eine Brückenschaltung auf, wobei der Phasenpfad (42, 86 ... 90) zwei Schalterpfaden (72, 74, 94 ... 104) zugeordnet ist und so mit der Energiespeichereinheit (26, 60) verbindbar ist, dass die Phasenpfadstromrichtung umkehrbar ist. Ferner sind eine erste Erfassungseinheit (30) zum Erfassen eines Ladefähigkeitszustands der Energiespeichereinheit (26, 60) und eine zweite Erfassungseinheit (32) zum Erfassen eines durch ein Radbremsmoment charakterisierten Fahrzeugbetriebszustands vorhanden. In Abhängigkeit des Ladefähigkeitszustands und des Fahrzeugbetriebszustands wird der Wechselrichter (24, 58, 92) derart angesteuert, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine (16, 40, 78) aufgrund des Phasenpfadstroms ein auf ein angetriebenes Rad (12) wirkendes Bremsmoment erzeugt, wobei solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Zustand verschieden ist, mit einem ersten Ansteuermuster angesteuert wird und die Energiespeichereinheit (26, 60) durch den Phasenpfadstrom geladen wird, und sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Zustand entspricht, mit einem zweiten Ansteuermuster angesteuert wird und die Energiespeichereinheit (26, 60) nicht durch den Phasenpfadstrom geladen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Elektromaschine, wobei das Fahrzeug eine Anzahl von angetriebenen Rädern aufweist und die Elektromaschine ein auf die angetriebenen Räder wirkendes Drehmoment erzeugt. Die Elektromaschine weist zumindest einen Phasenpfad mit mindestens einer Phase auf, wobei der Phasenpfad über einen von einer Ansteuereinheit ansteuerbaren Wechselrichter mit einer Energiespeichereinheit verbindbar ist, wobei die Energiespeichereinheit einen ersten Anschluss mit einem ersten Potential und einen zweiten Anschluss mit einem zweiten Potential aufweist. Der Wechselrichter weist eine Brückenschaltung mit einer Vielzahl von Schalterpfaden auf, wobei die Schalterpfade aus zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Schalter aufgebaut sind, wobei der Phasenpfad zwei Schalterpfaden zugeordnet ist und über die ersten Schalter mit dem ersten Anschluss und über die zweiten Schalter mit dem zweiten Anschluss der Energiespeichereinheit derart verbindbar ist, dass die Richtung eines durch den Phasenpfad fließenden Stroms umkehrbar ist.
Elektromaschinen können in vielfältiger Weise eingesetzt werden, so auch in jüngster Vergangenheit als Antriebsmotor im Automobilbau. Die Fahrzeuge können dabei als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben der Elektromaschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine Elektromaschine angetrieben wird. Die zum Einsatz kommenden Elektromaschinen sind in der Regel als Innenläufermaschinen ausgelegt, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator erzeugt ein Magnetfeld, durch das der Rotor in Drehung versetzt wird. Der Rotor trägt eine Rotorwelle, die wirktechnisch mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist
Zum Antrieb eines Fahrzeugs können Synchronmaschinen, insbesondere Hybrid-Synchronmaschinen zum Einsatz kommen. Die Synchronmaschine kann dabei als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet sein, bei der Permanentmagnete in den Rotor eingearbeitet sind. Bei einer Hybrid-Synchronmaschine sind die Permanentmagnete so im Rotor angeordnet, dass der Reluktanzeffekt für die Erzeugung des auf den Rotor wirkenden Drehmoments mit genutzt wird. Sowohl bei der Synchronmaschine als auch bei der Hybrid-Synchronmaschine erzeugt der Stator ein sich drehendes Magnetfeld. Alternativ kann auch eine fremderregte Gleichstrommaschine eingesetzt werden, bei der der Stator in der Regel eine Erregerwicklung aufweist, mit der ein sich nicht drehendes Magnetfeld erzeugt wird.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug zum Zweck des Antriebs verbauten Elektromaschine kann diese auch zum elektrischen Bremsen und somit zum Erzeugen einer das Fahrzeug verzögernden Bremswirkung genutzt werden. Die Bremswirkung ergibt sich durch das Bremsmoment, das die Elektromaschine erzeugt und das auf zumindest ein angetriebenes Fahrzeugrad wirkt. Dabei kann in unterschiedlichen Fahrsituationen elektrisch gebremst werden. Beispielsweise in einer Fahrsituation, bei der eine Bremsmomentanforderung durch den Fahrer vorliegt, indem er das Bremspedal betätigt, oder in einer Fahrsituation, bei der üblicherweise das von einem Verbrennungsmotor erzeugte Schleppmoment zum Bremsen des Fahrzeuges genutzt wird, wie dies beispielsweise bei einer Bergabfahrt der Fall ist. Beim elektrischen Bremsen wird die Elektromaschine als Generator betrieben und dabei wird üblicherweise rekuperiert. Das bedeutet, dass die im Generatorbetrieb von der Elektromaschine erzeugte elektrische Energie in diejenige elektrische Batterie bzw. Energiespeichereinheit zurückgespeist wird, aus der die Elektromaschine ansonsten während ihres Motorbetriebs gespeist wird.
Dadurch dass beim elektrischen Bremsen gleichzeitig rekuperiert wird, kann dann nicht mehr elektrisch gebremst werden, wenn die elektrische Batterie keine elektrische Energie mehr aufnehmen kann, das ist beispielsweise dann der Fall, wenn sie vollgeladen ist, oder wenn aufgrund äußerer Umstände, beispielsweise aufgrund sehr tiefer Umgebungstemperaturen die Batterie nur noch eingeschränkt geladen werden kann. In diesen Situationen kann durch die Elektromaschine keine das Fahrzeug verzögernde Bremswirkung mehr erzeugt werden. Ist beispielsweise zu Beginn einer Bergabfahrt die elektrische Batterie vollgeladen – beispielsweise wurde bei einem als plug-in Hybrid ausgeführten Fahrzeug dessen elektrische Batterie vor Beginn einer Bergabfahrt über das elektrische Stromnetz vollkommen aufgeladen – so kann während der Bergabfahrt nicht elektrisch gebremst werden. Bei einem Elektrofahrzeug würde dies bedeuten, dass dessen gesamte kinetische Energie über die in ihm verbauten mechanischen Bremsen, die beispielsweise als Scheibenbremsen ausgebildet sind, abgebaut werden muss. Im Vergleich zu einem Fahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist und bei dem somit unter Nutzung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors gebremst werden kann, müssen bei einem Elektrofahrzeug die mechanischen Bremsen größer dimensioniert bzw. ausgelegt werden, um beispielsweise in der geschilderten Situation über einen relativ langen Zeitraum eine genügend große Bremswirkung bereitstellen zu können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art weiterzubilden, mit der bzw. mit dem es unabhängig vom Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit möglich ist, ein Fahrzeug elektrisch zu bremsen. Insbesondere soll es auch dann möglich sein, ein Fahrzeug elektrisch zu bremsen, wenn die Energiespeichereinheit bereits vollständig geladen ist oder besonders tiefe Umgebungstemperaturen vorherrschen oder die Energiespeichereinheit selbst sehr kalt ist, und die Energiespeichereinheit somit nur noch eingeschränkt geladen werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass die Vorrichtung einfach aufgebaut sein soll, und somit sowohl sie als auch das mit ihr durchgeführte Verfahren im Betrieb wenig störanfällig sein sollen. Zudem soll eine kostengünstige und einfach handzuhabende Vorrichtung bzw. ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die folgende Mittel aufweist: eine erste Erfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit zu erfassen, und eine zweite Erfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Fahrzeugbetriebszustand zu erfassen, der durch ein auf zumindest ein Rad wirkendes Bremsmoment charakterisiert ist, und eine Ansteuereinheit, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands die ersten und zweiten Schalter derart gemäß einem Ansteuermuster anzusteuern, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine aufgrund des durch den Phasenpfad fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad wirkendes Bremsmoment erzeugt, wobei solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit durch den durch den Phasenpfad fließenden Strom geladen wird, und sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, das Ansteuern gemäß einem zweiten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit nicht durch den durch den Phasenpfad fließenden Strom geladen wird.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Schritte ablaufen:

– Erfassen zumindest eines Ladefähigkeitszustands der Energiespeichereinheit mit einer ersten Erfassungseinheit,
– Erfassen zumindest eines Fahrzeugbetriebszustands, der durch ein auf zumindest ein Rad wirkendes Bremsmoment charakterisiert ist, mit einer zweiten Erfassungseinheit,
– Auswerten des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands in der Ansteuereinheit, und
– Ansteuern der ersten und zweiten Schalter in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands derart gemäß einem Ansteuermuster durch die Ansteuereinheit, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine aufgrund des durch den Phasenpfad fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad wirkendes Bremsmoment erzeugt, wobei solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit durch den durch den Phasenpfad fließenden Strom geladen wird, und sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, das Ansteuern gemäß einem zweiten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit nicht durch den durch den Phasenpfad fließenden Strom geladen wird.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt folgende Idee zugrunde: das Ansteuermuster, gemäß dem die ersten und zweiten Schalter durch die Ansteuereinheit angesteuert werden, wird in Abhängigkeit des Ladefähigkeitszustands der Energiespeichereinheit bestimmt. Solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist und die Energiespeichereinheit somit noch bzw. überhaupt bzw. uneingeschränkt geladen werden kann, erfolgt das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster, bei dem die Energiespeichereinheit durch den Strom geladen wird, der durch den Phasenpfad fließt; beim elektrischen Bremsen wird rekuperiert. Entspricht der Ladefähigkeitszustand jedoch dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand, dann wird ein zweites Ansteuermuster angewandt, bei dem die Energiespeichereinheit nicht oder nicht mehr durch den durch den Phasenpfad fließenden Strom geladen wird. Der Ladefähigkeitszustand kann durch verschiedene Parameter beschrieben oder charakterisiert werden, beispielsweise durch den Ladezustand der Energiespeichereinheit selbst. In diesem Fall ist dann die Energiespeichereinheit bei dem vordefinierten Ladezustand vorzugsweise vollständig geladen. Es ist aber auch denkbar, dass die Energiespeichereinheit lediglich zu einem gewissen, nahe unterhalb von 100 Prozent liegenden Prozentsatz geladen ist, beispielsweise ist die Energiespeichereinheit zu 98 oder 99 Prozent geladen. Der vordefinierte Ladezustand kann durch einen zwischen 95 und 100 Prozent liegenden Prozentsatz repräsentiert sein. Die Verwendung eines nahe unterhalb von 100 Prozent liegenden Prozentsatzes hat folgenden Vorteil: Es kann dann, wenn eine hohe Bremsanforderung und somit eine hohe, durch die Elektromaschine zu erbringende Bremsleistung zu erwarten oder zu erbringen ist, das Ansteuern durch das zweite Ansteuermuster erfolgen und somit trotz ungünstiger Aufladefähigkeit der Energiespeichereinheit elektrisch gebremst werden. Der Ladefähigkeitszustand kann aber auch durch die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der Energiespeichereinheit selbst beschrieben werden. In diesem Fall entspricht der vordefinierte Ladefähigkeitszustand einem vorgegebenen tiefen Temperaturwert, beispielsweise einem deutlich unter null Grad liegenden Wert. Hintergrund ist der, dass beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akkumulator bei tiefen Temperaturen nur eingeschränkt geladen werden kann und er in dieser Situation über eine eingeschränkte Ladefähigkeit verfügt. Vorteilhafterweise wird zum Erfassen des Ladefähigkeitszustands der Ladezustand der Energiespeichereinheit selbst oder die Umgebungstemperatur der Energiespeichereinheit oder die Temperatur der Energiespeichereinheit selbst oder eine Kombination dieser Größen erfasst und ausgewertet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist sichergestellt, dass sowohl bei einem ersten Betriebszustand der Energiespeichereinheit, bei dem diese noch geladen und somit rekuperiert werden kann, als auch bei einem zweiten Betriebszustand der Energiespeichereinheit, bei dem diese gar nicht oder nicht mehr oder nur noch eingeschränkt geladen werden kann, und somit nicht mehr oder nur eingeschränkt rekuperiert werden kann, ein Strom durch den Phasenpfad fließt und die Elektromaschine somit unabhängig vom Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit ein auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs wirkendes Bremsmoment erzeugen kann. Es ist also möglich, auch bei einer vollständig geladenen Energiespeichereinheit oder bei besonders tiefen Umgebungstemperaturen elektrisch zu bremsen und dabei solch ein Bremsmoment zu erzeugen, wie es beim elektrischen Bremsen bei einer noch nicht vollständig geladenen Energiespeichereinheit oder bei Umgebungstemperaturen, bei denen die Ladefähigkeit der Energiespeichereinheit nicht eingeschränkt ist, und somit mit Rekuperation möglich ist. Vorteilhafterweise kann ausgehend von dem ersten Betriebszustand, bei dem die Energiespeichereinheit noch geladen werden kann, das Bremsmoment in derselben Größe auch dann beibehalten werden, wenn die Energiespeichereinheit in den zweiten Betriebszustand übergeht und somit nicht mehr geladen werden kann. Dies ermöglicht mitunter bei einer sehr langen Bergabfahrt ein permanentes elektrisches Bremsen über einen beliebig langen Zeitraum und vor allem mit einem von der Elektromaschine erzeugten gleichbleibenden Bremsmoment ohne jegliche Komforteinbuße für den Fahrer des. Es kann ein stetiges Bremsverhalten erzielt werden. Zudem ist ein maximales Verzögern durch die Elektromaschine möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug über einen beliebig langen Zeitraum und somit unabhängig vom Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit elektrisch zu bremsen und dabei eine Bremswirkung bzw. ein Verzögerungsverhalten zu erzielen, das bisher nur für diejenige Zeitspanne möglich war, während der beim elektrischen Bremsen rekuperiert werden konnte. Das erfindungsgemäße elektrische Bremsen ist vom Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit unabhängig. Es ist nicht für die gesamte Zeitdauer, in der elektrisch gebremst werden soll, erforderlich, dass die Energiespeichereinheit geladen werden können muss oder für die Ladefähigkeit der Energiespeichereinheit günstige Umgebungstemperaturen vorliegen müssen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch dann ein Elektro- oder Hybridfahrzeug elektrisch gebremst werden, wenn die Energiespeichereinheit gleich zu Beginn oder erst im Verlauf eines Bremsvorgangs vollkommen aufgeladen ist. Insgesamt kann ein rekuperationsähnliches Verzögerungsverhalten durch eine Elektromaschine erzeugt werden, ohne dass die Energiespeichereinheit geladen werden können muss. Entsprechend kann ein Elektro- oder Hybridfahrzeug auch dann elektrisch gebremst werden, wenn die Ladefähigkeit der Energiespeichereinheit aufgrund tiefer Umgebungstemperaturen eingeschränkt ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es insbesondere bei einem Elektrofahrzeug nicht erforderlich ist, dieses mit größer dimensionierten bzw. größer ausgelegten mechanischen Bremsen auszustatten. Das Elektrofahrzeug kann mit solchen mechanischen Bremsen ausgestattet sein, wie sie auch bei einem Fahrzeug zum Einsatz kommen, das mit einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Dies bedeutet einen erheblichen Kosten- und auch Gewichtsvorteil, bei zudem gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit des Fahrzeugs.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Vorteilhafterweise ist das zweite Ansteuermuster so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten und zweiten Schalter der Phasenpfad zumindest zeitweise kurzgeschlossen ist und somit ein Kurzschlussstrom durch den Phasenpfad fließt. Hierbei handelt es sich um eine einfache und unaufwändige und somit kostengünstige Maßnahme, einen Stromfluss durch einen Phasenpfad zu erzeugen, der letztlich ein durch die Elektromaschine an den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs erzeugtes Bremsmoment bewirkt. Folglich wird der Innenwiderstand der Elektromaschine als Bremswiderstand verwendet und die elektrische Leistung der Elektromaschine kann selbst bei einer vollständig geladenen Energiespeichereinheit zum elektrischen Bremsen genutzt werden. Durch das gezielte Kurzschließen eines Phasenpfads wird die Elektromaschine im Sinne einer Wirbelstrombremse eingesetzt. Die hierbei in der Elektromaschine anfallende Wärme wird vorteilhafterweise über eine in oder an der Elektromaschine verbaute Kühlvorrichtung, insbesondere eine wasserbasierte Kühlung, abgeführt. Vorteilhafterweise kann die in der Elektromaschine aufgrund des Kurzschlussbetriebs anfallende Wärme zum Heizen des Fahrzeugs oder zum Anwärmen der Energiespeichereinheit verwendet werden. Solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, befindet sich die Elektromaschine im Generatorbetrieb und das von ihr an den angetriebenen Rädern erzeugte Bremsmoment wird durch einen Ladestrom bewirkt. Sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, befindet sich die Elektromaschine im Kurzschlussbetrieb und das Bremsmoment wird durch einen Kurzschlussstrom bewirkt.
Vorteilhafterweise ist das zweite Ansteuermuster so bestimmt, dass lediglich der Phasenpfad und nicht auch die Energiespeichereinheit kurzgeschlossen ist. Dadurch wird eine Beschädigung der Energiespeichereinheit vermieden.
Sofern es erforderlich sein sollte, kann die Energiespeichereinheit während des Kurzschlussbetriebs der Elektromaschine vorteilhafterweise von dieser abgetrennt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme sind die ersten und zweiten Schalter entsprechend einem vorgebbaren, den Wert des Kurzschlussstroms festlegenden Tastverhältnis angesteuert. Über das Tastverhältnis lässt sich in einfacher Art und Weise der Wert des Kurzschlussstroms und somit das von der Elektromaschine erzeugte Bremsmoment festlegen. Der Kurzschlussstrom und somit auch das von der Elektromaschine erzeugte Bremsmoment können ohne großen Aufwand gesteuert bzw. geregelt werden. Mitunter kann der Kurzschlussstrom auf einen vorgebbaren Wert begrenzt werden.
Vorzugsweise liegen bei dem erfindungsgemäß erfassten Fahrzeugbetriebszustand ein Generatorbetrieb der Elektromaschine und/oder eine Betätigung eines Bremspedals und/oder ein Schubebetrieb des Fahrzeugs und/oder eine Bergabfahrt des Fahrzeugs vor. Jeder dieser Fahrzeugbetriebszustände ist durch ein auf zumindest ein Rad wirkendes Bremsmoment charakterisiert.
Im Generatorbetrieb treibt nicht die Elektromaschine die angetriebenen Fahrzeugräder an, sondern sie wird durch die angetriebenen Räder angetrieben. Genauer gesagt wird der Rotor der Elektromaschine durch die angetriebenen Fahrzeugräder in Drehung versetzt und dabei bewirkt sie ein Bremsmoment an den angetriebenen Fahrzeugrädern. Die Elektromaschine kann sich aus verschiedenen Gründen im Generatorbetrieb befinden. Bei einem Elektrofahrzeug kann dies beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Fahrer über eine Betätigung des Bremspedals die mechanischen Bremsen des Fahrzeugs aktiviert und dadurch die Fahrzeugräder abgebremst werden. Bei einem Hybridfahrzeug kann dies beispielsweise dann der Fall sein, wenn sich das Fahrzeug im Schubetrieb befindet.
Der Schubbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass bei diesem Fahrzeugbetriebszustand die Wirkverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den angetriebenen Rädern nicht unterbrochen ist, dem Verbrennungsmotor jedoch kein Kraftstoff mehr zugeführt wird und dieser somit kein Antriebsdrehmoment mehr erzeugen kann. Der Verbrennungsmotor wird lediglich durch seine Schwungmasse weiter angetrieben. Er wird über die angetriebenen Fahrzeugräder angeschoben und erzeugt dabei ein Schleppmoment, das an den angetriebenen Rädern ein Bremsmoment bewirkt. Ein Schubbetrieb kann beispielsweise bei einer Bergabfahrt vorliegen, oder dann, wenn der Fahrer bei einer ausreichend großen Fahrzeuggeschwindigkeit das Fahrpedal nicht mehr betätigt und das Fahrzeug auslaufen lässt.
Liegt eine Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer vor, so wird dadurch an den angetriebenen und an den nicht-angetriebenen Fahrzeugrädern ein Bremsmoment erzeugt. Die Betätigung des Bremspedals kann durch einen an dem Bremspedal angeordneten Bremspedalbetätigungssensor erfasst werden. Eine Bremspedalbetätigung kann in unterschiedlichen Fahrsituationen vorliegen. In der Regel immer dann, wenn der Fahrer eine Verzögerung des Fahrzeugs erzielen möchte, beispielsweise wenn das Fahrzeug auf eine rote Ampel zufährt, oder wenn der Fahrer eines Hybridfahrzeugs während des Schubbetriebs das Bremspedal betätigt und somit ein zusätzliches Bremsmoment wünscht. Bei einem Elektrofahrzeug kann beispielsweise im Segelbetrieb eine Bremspedalbetätigung erfolgen. Die Bremspedalbetätigung stellt eine Fahrervorgabe dar, die in einen Wert umgerechnet wird, den der durch den Phasenpfad fließende Strom einnehmen muss, damit sich das vom Fahrer gewünschte zusätzliche Bremsmoment einstellt.
Um das gewohnte Fahrzeugverhalten nachbilden zu können, das ein Fahrer von einem Fahrzeug her gewohnt ist, das allein durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann Folgendes vorgesehen sein: bei einem Elektrofahrzeug wird bei einer erkannten Bergabfahrt, dann ein Bremsmoment an den angetriebenen Fahrzeugrädern durch die Elektromaschine erzeugt, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Es stellt sich dadurch ein dem Schubbetrieb vergleichbares Fahrzeugverhalten ein. Eine Bergabfahrt kann beispielsweise unter Verwendung eines in Fahrzeuglängsrichtung orientierten Neigungssensors erkannt werden. Es ist auch denkbar, eine Bergabfahrt mit Hilfe eines Längsbeschleunigungssensors und gegebenenfalls ergänzend der an den Fahrzeugrädern angeordneten Raddrehzahlsensoren zu erkennen. Ferner ist es auch denkbar, zum Erkennen einer Bergfahrt eine Information auszuwerten, die von einem im Fahrzeug gegebenenfalls verbauten Navigationssystem stammt.
Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, können einzelne der vorstehend genannten Fahrzeugbetriebszustände durchaus auch in Kombination auftreten. Dies hängt von der konkreten Ausgestaltung des Fahrzeugs ab, d. h. ob es sich um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug handelt
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine dritte Erfassungseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahlgröße zu erfassen, die die Drehzahl der Elektromaschine repräsentiert, wobei die Ansteuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, das zweite Ansteuermuster in Abhängigkeit der Drehzahlgröße zu bestimmen. Es handelt sich hierbei um die Drehzahl des Rotors. Die dritte Erfassungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Drehzahl der Elektromaschine direkt zu erfassen. Beispielsweise kann es sich um einen entsprechend angeordneten Drehzahlsensor handeln. Die dritte Erfassungseinheit kann aber auch so ausgebildet sein, dass die Drehzahl indirekt erfasst wird. Beispielsweise kann es sich um einen entsprechend angeordneten Shunt-Widerstand oder Hallsensor handeln, mit dem der durch den Phasenpfad fließende Strom erfassbar bzw. messbar ist, wobei der erfasste bzw. gemessene Stromwert ein Maß für die Drehzahl ist. Mit Kenntnis des Werts des durch den Phasenpfad fließenden Stroms bzw. mit Kenntnis des Werts der Drehzahlgröße ist es nun möglich, durch eine vorzugsweise unterlagerte Stromregelung oder Stromsteuerung den Wert des von der Elektromaschine erzeugten Drehmoments einzustellen und an eine in einer Fahrsituation gegebene Bremsmomentanforderung anzupassen, beispielsweise eine, die der Fahrer durch eine Bremspedalbetätigung vorgibt. Dies ist deshalb möglich, weil bei einer Elektromaschine ein Zusammenhang zwischen dem durch den Phasenpfad fließenden Strom, der Drehzahl des Rotors und dem von der Elektromaschine erzeugten Drehmoment besteht. Somit ist bei Kenntnis des Werts des Stroms bzw. des Werts der Drehzahlgröße der Wert des Drehmoments bekannt. Durch eine geeignet eingerichtete Steuerung oder Regelung lässt sich somit der Wert des Kurzschlussstroms entsprechend einstellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist für den Fall, dass die Drehzahlgröße kleiner als ein erster Vergleichswert ist, das zweite Ansteuermuster so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter zumindest zeitweise ein der Energiespeichereinheit entnommener Speisestrom durch den Phasenpfad fließt. Durch diese Maßnahme wird Folgendes erreicht: In Betriebssituationen, bei denen die in dem Phasenpfad induzierte elektrische Spannung nicht ausreicht, um einen derart großen Kurzschlussstrom durch den Phasenpfad zu treiben, der dafür erforderlich wäre, damit die Elektromaschine an den angetriebenen Rädern ein Bremsmoment erzeugen kann, das einer vorliegenden Bremsmomentanforderung entspricht, wird durch den der Energiespeichereinheit entnommenen und durch den Phasenpfad fließenden Speisestrom die Bereitstellung des geforderten Bremsmoments an den angetriebenen Rädern sichergestellt. Das Bremsmoment, das auf die angetriebenen Räder wirkt, und somit die Verzögerung des Fahrzeugs werden folglich durch bewusstes Entladen der Energiespeichereinheit erzielt.
Der Speisestrom fließt dabei in derselben Richtung durch den Phasenpfad wie der Kurzschlussstrom. Vorteilhaftweise sind sowohl der Speisestrom als auch der Kurzschlussstrom getaktet, wodurch es möglich ist, dass diese beiden Ströme abwechselnd durch den Phasenpfad fließen. Es ist aber auch denkbar, dass der Speisestrom für einen längeren zusammenhängenden Zeitraum anstelle des Kurzschlussstroms durch den Phasenpfad fließt. Zeitlich gesehen wechseln sich dann erste und zweite Zeitabschnitte ab, wobei in den ersten Zeitabschnitten beispielsweise der Speisestrom und in den zweiten Zeitabschnitten der Kurzschlussstrom fließt. Die Maßnahme, der Energiespeichereinheit einen durch den Phasenpfad fließenden Speisestrom zu entnehmen, kann sowohl bei einer Synchronmaschine als auch bei einer fremderregten Gleichstrommaschine angewandt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansteuereinheit ferner dazu ausgebildet, für den Fall, dass die Drehzahlgröße größer als ein zweiter Vergleichswert ist, Maßnahmen durchzuführen, die eine Schwächung eines in der Elektromaschine erzeugten Statormagnetfelds bewirken. Ist die Drehzahlgröße größer als der zweite Vergleichswert, bedeutet dies, dass die in dem Phasenpfad induzierte Spannung in Bezug auf eine vorliegende Bremsmomentanforderung zu groß ist, weswegen ein zu großer Kurzschlussstrom durch den Phasenpfad fließt und demzufolge das von der Elektromaschine an den angetriebenen Rädern erzeugte Bremsmoment im Vergleich zu der Bremsmomentanforderung zu groß ist. Der Kurzschlussstrom übersteigt einen notwendigen bzw. zulässigen Wert. Aus diesem Grund werden Maßnahmen ergriffen, die eine Schwächung des Statormagnetfelds bewirken. Die Schwächung des Statormagnetfelds führt zwangsläufig zu einer Reduzierung der induzierten Spannung und somit zu einer Reduzierung des von der Elektromaschine an den angetriebenen Rädern erzeugten Bremsmoments. Vorteilhafterweise sind der erste Vergleichswert und der zweite Vergleichswert wertmäßig identisch.
Die Art der Maßnahmen, die von der Ansteuereinheit zur Schwächung des Statormagnetfelds durchgeführt werden, hängt von der konkreten Ausgestaltung der Elektromaschine ab.
Bei der Elektromaschine kann es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine handeln, die mindestens drei zu einer Sternschaltung angeordnete Phasen aufweist. Für den Fall, dass die Synchronmaschine genau drei Phasen aufweist, existieren drei Phasenpfade mit jeweils zwei Phasen. Ein für den Betrieb einer solchen Synchronmaschine eingerichteter Wechselrichter weist drei Schalterpfade auf. In diesem Fall ist die Ansteuereinheit dazu ausgebildet, zur Schwächung des Statormagnetfelds das zweite Ansteuermuster so zu bestimmen, dass zusätzlich die einem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter angesteuert sind. Durch diese Maßnahme wird eine Drehung des Statormagnetfelds erreicht, was zu einer Reduzierung der in dem bzw. den Phasenpfaden induzierten Spannung und somit zu einer Reduzierung des von der Synchronmaschine an den angetriebenen Rädern erzeugten Bremsmoments führt.
Bei einer Synchronmaschine sind verschiedene Maßnahmen anwendbar, die eine Schwächung bzw. Drehung des Statormagnetfelds bewirken.
Eine erste Maßnahme besteht darin, die dem Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter so anzusteuern, dass sich der Kurzschlussstrom auf den Phasenpfad und den weiteren Phasenpfad aufteilt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die ersten und zweiten Schalter, die dem Phasenpfad zugeordnet sind, so angesteuert werden, dass aufgrund der veränderten Taktung ein wertmäßig reduzierter Kurzschlussstrom durch diesen Phasenpfad fließt. Gleichzeitig werden die ersten und zweiten Schalter, die dem weiteren Phasenpfads zugeordnet sind, so angesteuert, dass durch diesen weiteren Phasenpfad überhaupt ein Kurzschlussstrom oder ein wertmäßig größerer Kurzschlussstrom fließt. Es kann vorgesehen sein, dass die durch den Phasenpfad und den weiteren Phasenpfad fließenden Kurzschlussströme gleichgetaktet oder phasenverschoben, insbesondere gegengetaktet sind.
Als Alternative ist es denkbar, das zweite Ansteuermuster so zu verändern, dass der Wert des durch den Phasenpfad fließenden Kurzschlussstroms reduziert wird, ohne dass ein Kurzschlussstrom durch einen weiteren Phasenpfad fließt. Die Reduzierung des Werts des Kurzschlussstroms kann durch eine entsprechende Modifikation des Tastverhältnisses erreicht werden, mit dem die ersten und zweiten Schalter des Phasenpfads angesteuert werden.
Eine zweite alternative Maßnahme besteht darin, die dem Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter so anzusteuern, dass durch einen der beiden Pfade der Kurzschlussstrom und durch den anderen Pfad ein der Energiespeichereinheit entnommener Speisestrom fließt. Durch einen zusätzlich fließenden Speisestrom kann ebenfalls eine Drehung bzw. Schwächung des Statormagnetfelds bewirkt werden. Alternativ ist es denkbar, dass nicht zwei verschiedene Phasenpfade bestromt sind, sondern dass in ein und demselben Phasenpfad der Kurzschlussstrom und der Speisestrom quasi überlagert fließen.
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei der Elektromaschine auch um eine fremderregte Gleichstrommaschine handeln. In diesem Fall handelt es sich bei dem Phasenpfad um einen Ankerphasenpfad mit zumindest einer Phase. Ein für den Betrieb einer solchen Gleichstrommaschine eingerichteter Wechselrichter weist zwei Schalterpfade auf. Zusätzlich weist die fremderregte Gleichstrommaschine einen Erregerphasenpfad auf, durch den ein Erregerstrom zum Erzeugen des Statormagnetfelds fließt. Die Ansteuereinheit ist in diesem Fall dazu ausgebildet, zur Schwächung des Statormagnetfelds den Wert des Erregerstroms entsprechend einem vorgebbaren Tastverhältnis einzustellen. Durch die Taktung des Erregerstroms reduziert sich dessen Wert, weswegen sich auch die Stärke des Statormagnetfelds reduziert. Solange eine Reduzierung des Statormagnetfelds nicht erforderlich ist, wird der Erregerphasenpfad dauerbestromt, es fließt ein zeitlich konstanter Strom. Erfindungsgemäß wird zur Schwächung des Statormagnetfelds der Erregerstrom getaktet. Es fließt somit ein zeitlich nicht mehr konstanter Strom durch den Erregerphasenpfad. Der Stromverlauf weist erste Zeitabschnitte auf, in denen ein Strom fließt und zweite Zeitabschnitte, in denen kein Strom fließt. Durch die Reduzierung des Statormagnetfelds wird die in dem Phasenpfad induzierte Spannung reduziert.
Insgesamt sind verschiedene Maßnahmen vorgesehen, um an den angetriebenen Rädern ein Bremsmoment durch die Elektromaschine bereitzustellen, das einer Bremsmomentanforderung entspricht. Solange rekuperiert werden kann, wird das Bremsmoment aufgrund eines Ladestroms bereitgestellt. Kann nicht mehr rekuperiert werden, so wird das Bremsmoment aufgrund eines Kurzschlussstroms bereitgestellt, wobei das hierfür verwendete zweite Ansteuermuster in Abhängigkeit der Drehzahlgröße ermittelt bzw. modifiziert wird bzw. alternativ oder ergänzend Maßnahmen zur Schwächung des Statormagnetfelds durchgeführt werden. Die Ansteuereinheit ist dabei so ausgeführt, dass die jeweils geeignete Maßnahme ausgeführt wird, und die einzelnen Maßnahmen in geeigneter Weise ineinander überführt bzw. gegebenenfalls miteinander kombiniert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Erfassungseinheit dazu ausgebildet, den Generatorbetrieb anhand eines Vergleichs eines von der Elektromaschine abgegebenen Ist-Drehmoments mit einem vorgegebenen Soll-Drehmoment festzustellen. Es handelt sich hierbei um eine einfache und zuverlässige Maßnahme, den Generatorbetrieb feststellen zu können. Der Generatorbetrieb der Elektromaschine liegt dann vor, wenn das Ist-Drehmoment größer als das Soll-Drehmoment ist. Der Motorbetrieb liegt dagegen dann vor, wenn das Ist-Drehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands auch durch Auswerten der Drehzahl und/oder der Drehrichtung der Elektromaschine und/oder des durch den Phasenpfad bzw. die Phase fließenden Stroms unter Berücksichtigung der vom Fahrer vorgenommenen Bremspedal- und/oder Fahrpedalbetätigung erfasst werden. Anhand der Drehzahl und/oder der Drehrichtung und/oder des Stroms bzw. der Ströme kann festgestellt werden, oder die Elektromaschine antreibt oder bremst. Durch einen Vergleich mit dem Fahrerwunsch, d. h. mit Momentenanforderung, die sich aus der Bremspedal- und/oder Fahrpedalbetätigung ergibt, kann dann die Betriebsart der Elektromaschine festgestellt werden, und somit festgelegt werden, ob das Ansteuern mit dem ersten oder dem zweiten Ansteuermuster erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich zu dem Ladezustand der Energiespeichereinheit auch deren Temperatur und/oder deren Umgebungstemperatur erfasst und ausgewertet. Somit ist es möglich, das Ansteuermuster nicht nur in Abhängigkeit eines einzigen, sondern in Abhängigkeit von zwei oder mehr Betriebszuständen bzw. Parametern der Energiespeichereinheit zu bestimmen, nämlich in Abhängigkeit des Ladezustands und der Temperatur der Energiespeichereinheit und/oder deren Umgebungstemperatur. Es ist auch denkbar, den vordefinierten Ladezustand in Abhängigkeit der Temperatur der Energiespeichereinheit und/oder deren Umgebungstemperatur zu ermitteln bzw. zu modifizieren. Insbesondere dann, wenn es sich bei der Energiespeichereinheit um einen Lithium-Ionen Akkumulator handelt, ist es von Vorteil, die Temperatur der Energiespeichereinheit zu berücksichtigen, denn die Ladefähigkeit solch einer Energiespeichereinheit und somit die Möglichkeit, Rekuperation betreiben zu können, hängt von deren Temperatur ab. Bei sehr tiefen Temperaturen lässt sich ein Lithium-Ionen Akkumulator nur sehr eingeschränkt laden. Folglich ist es nun auch möglich, ein Fahrzeug bei tiefen Temperaturen uneingeschränkt elektrisch bremsen zu können, indem in solch einem Fall die Elektromaschine im Kurzschlussbetrieb betrieben wird und das von der Elektromaschine bereitzustellende Bremsmoment mittels eines durch den Phasenpfad fließenden Kurzschlussstroms bereitgestellt wird. Die Temperatur der Energiespeichereinheit kann durch einen in ihr verbauten Temperatursensor erfasst werden. Es ist denkbar, dass die erste Erfassungseinheit als eine bauliche Einheit ausgebildet ist, mit der neben dem Ladezustand auch die Temperatur der Energiespeichereinheit erfassbar ist. In der Regel steht in heutigen Fahrzeugen die Außentemperatur und somit die Umgebungstemperatur der Energiespeichereinheit zur Verfügung.
Vorteilhafterweise ist die erste Erfassungseinheit dazu ausgebildet, den Ladezustand der Energiespeichereinheit wie folgt zu erfassen: es wird die an dem ersten und dem zweiten Anschluss der Energiespeichereinheit sich ergebende Potenzialdifferenz und der von der Energiespeichereinheit abgegebene Strom, insbesondere dessen zeitlicher Verlauf erfasst. Unter Verwendung eines in der ersten Erfassungseinheit hinterlegten Kennfelds oder eines in dieser implementierten mathematischen Modells kann dann aus diesen beiden Werten der Ladezustand der Energiespeichereinheit ermittelt werden.
Vorzugsweise werden beim Erfassen des Ladefähigkeitszustands auch Daten und/oder Informationen berücksichtigt, die von einer mit der Energiespeichereinheit verbundenen Energiespeichermanagementeinheit bereitgestellt werden.
Vorzugsweise sind die ersten und die zweiten Schalter als Halbleiterelemente ausgeführt, beispielswese als MOSFET-Transistoren oder als IGBTs.
Dadurch dass ein Phasenpfad zwei Schalterpfaden zugeordnet ist, ist es bei einer als Gleichspannungsquelle ausgeführten Energiespeichereinheit möglich, die Polarität der an dem Phasenpfad anliegenden Gleichspannung zu wechseln und somit einen wechselnden Stromfluss durch den Phasenpfad zu ermöglichen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines mit der Erfindung ausgestatteten Elektrofahrzeugs,
2 eine schematische Darstellung eines mit der Erfindung ausgestatteten Hybridfahrzeugs,
3 eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung für eine fremderregte Gleichstrommaschine,
4 einen ersten zeitlichen Verlauf eines durch einen Phasenpfad fließenden Stroms,
5 einen zweiten zeitlichen Verlauf eines durch einen Phasenpfad fließenden Stroms, und
6 eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung für eine Synchronmaschine.
In 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, welches angetriebene Räder 12 und nicht-angetriebene Räder 14 aufweist. Das Fahrzeug 10 soll ausschließlich elektrisch angetrieben sein, weshalb es als Antriebsmotor lediglich eine Elektromaschine 16 aufweist. Die Elektromaschine 16 ist über ein Getriebe 18 und ein Differenzial 20 wirktechnisch mit den angetriebenen Rädern 12 verbunden, um an diesen ein den Vortrieb des Fahrzeugs 10 bewirkendes Drehmoment zu erzeugen. Bei der Elektromaschine 16 kann es sich um eine Synchronmaschine oder um eine fremderregte Gleichstrommaschine handeln, wobei bevorzugt eine Synchronmaschine, insbesondere eine Hybrid-Synchronmaschine zum Einsatz kommt. Die Elektromaschine 16 ist über einen von einer Ansteuereinheit 22 ansteuerbaren Wechselrichter 24 mit einer Energiespeichereinheit 26 verbindbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, ist in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet. Die Vorrichtung 28 weist neben der Ansteuereinheit 22 folgende wesentlichen Komponenten auf: eine erste Erfassungseinheit 30, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit 26 zu erfassen, und eine zweite Erfassungseinheit 32, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Fahrzeugbetriebszustand zu erfassen, der durch ein auf zumindest ein Rad 12, 14 wirkendes Bremsmoment charakterisiert ist. Bei dem Fahrzeugbetriebszustand liegt ein Generatorbetrieb der Elektromaschine und/oder eine Betätigung eines Bremspedals und/oder ein Schubebetrieb des Fahrzeugs und/oder eine Bergabfahrt des Fahrzeugs vor. Die zweite Erfassungseinheit 32 ist dazu ausgebildet, den Generatorbetrieb anhand eines Vergleichs eines von der Elektromaschine 16 abgegebenen Ist-Drehmoments mit einem vorgegebenen Soll-Drehmoment, das beispielsweise in der Ansteuereinheit 22 ermittelt wird, festzustellen.
Es ist denkbar, dass es sich bei der zweiten Erfassungseinheit 32 um eine bauliche Einheit handelt, in der diejenigen Sensoren implementiert sind, die für das Erfassen der vorstehend genannten Fahrzeugbetriebszustände erforderlich sind. Alternativ ist es denkbar, dass es sich lediglich um eine Einheit handelt, der die Signale der erforderlichen Sensoren zum Aufbereiten und Feststellen, ob die Fahrzeugzustände vorliegen oder nicht, zugeführt werden (auf die Darstellung der einzelnen Sensoren bzw. der Verbindungen von evtl. bereits vorhandenen Sensoren zu der zweiten Erfassungseinheit 32 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet). Bei den Sensoren kann es sich um folgende Sensoren handeln: ein Sensor zur Erfassung der Drehzahlgröße der Elektromaschine 16 (Generatorbetrieb), ein Sensor zur Erfassung der Bremspedalbetätigung (Betätigung Bremspedal), ein Sensor zur Erfassung der Fahrpedalbetätigung (Schubbetrieb) und ein Sensor zur Erfassung einer Fahrbahnlängsneigung (Bergfahrt).
Der Ladefähigkeitszustand wird durch den Ladezustand der Energiespeichereinheit 26 selbst und/oder durch deren Umgebungstemperatur und/oder durch deren Temperatur selbst beschrieben oder charakterisiert. Folglich werden mit der ersten Erfassungseinheit 30 entsprechende Größen erfasst und/oder in ihr ausgewertet.
Als weitere Komponente weist die Vorrichtung 28 eine dritte Erfassungseinheit 34 auf, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahlgröße zu erfassen, die die Drehzahl der Elektromaschine 16 repräsentiert.
Der Wechselrichter 24 weist eine Vielzahl noch zu beschreibender erster und zweiter Schaltern auf, über die die Elektromaschine 16 im Motorbetrieb mit einem aus der Energiespeichereinheit 26 stammenden Strom versorgbar ist bzw. über die im Generatorbetrieb der Elektromaschine 16 zumindest zweitweise ein von dieser stammender Strom in die Energiespeichereinheit 26 einspeisbar ist. Die Ansteuereinheit 22 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe, die sich beispielsweise aus der Betätigung eines nicht dargestellten Fahrpedals durch den Fahrer ergibt, Ansteuermuster zu erzeugen bzw. bereitzustellen, gemäß denen die ersten und zweiten Schalter derart angesteuert werden, dass die Elektromaschine 16 im Motorbetrieb mit solch einem Strom versorgt wird, dass sich an den angetriebenen Rädern 12 ein Moment einstellt, das einen der Fahrervorgabe entsprechenden Vortrieb des Fahrzeugs 10 bewirkt. Ferner ist die Ansteuereinheit 22 dazu ausgebildet, Ansteuermuster zu erzeugen bzw. bereitzustellen, gemäß denen die ersten und zweiten Schalter so angesteuert werden, dass in bzw. durch die Elektromaschine solch ein Strom fließt, dass die Elektromaschine 16 an den angetriebenen Rädern 12 ein Bremsmoment erzeugt. Hierzu steuert die Ansteuereinheit 22 in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands die ersten und zweiten Schalter derart gemäß einem Ansteuermuster an, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine 16 aufgrund eines in bzw. durch sie fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad 12 wirkendes Bremsmoment erzeugt. Hierbei wird zusätzlich die mit der dritten Erfassungseinheit 34 erfasste Drehzahlgröße berücksichtigt.
Die in 1 gewählte Darstellung, gemäß der das Fahrzeug 10 mit einer einzigen Elektromaschine 16 ausgestattet ist, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Fahrzeug zum Einsatz kommen, bei dem jedem angetriebenen Rad individuell eine Elektromaschine zugeordnet ist. Ferner soll die in 1 gewählte Darstellung, der eine bestimmte Aufteilung zwischen den einzelnen Komponenten zu entnehmen ist, keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich ist auch ein anderer Zuschnitt einzelner Komponenten mit einer sich daraus ergebenden anderen funktionellen Aufteilung denkbar. Entsprechendes gilt für die noch zu beschreibende 2.
2 zeigt ein als Hybridfahrzeug aufgebautes Fahrzeug 10', welches als Parallelhybridfahrzeug ausgebildet ist, vorzugsweise mit der Funktionalität eines Plug-In-Hybrid. In der 2 dargestellte Komponenten, die über dieselbe oder eine entsprechende Funktionalität verfügen, wie Komponenten, die in der 1 dargestellt sind, sind mit derselben, allerdings mit einem Strich versehenen Bezugsziffer gekennzeichnet, wobei auf die im Zusammenhang mit der 1 gemachten Ausführungen verwiesen wird.
Nachfolgend sind lediglich die zusätzlichen Komponenten bzw. die geänderten Funktionalitäten beschrieben.
Zusätzlich zu der Elektromaschine 16' verfügt das Fahrzeug 10' über einen Verbrennungsmotor 36, der über eine Kupplung 38 und das Getriebe 18' sowie das Differenzial 20' die angetriebenen Räder 12' des Fahrzeugs 10' antreiben kann. Die angetriebenen Räder 12' können dabei allein durch die Elektromaschine 16' oder allein durch den Verbrennungsmotor 36 oder in Kombination durch beide angetrieben werden.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die schematische Darstellung in 2 auf die wesentlichen Komponenten des Antriebsstranges reduziert ist. Die dieser Darstellung entnehmbare Anbindung der Elektromaschine 16' an das Getriebe 18' soll keine einschränkende Wirkung auf die konkrete mechanische Ausgestaltung haben. Selbstverständlich kann die Elektromaschine 16' auch wirktechnisch zwischen der Kupplung 38 und dem Getriebe 18' eingebunden sein.
3 zeigt eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung für eine fremderregte Gleichstrommaschine 40. Die Gleichstrommaschine 40 weist einen Phasenpfad 42 auf, bei dem es sich um den Ankerphasenpfad handelt, der in einem nicht dargestellten Rotor angeordnet ist. Der Phasenpfad 42 wiederum weist eine Phase 44 auf. Ferner sind in 2 basierend auf einem Ersatzschaltbild für eine fremderregte Gleichstrommaschine zusätzlich noch ein den Phasenwiderstand repräsentierender Widerstand 46 und eine Spannungsquelle 48 dargestellt, die die in der Phase 44 induzierte Spannung repräsentiert. Ferner weist die Gleichstrommaschine 40 einen Erregerphasenpfad 50 auf, der in einem nicht dargestellten Stator angeordnet ist. Der Erregerphasenpfad 50 wiederum weist eine Erregerphase 52 auf. Ferner ist, ebenfalls basierend auf besagtem Ersatzschaltbild, zusätzlich ein den Erregerphasenwiderstand repräsentierender Widerstand 54 dargestellt. Der Erregerphasenpfad 50 ist an eine Erregerspannungsquelle 56 angeschlossen, wodurch durch den Erregerphasenpfad 50 ein Erregerstrom I_f zum Erzeugen eines Statormagnetfelds fließen kann.
Der Phasenpfad 42 ist über einen Wechselrichter 58, der als eine als Vollbrücke bezeichnete Brückenschaltung ausgebildet ist, mit einer Energiespeichereinheit 60 verbindbar. Die Energiespeichereinheit 60 weist einen ersten Anschluss 62 mit einem ersten Potential und einen zweiten Anschluss 64 mit einem zweiten Potential auf, wodurch sich die Batteriespannung UB ergibt, die beispielsweise in der Größenordnung von 200 V bis 400 V liegen kann. Die Brückenschaltung und somit der Wechselrichter 58 weisen eine Vielzahl von Schalterpfaden auf, die jeweils aus einem ersten Schalter T1, T3 und aus einem zweiten Schalter T2, T4 aufgebaut sind, wobei in 3 einer der ersten Schalter T1, T3 exemplarisch mit der Bezugsziffer 66 und einer der zweiten Schalter T2, T4 exemplarisch mit der Bezugsziffer 68 bezeichnet ist. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Schalter 66, 68 als MOSFET-Transistoren ausgeführt, was jedoch keine einschränkende Wirkung haben soll. Zu jedem der ersten und zweiten Schalter 66, 68 ist eine Freilaufdiode D1, D2, D3, D4 antiparallel geschaltet. In 3 ist eine dieser Freilaufdioden exemplarisch mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet.
Über Anschlüsse A, B, C, D ist der Wechselrichter 58, genauer gesagt sind die ersten und zweiten Schalter 66, 68 von der Ansteuereinheit 22 oder 22' ansteuerbar. Der Wechselrichter 58 weist zwei Schalterpfade auf, wobei ein erster Schalterpfad 72 aus den Schaltern T1 und T4 und ein zweiter Schalterpfad 74 aus den Schaltern T2 und T3 aufgebaut ist. Der Phasenpfad 42 ist somit zwei Schalterpfaden 72, 74 zugeordnet und über die ersten Schalter 66 mit dem ersten Anschluss 62 und über die zweiten Schalter 68 mit dem zweiten Anschluss 64 der Energiespeichereinheit 60 derart verbindbar, dass die Richtung eines durch den Phasenpfad 42 fließenden Stroms I umkehrbar ist.
An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass zu der Energiespeichereinheit 60 ein Kondensator 76 parallel geschaltet ist, der einen Zwischenkreis bildet.
Die Arbeitsweise der Ansteuereinheit 22 oder 22' wird nachfolgend anhand der in den 4 und 5 dargestellten Zeitverläufe beschrieben. Diese beiden Zeitverläufe beziehen sich auf solch einen Betriebszustand, bei dem an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' durch die Elektromaschine 16 oder 16' ein Bremsmoment erzeugt werden soll. Selbstverständlich ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' auch dazu ausgebildet, die ersten und zweiten Schalter des Wechselrichters so anzusteuern, dass an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' ein Antriebsmoment erzeugt wird.
Hinsichtlich des Erzeugens eines Bremsmoments ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands die ersten und zweiten Schalter 66, 68 derart gemäß einem Ansteuermuster anzusteuern, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die fremderregte Gleichstrommaschine 40 aufgrund des durch den Phasenpfad 42 fließenden Stroms I ein zumindest auf ein angetriebenes Rad 12 oder 12' wirkendes Bremsmoment erzeugt.
Solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, erfolgt das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster und die Energiespeichereinheit 60 wird dabei durch den Strom I geladen, der durch den Phasenpfad 42 fließt. Das Ansteuern gemäß dem ersten Ansteuermuster entspricht dabei dem normalen 4-Quadrantenbetrieb mit Rückspeisung in die Energiespeichereinheit 60, auch als Rekuperation bezeichnet. Hierbei werden pulsweitenmoduliert abwechselnd die Transistorenpaare T1 und T4 einerseits, also der erste Schalterpfad 72, sowie T2 und T3 andererseits, also der zweite Schalterpfad 74, durchgesteuert, so dass abwechselnd die Spannung +U_B bzw. –U_B an der Phase 44 anliegt. Durch das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation wird dabei der Wert des durch den Phasenpfad 42 bzw. die Phase 44 fließenden Stroms eingestellt.
In 4 ist ein erster zeitlicher Verlauf des durch den Phasenpfad 42 fließenden Stroms I gezeigt. In den mit P1 bezeichneten Zeitabschnitten werden die zu dem ersten Schalterpfad 72 gehörenden Transistoren T1 und T4 angesteuert und dabei ein Strom und somit Energie der Energiespeichereinheit 60 entnommen. In den mit P2 bezeichneten Zeitabschnitten werden dagegen die zu dem zweiten Schalterpfad 74 gehörenden Transistoren T2 und T3 angesteuert und dabei ein Strom und somit Energie in die Energiespeicheinheit 60 zurückgespeist und somit rekuperiert. Bei dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation, das dem in 4 dargestellten Stromverlauf zugrundeliegt, bei dem die Zeitabschnitte P1 größer sind als die Zeitabschnitte P2, wird trotz der in den Zeitabschnitten P2 stattfindenden Rekuperation, insgesamt Energie der Energiespeichereinheit entnommen und die angetriebenen Räder 12 oder 12' somit insgesamt angetrieben. Wären die Zeitabschnitte P1 kleiner als die Zeitabschnitte P2 dann würde die Energiespeichereinheit 60 insgesamt geladen werden und die angetriebenen Räder 12 oder 12' gebremst werden.
In 5 ist ein zweiter zeitlicher Verlauf des durch den Phasenpfad 42 fließenden Stroms I gezeigt. In den mit P1 bezeichneten Zeitabschnitten werden die zu dem zweiten Schalterpfad 74 gehörenden Transistoren T2 und T3 angesteuert und dabei ein Strom und somit Energie der Energiespeichereinheit 60 entnommen. In den mit P2 bezeichneten Zeitabschnitten werden dagegen die zu dem ersten Schalterpfad 72 gehörenden Transistoren T1 und T4 angesteuert und dabei ein Strom und somit Energie in die Energiespeichereinheit 60 zurückgespeist und somit rekuperiert. Mit dem in 5 dargestellten Stromverlauf wird insgesamt ein Abbremsen der angetriebenen Räder 12 oder 12' erreicht.
Bei den beiden in den 4 und 5 dargestellten Stromverläufen werden die ersten Schalter 66 und die zweiten Schalter 68 gemäß einem ersten Ansteuermuster angesteuert, wodurch die Energiespeichereinheit 60 durch den Strom, der durch den Phasenpfad 42 fließt, geladen wird.
Wird allerdings in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, dann erfolgt das Ansteuern der ersten Schalter 66 und der zweiten Schalter 68 gemäß einem zweiten Ansteuermuster. Dabei wird die Energiespeichereinheit 60 nicht durch den durch den Phasenpfad 42 fließenden Strom geladen. Das zweite Ansteuermuster ist dabei so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten Schalter 66 und der zweiten Schalter 68 der Phasenpfad 42 zumindest zeitweise kurzgeschlossen ist und somit ein Kurzschlussstrom durch ihn fließt. Der Kurzschluss des Phasenpfads 42 kann dadurch erreicht werden, dass gleichzeitig die Schalter T2 und T4 angesteuert werden, wobei die beiden Schalter T1 und T3 nicht angesteuert sind. Alternativ können die beiden Schalter T1 und T3 gleichzeitig angesteuert werden, wobei dann die beiden Schalter T2 und T4 nicht angesteuert sind. Beim Bestimmen des zweiten Ansteuermusters ist darauf geachtet, dass die ersten und zweiten Schalter 66, 68 so angesteuert sind, dass lediglich der Phasenpfad 42 und nicht auch die Energiespeichereinheit 60 kurgeschlossen ist. Vorteilhafterweise werden Maßnahmen ergriffen, um die Energiespeichereinheit 60 von der fremderregten Gleichstrommaschine 40 abzukoppeln.
Erfindungsgemäß wird dann, wenn die Energiespeichereinheit 60 vollständig geladen ist, die Ansteuerung der ersten und zweiten Schalter 66, 68 geändert. Es wird nicht mehr das erste Ansteuermuster verwendet, das angewendet wird, solange die Energiespeichereinheit 60 noch nicht vollständig geladen und somit Rekuperation möglich ist, sondern es wird das zweite Ansteuermuster angewendet, bei dem die ersten und zweiten Schalter 66, 68 so angesteuert werden, dass dabei die Energiespeichereinheit 60 nicht oder nicht mehr durch den durch den Phasenpfad 42 fließenden Strom I geladen wird. Vorteilhafterweise werden bei dem zweiten Ansteuermuster die beiden Schalter T2 und T4 während der mit P2 bezeichneten Zeitabschnitte (4 und 5) durchgesteuert. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Alternativ können in diesen Zeitabschnitten auch die beiden Schalter T1 und T3 durchgesteuert werden. Durch diese Maßnahme ist der Phasenpfad 42 und somit die Phase 44, bei der es sich um eine Motorwicklung handelt, kurgeschlossen. Der Strom I wird nicht mehr durch die Spannung der Energiespeichereinheit 60 getrieben, sondern durch die in der Phase 44 induzierte Spannung, die in 3 durch die Spannungsquelle 48 angedeutet ist. Der Strom fließt dabei im Kreis und es erfolgt keine Rückspeisung in die Energiespeichereinheit 60. Während der mit P1 bezeichneten Zeitabschnitte wird weiterhin Energie aus der Energiespeichereinheit 60 entnommen.
Um den Wert des Kurzschlussstroms einstellen zu können, werden die ersten und zweiten Schalter 66, 68 entsprechend einem vorgebbaren, den Wert des Kurzschlussstroms festlegenden Tastverhältnis angesteuert. Wenn also während der mit P2 bezeichneten Zeitabschnitte der Phasenpfad 42 durch die beiden zweiten Schalter T2 und T4 kurzgeschlossen ist, dann werden diese beiden Schalter gemäß einem entsprechenden Tastverhältnis angesteuert. Wird dagegen der Phasenpfad 42 durch die beiden ersten Schalter T1 und T3 kurzgeschlossen, dann werden diese beiden Schalter gemäß einem entsprechenden Tastverhältnis angesteuert.
Wie bereits ausgeführt, hängt der im Kurzschlussbetrieb durch den Phasenpfad 42 fließende Kurzschlussstrom I von der in der Phase 44 induzierten Spannung ab. Um im Kurzschlussbetrieb an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' ein Bremsmoment durch die fremderregte Gleichstrommaschine 40 bereitstellen zu können, das einer Fahrervorgabe entspricht, muss der Wert des durch den Phasenpfad 42 fließenden Kurzschlussstroms der Fahrervorgabe entsprechen. Hierfür ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' so ausgebildet, das diese im Kurzschlussbetrieb eine Regelung des Kurzschlussstroms realisieren kann. Und zwar dadurch dass das zweite Ansteuermuster in Abhängigkeit der mit der dritten Erfassungseinheit 34 oder 34' erfassten Drehzahlgröße bestimmt wird. Da bei einer fremderregten Gleichstrommaschine ein Zusammenhang zwischen der Rotordrehzahl und der dabei in der Phase 44 induzierten Spannung besteht, kann bei Kenntnis der Drehzahlgröße festgestellt werden, ob Maßnahmen zum Erhöhen oder Erniedrigen des Kurzschlussstroms vorzunehmen sind.
Wird in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass die Drehzahlgröße kleiner als ein erster Vergleichswert ist, was gleichbedeutend damit ist, dass der Kurzschlussstrom einen zu kleinen Wert aufweist, dann wird das zweite Ansteuermuster so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter 66, 68 zumindest zeitweise ein der Energiespeichereinheit 60 entnommener Speisestrom durch den Phasenpfad 42 fließt. In Bezug auf den in 5 dargestellten zeitlichen Verlauf bedeutet dies, dass in den mit P1 bezeichneten Zeitabschnitten der erste Schalter T3 und der zweite Schalter T2 so angesteuert werden, dass ein solcher Speisestrom der Energiespeichereinheit 60 entnommen wird, um das geforderte, der Fahrervorgabe entsprechende Bremsmoment an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' bereitstellen zu können. Somit fließt durch den Phasenpfad 42 abwechselnd in den mit P2 bezeichneten Zeitabschnitten ein Kurzschlussstrom und in den mit P1 bezeichneten Zeitabschnitten ein Speisestrom.
Alternativ ist auch folgender Aufbau des zweiten Ansteuermusters denkbar: Das zweite Ansteuermuster ist aus zwei Zeitabschnitten aufgebaut, die abwechselnd aufeinanderfolgen. In einem ersten Zeitabschnitt erfolgt beispielsweise das Ansteuern nach dem ersten Ansteuermuster, d. h. die Schalter T1 und T4 einerseits und die Schalter T2 und T3 andererseits werden pulsweitenmoduliert angesteuert. In einem darauffolgenden zweiten Zeitabschnitt werden zum Erzielen eines Kurzschlussstroms die Schalter T2 und T4 oder die Schalter T1 und T3 gepulst angesteuert. Es wird somit zwischen dem ersten Ansteuermuster und dem Ansteuern zum Erzielen eines Kurzschlussstroms umgeschaltet.
Die zu dem in 5 dargestellten Stromverlauf gemachten vorstehenden Ausführungen können in entsprechender Weise auch auf den in 4 dargestellten Stromverlauf übertragen werden.
Wird dagegen in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass die Drehzahlgröße größer als ein zweiter Vergleichswert ist, was gleichbedeutend damit ist, dass der Kurzschlussstrom einen zu großen Wert aufweist – der Kurzschlussstrom übersteigt den in Bezug auf die Fahrervorgabe notwendigen Wert oder den in Bezug auf die Auslegung der Gleichstrommaschine zulässigen Wert – dann werden Maßnahmen durchgeführt, die eine Schwächung des in der fremderregten Gleichstrommaschine 40 erzeugten Statormagnetfelds bewirken. Zu diesem Zweck ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' dazu ausgebildet, den Wert des Erregerstroms I_f entsprechend einem vorgebbaren Tastverhältnis einzustellen. Somit werden zum einen die beiden Schalter T2 und T4 gemäß dem zweiten Ansteuermuster so angesteuert, dass in den mit P2 bezeichneten Zeitabschnitten ein Kurzschlussstrom durch den Phasenpfad 42 fließt und zum anderen wird zusätzlich der Erregerstrom I_f getaktet.
Die vorstehend zu einer fremderregten Gleichstrommaschine gemachten Aussagen bzw. vorgestellten Maßnahmen können zu einem großen Teil in entsprechender Weise auf eine Synchronmaschine übertragen werden.
In 6 zeigt eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung für eine Synchronmaschine 78. Die Synchronmaschine 78 weist drei Phasen 80, 82, 84 auf, bei denen es sich jeweils um eine Statorwicklung handelt, und die zu einer Sternschaltung angeordnet sind. Insgesamt ergeben sich dadurch drei Phasenpfade: ein erster Phasenpfad 86, der zwischen Leitungen a und b angeordnet ist und die beiden Phasen 80 und 82 enthält; ein zweiter Phasenpfad 88, der zwischen Leitungen b und c angeordnet ist und die beiden Phasen 80 und 84 enthält; ein dritter Phasenpfad 90, der zwischen Leitungen a und c angeordnet ist und die beiden Phasen 82 und 84 enthält.
Die Phasenpfade 86, 88, 90 sind über einen Wechselrichter 92, der als eine als Drehstrombrücke bezeichnete Brückenschaltung ausgebildet ist, mit einer Energiespeichereinheit 60' verbindbar. Die Energiespeichereinheit 60' weist einen ersten Anschluss 62' mit einem ersten Potential und einen zweiten Anschluss 64' mit einem zweiten Potential auf, wodurch sich die Batteriespannung UB ergibt, die ebenfalls in der Größenordnung von 200 V bis 400 V liegen kann. Die Brückenschaltung und somit der Wechselrichter 92 weisen eine Vielzahl von Schalterpfaden auf, die jeweils aus einem ersten Schalter T1, T3, T5 und aus einem zweiten Schalter T2, T4, T6 aufgebaut sind, wobei in 6 einer der ersten Schalter T1, T3, T5 exemplarisch mit der Bezugsziffer 66' und einer der zweiten Schalter T2, T4, T6 exemplarisch mit der Bezugsziffer 68' bezeichnet ist. Zu jedem der ersten und zweiten Schalter 66', 68' ist eine Freilaufdiode antiparallel geschaltet. In 6 ist eine dieser Freilaufdioden exemplarisch mit der Bezugsziffer 70' bezeichnet.
Über Anschlüsse A', B', C', D', E', F' ist der Wechselrichter 92, genauer gesagt sind die ersten und zweiten Schalter 66', 68' von der Ansteuereinheit 22 oder 22' ansteuerbar. Der Wechselrichter 92 weist sechs Schalterpfade auf, wobei ein erster Schalterpfad 94 aus den Schaltern T1 und T4 aufgebaut ist, ein zweiter Schalterpfad 96 aus den Schaltern T2 und T3 aufgebaut ist, ein dritter Schalterpfad 98 aus den Schaltern T3 und T6 aufgebaut ist, ein vierter Schalterpfad 100 aus den Schaltern T4 und T5 aufgebaut ist, ein fünfter Schalterpfad 102 aus den Schaltern T1 und T6 aufgebaut ist und ein sechster Schalterpfad 104 aus den Schaltern T2 und T5 aufgebaut ist.
Der erste Phasenpfad 86 ist somit dem ersten Schalterpfad 94 und dem zweiten Schalterpfad 96 zugeordnet. Der zweite Phasenpfad 88 ist somit dem dritten Schalterpfad 98 und dem vierten Schalterpfad 100 zugeordnet. Der dritte Phasenpfad 90 ist somit dem fünften Schalterpfad 102 und dem sechsten Schalterpfad 104 zugeordnet. Die Phasenpfade 86, 88, 90 sind über die ersten Schalter 66' mit dem ersten Anschluss 62' und über die zweiten Schalter 68' mit dem zweiten Anschluss 64' der Energiespeichereinheit 60' derart verbindbar ist, dass die Richtung eines durch den jeweiligen Phasenpfad 86, 88, 90 fließenden Stroms I umkehrbar ist. Der Energiespeichereinheit 60' ist ein Kondensator 76' parallel geschaltet, der einen Zwischenkreis bildet.
Für die fremderregte Gleichstrommaschine 40 mit ihrem einzelnen im Anker angeordneten Phasenpfad 42 wurden vorstehend, vor allem unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das darin ablaufende erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Insbesondere wurden vorstehend Ausführungen gemacht zum: Erzeugen eines Vortriebmoments an den angetriebenen Rädern 12 oder 12'; zum Erzeugen eines Bremsmoments an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' durch Anwenden eines ersten und eines zweiten Ansteuermusters, wobei hierzu der Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit und ein Fahrzeugbetriebszustand erfasst und ausgewertet werden; und zum Bestimmen des zweiten Ansteuermusters für den Fall, dass die Drehzahlgrößer kleiner als ein erster Vergleichsewert ist.
Diese Ausführungen können für die Synchronmachine 78 übernommen bzw. auf diese übertragen werden. Allerdings weist die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Synchronmaschine 78 im Vergleich zu der zuvor beschriebenen fremderregten Gleichstrommaschine 40 nicht einen einzelnen Phasenpfad, sondern insgesamt drei Phasenfade auf, wobei folgende Paarbildung gilt: der erste Phasenpfad 86 ist dem ersten Schalterpfad 94 und dem zweiten Schalterpfad 96 zugeordnet; der zweite Phasenpfad 88 ist dem dritten Schalterpfad 98 und dem vierten Schalterpfad 100 zugeordnet; der dritte Phasenpfad 90 ist dem fünften Schalterpfad 102 und dem sechsten Schalterpfad 104 zugeordnet.
Auch für den Fall, dass es sich bei der Elektromaschine 16 oder 16' um eine Synchronmaschine 78 handelt, ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' somit dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands die ersten und zweiten Schalter 66', 68' derart gemäß einem Ansteuermuster anzusteuern, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Synchronmaschine 78 aufgrund des durch den ersten Phasenpfad 86 und/oder des durch den zweiten Phasenpfad 88 und/oder des durch den dritten Phasenpfad 90 jeweils fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad 12 oder 12' wirkendes Bremsmoment erzeugt. Solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, erfolgt das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster. Dabei wird die Energiespeichereinheit 60' durch den durch den Phasenpfad oder die Phasenpfade 86, 88, 90 jeweils fließenden Strom geladen. Sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, erfolgt das Ansteuern gemäß einem zweiten Ansteuermuster. Dabei wird die Energiespeichereinheit 60' nicht oder nicht mehr durch den durch den Phasenpfad oder die Phasenpfade 86, 88, 90 jeweils fließenden Strom geladen. Dabei ist auch für die Synchronmaschine 78 das zweite Ansteuermuster so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten und zweiten Schalter 66', 68' der Phasenpfad oder die Phasenpfade 86, 88, 90 zumindest zeitweise kurzgeschlossen sind und somit ein Kurzschlussstrom durch den jeweiligen Phasenpfad 86, 88, 90 fließt. Auch werden die ersten und zweiten Schalter 66', 68' entsprechend einem vorgebbaren, den Wert des Kurzschlussstroms festlegenden Tastverhältnis angesteuert.
Das Ansteuern gemäß dem ersten Ansteuermuster entspricht dabei dem normalen 4-Quadrantenbetrieb mit Rückspeisung in die Energiespeichereinheit 60', auch als Rekuperation bezeichnet. Das Ansteuern gemäß dem ersten Ansteuermuster wird nachfolgend anhand des ersten Phasenpfads 86 erläutert, wobei diese Ausführungen in entsprechender Weise auch auf die beiden anderen Phasenpfade 88, 90 übertragen werden können. Bei diesem Ansteuern werden pulsweitenmoduliert abwechselnd die Transistorenpaare T1 und T4 einerseits, also der erste Schalterpfad 94, sowie T2 und T3 andererseits, also der zweite Schalterpfad 96, durchgesteuert, so dass abwechselnd die Spannung +U_B bzw. –U_B an den Phasen 80, 82 anliegt. Durch das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation wird dabei der Wert des durch den ersten Phasenpfad 86 bzw. durch die Phasen 80, 82 fließenden Stroms eingestellt. Wird allerdings in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, und die Energiespeichereinheit 60' somit beispielsweise vollständig geladen ist, dann erfolgt das Ansteuern der ersten Schalter 66' und der zweiten Schalter 68' gemäß einem zweiten Ansteuermuster. Dabei wird die Energiespeichereinheit 60' nicht durch den durch den ersten Phasenpfad 86 fließenden Strom geladen. Das zweite Ansteuermuster ist so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten Schalter 66' und der zweiten Schalter 68' der erste Phasenpfad 86 zumindest zeitweise kurzgeschlossen ist und somit ein Kurzschlussstrom durch den ersten Phasenpfad 86 fließt. Der Kurzschluss des ersten Phasenpfads 86 kann dadurch erreicht werden, dass gleichzeitig die Schalter T2 und T4 angesteuert werden, wobei die beiden Schalter T1 und T3 nicht angesteuert sind. Alternativ können die beiden Schalter T1 und T3 gleichzeitig angesteuert werden, wobei dann die beiden Schalter T2 und T4 nicht angesteuert sind. Auch bei der Synchronmaschine 78 ist darauf zu achten, dass beim Ansteuern mittels der zweiten Ansteuermuster die Energiespeichereinheit 60' nicht kurzgeschlossen wird. Gegebenenfalls wird die Energiespeichereinheit 60' von der Synchronmaschine 78 abgekoppelt.
Auch bei der Synchronmaschine 78 hängt der im Kurzschlussbetrieb durch den ersten Phasenpfad 86 fließende Kurzschlussstrom I von der in den beiden Phasen 80, 82 induzierten Spannung ab. Ebenso besteht bei einer Synchronmaschine ein Zusammenhang zwischen der Rotordrehzahl und der dabei in den Phasen induzierten Spannung. Folglich ist auch die für die Ansteuerung der Synchronmaschine zum Einsatz kommende Ansteuereinheit 22 oder 22' so ausgebildet, das diese im Kurzschlussbetrieb eine Regelung des Kurzschlussstroms realisieren kann. Dies wird dadurch erreicht, dass das zweite Ansteuermuster in Abhängigkeit der mit der dritten Erfassungseinheit 34 oder 34' erfassten Drehzahlgröße bestimmt wird.
Wird in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass die Drehzahlgröße kleiner als ein erster Vergleichswert ist, was gleichbedeutend damit ist, dass der Kurzschlussstrom einen zu kleinen Wert aufweist, dann werden auch für die Synchronmaschine 78 die im Zusammenhang mit der fremderregten Gleichstrommaschine 40 beschriebenen Maßnahmen ergriffen. Das zweite Ansteuermuster wird so bestimmt, dass durch das Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter 66', 68' zumindest zeitweise ein der Energiespeichereinheit 60' entnommener Speisestrom durch den ersten Phasenpfad 86 fließt. Hierzu werden der erste Schalter T3 und der zweite Schalter T2 so angesteuert, dass ein solcher Speisestrom der Energiespeichereinheit 60' entnommen wird, um das geforderte, der Fahrervorgabe entsprechende Bremsmoment an den angetriebenen Rädern 12 oder 12' bereitstellen zu können. Somit fließt durch den ersten Phasenpfad 86 abwechselnd ein Kurzschlussstrom und ein Speisestrom.
Die bei der Beschreibung der fremderregten Gleichstrommaschine im Zusammenhang mit der Beschreibung der 4 und 5 oder basierend auf den 4 und 5 gemachten Ausführungen gelten in entsprechender Weise auch für die Synchronmaschine.
Wird dagegen in der Ansteuereinheit 22 oder 22' festgestellt, dass die Drehzahlgröße größer als ein zweiter Vergleichswert ist, was gleichbedeutend damit ist, dass der Kurzschlussstrom einen zu großen Wert aufweist – der Kurzschlussstrom übersteigt den in Bezug auf die Fahrervorgabe notwendigen Wert oder den in Bezug auf die Auslegung der Synchronmaschine zulässigen Wert – werden Maßnahmen durchgeführt, die eine Schwächung des in der Synchronmaschine 78 erzeugten Statormagnetfelds bewirken. Die hierbei für die Synchronmaschine 78 zu ergreifenden Maßnahmen unterscheiden sich von den für die fremderregte Gleichstrommaschine 40 zu ergreifenden Maßnahmen.
Wird mittels der Ansteuereinheit 22 oder 22' eine Synchronmaschine 78 angesteuert, dann ist die Ansteuereinheit 22 oder 22' dazu ausgebildet, zur Schwächung des Statormagnetfelds das zweite Ansteuermuster so zu bestimmen, dass zusätzlich die einem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter angesteuert sind. Bezogen auf die vorstehenden Ausführungen, die basierend auf dem ersten Phasenpfad 86 erfolgt sind, bedeutet dies, dass wenn zusätzlich der zweite Phasenpfad 88 bestromt werden soll, die in dem dritten Schalterpfad 98 und die in dem vierten Schalterpfad 100 enthaltenen Schalter entsprechend angesteuert werden, und/oder wenn zusätzlich der dritte Phasenpfad 90 bestromt werden soll, die in dem fünften Schalterpfad 102 und die in dem sechsten Schalterpfad 104 enthaltenen Schalter entsprechend angesteuert werden. Somit können zusätzlich zu dem ersten Phasenpfad 86 entweder ein oder zwei weitere Phasenpfade bestromt werden.
Bezogen auf die vorstehenden Ausführungen wird in einer ersten Ausgestaltung dabei so vorgegangen, dass die dem ersten Phasenpfad 86 zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad, hierbei handelt es sich um den zweiten Phasenpfad 88 und/oder um den dritten Phasenpfad 90, zugeordneten ersten und zweiten Schalter so angesteuert sind, dass sich der Kurzschlussstrom auf den ersten Phasenpfad 86 und den weiteren Phasenpfad 88, 90 aufteilt. Die dem ersten Phasenpfad 86 zugeordneten ersten und zweiten Schalter sind in dem ersten und dem zweiten Schalterpfad 94, 96 enthalten. Die dem zweiten Schalterpfad 88 zugeordneten ersten und zweiten Schalter sind in dem dritten und dem vierten Schalterpfad 98, 100 enthalten. Die dem dritten Phasenpfad 90 zugeordneten ersten und zweiten Schalter sind in dem fünften und dem sechsten Schalterpfad 102, 104 enthalten.
In einer zweiten Ausgestaltung wird dabei so vorgegangen, dass die dem ersten Phasenpfad 86 zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad, hierbei handelt es sich um den zweiten Phasenpfad 88 und/oder um den dritten Phasenpfad 90, zugeordneten ersten und zweiten Schalter so angesteuert sind, dass durch einen der beiden Pfade der Kurzschlussstrom und durch den anderen Pfad ein der Energiespeichereinheit 60' entnommener Speisestrom fließt. Vorzugsweise fließt durch den ersten Phasenpfad 86 der Kurzschlussstrom und durch den zweiten und/oder den dritten Phasenpfad 88, 90 der Speisestrom. Vorzugsweise können die Schalter T3, T5, T6 angesteuert werden. Es ist aber auch denkbar, dass in einem Phasenpfad der Kurzschlussstrom und der Speisestrom überlagert fließen. Die im Zusammenhang mit der ersten Ausgestaltung gemachten Ausführungen zu den ersten und zweiten Schaltern gelten auch für die zweite Ausgestaltung.
Es ist denkbar, die im Rahmen der ersten und der zweiten Ausgestaltung getrennt vorgestellten Maßnahmen auch zu kombinieren.
Bezüglich der Synchronmaschine 78 kann festgehalten werden: Entweder wird der Kurzschlussstrom so über die Phasen 80, 82, 84, d. h. die Motorwicklungen, geschalten, dass eine Feldschwächung entstehet oder es wird eine Feldschwächung erzeugt durch eine Überlagerung des Kurzschlussbetriebs der Phasen 80, 82, 84 mit einer Energieeinspeisung aus der Energiespeichereinheit 60'.
Dass die im Zusammenhang mit der Synchronmaschine 78 gemachten Ausführungen anhand des ersten Phasenpfads 86 erfolgt sind, soll keine einschränkende Wirkung haben. Die vorstehend beschriebenen Ansteuerungen können in entsprechender Weise auch auf einen der beiden anderen Phasenpfade 88, 90 oder eine Kombination von Phasenpfaden übertragen werden.
Die der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegende Vorgehensweise kann wie folgt zusammengefasst werden: Durch das Ansteuern mit dem zweiten Ansteuermuster wird erreicht, dass kein Stromfluss in die (bereits vollgeladene) Energiespeichereinheit erfolgt. Hierzu wird ein Phasenpfad der Elektromaschine kurzgeschlossen, wobei durch eine geeignete Steuerung oder Regelung der dabei in dem Phasenpfad fließende Kurzschlussstrom begrenzt werden kann und kein Kurzschluss der Energiespeichereinheit entsteht. Evtl. kann es erforderlich sein, die Energiespeichereinheit während des Kurzschlussbetriebs der Elektromaschine von dieser abzutrennen. Durch den Kurzschlussstrom entsteht ein Bremsmoment. Bei hohen Drehzahlen der Elektromaschine kann bei einer fremderregten Gleichstrommaschine zur Steuerung oder Regelung des Kurzschlussstroms der Erregerstrom verwendet werden um eine Feldschwächung zu erzielen. Bei einer Synchronmaschine kann dagegen entweder der Kurzschlussstrom so über die Maschinenwicklungen geschaltet werden, dass eine Feldschwächung entsteht, oder durch eine dem Kurzschlussbetrieb überlagerte Energieeinspeisung aus der Energiespeichereinheit eine Feldschwächung erreicht werden. Bei niedrigen Drehzahlen, bei denen die in der Elektromaschine induzierte Spannung nicht ausreicht, um ein ausreichendes Bremsmoment zu erzeugen, kann durch aktives Einspeisen eines Stroms aus der Energiespeichereinheit das notwendige Bremsmoment erreicht werden. Dies entspricht einem Umpolen bei der fremderregten Gleichstrommaschine.
Ein Vergleich der 1 und 2 einerseits mit den 3 bzw. 5 andererseits ergibt folgende Konkordanz: Ist die Elektromachine 16 oder 16' als fremderregte Gleichstrommaschine 40 ausgebildet, dann entsprechen der hierbei eingesetzte Wechselrichter 58 den Wechselrichtern 24 oder 24' und die hierbei eingesetzte Energiespeichereinheit 60 den Energiespeichereinheiten 26 oder 26'. Ist die Elektromachine 16 oder 16' dagegen als Synchronmaschine 78 ausgebildet, dann entsprechen der hierbei eingesetzte Wechselrichter 92 den Wechselrichtern 24 oder 24' und die hierbei eingesetzte Energiespeichereinheit 60' den Energiespeichereinheiten 26 oder 26'.
Neben den beiden vorstehend beschriebenen Elektromaschinen, zum einen einer fremderregten Gleichstrommaschine und zum anderen einer Synchronmaschine mit drei zu einer Sternschaltung angeordneten Phasen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung und mit ihr auch das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer Synchronmaschine zum Einsatz kommen, die lediglich zwei Phasen aufweist, die zueinander in einem Winkel von 90° angeordnet sind, wie dies beispielsweise bei Schrittmotoren der Fall sein kann.
Dass die beiden vorstehend beschriebenen Wechselrichter 58 und 92 in der sogenannten 2-Level-Topologie ausgeführt sind, soll hinsichtlich des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens keine einschränkende Wirkung haben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können auch zusammen mit einem Wechselrichter eingesetzt werden, der in der sogenannten 3-Level-Topologe ausgeführt ist. Ein 3-Level-Topologie-Wechselrichter verfügt über erheblich mehr Schalter als ein 2-Level-Topologie-Wechselrichter. Anstelle eines einzelnen ersten Schalters (T1, T3, T5) und eines einzelnen zweiten Schalters (T2, T4, T6) eines 2-Level-Topologie-Wechselrichters kommen bei einem 3-Level-Topologie_Wechselrichter jeweils zwei Schalter zum Einsatz. Unter Verwendung eines entsprechend ausgestalteten Zwischenkreiskondensators kann somit zwischen drei Spannungsniveaus bzw. Spannungsleveln umgeschaltet werden, nämlich +U_B, 0 und –U_B. Demzufolge umfasst die in den unabhängigen Ansprüchen gewählte Formulierung auch den Einsatz von 3-Level-Topologie-Wechselrichtern.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: angetriebene Räder
14: nicht-angetriebene Räder
16: Elektromaschine
18: Getriebe
20: Differenzial
22: Ansteuereinheit
24: Wechselrichter
26: Energiespeichereinheit
28: Vorrichtung
30: erste Erfassungseinheit
32: zweite Erfassungseinheit
34: dritte Erfassungseinheit
36: Verbrennungsmotor
38: Kupplung
40: fremderregte Gleichstrommaschine
42: Phasenpfad
44: Phase
46: Widerstand
48: Spannungsquelle
50: Erregerphasenpfad
52: Erregerphase
54: Widerstand
56: Erregerspannungsquelle
58: Wechselrichter
60: Energiespeichereinheit
62: erster Anschluss
64: zweiter Anschluss
66: erster Schalter
68: zweiter Schalter
70: Freilaufdiode
72: erster Schalterpfad
74: zweiter Schalterpfad
76: Kondensator
78: Synchronmaschine
80: Phase
82: Phase
84: Phase
86: erster Phasenpfad
88: zweiter Phasenpfad
90: dritter Phasenpfad
92: Wechselrichter
94: erster Schalterpfad
96: zweiter Schalterpfad
98: dritter Schaterpfad
100: vierter Schalterpfad
102: fünfter Schalterpfad
104: sechster Schalterpfad

Claims

Vorrichtung zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug (10, 10') angeordneten Elektromaschine (16, 16', 40, 78), wobei das Fahrzeug (10, 10') eine Anzahl von angetriebenen Rädern (12, 12') aufweist und die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) ein auf die angetriebenen Räder (12, 12') wirkendes Drehmoment erzeugt, wobei die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) zumindest einen Phasenpfad (42, 86, 88, 90) mit mindestens einer Phase (44, 80, 82, 84) aufweist, wobei der Phasenpfad (42, 86, 88, 90) über einen von einer Ansteuereinheit (22, 22') ansteuerbaren Wechselrichter (24, 24', 58, 92) mit einer Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') verbindbar ist, wobei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') einen ersten Anschluss (62, 62') mit einem ersten Potential und einen zweiten Anschluss (64, 64') mit einem zweiten Potential aufweist, wobei der Wechselrichter (24, 24', 58, 92) eine Brückenschaltung mit einer Vielzahl von Schalterpfaden (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) aufweist, wobei die Schalterpfade (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) aus zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') aufgebaut sind, wobei der Phasenpfad (42, 86, 88, 90) zwei Schalterpfaden (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) zugeordnet ist und über die ersten Schalter (66, 66') mit dem ersten Anschluss (62, 62') und über die zweiten Schalter (68, 68') mit dem zweiten Anschluss (64, 64') der Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') derart verbindbar ist, dass die Richtung eines durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Stroms umkehrbar ist, mit: einer ersten Erfassungseinheit (30, 30'), die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Ladefähigkeitszustand der Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') zu erfassen, und einer zweiten Erfassungseinheit (32, 32'), die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Fahrzeugbetriebszustand zu erfassen, der durch ein auf zumindest ein Rad (12, 12', 14, 14') wirkendes Bremsmoment charakterisiert ist, wobei die Ansteuereinheit (22, 22') dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands die ersten und zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') derart gemäß einem Ansteuermuster anzusteuern, dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) aufgrund des durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad (12, 12') wirkendes Bremsmoment erzeugt, wobei solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') durch den durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Strom geladen wird, und sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, das Ansteuern gemäß einem zweiten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') nicht durch den durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Strom geladen wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansteuermuster so bestimmt ist, dass durch das Ansteuern der ersten und zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') der Phasenpfad (42, 86, 88, 90) zumindest zeitweise kurzgeschlossen ist und somit ein Kurzschlussstrom durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') entsprechend einem vorgebbaren, den Wert des Kurzschlussstroms festlegenden Tastverhältnis angesteuert sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fahrzeugbetriebszustand ein Generatorbetrieb der Elektromaschine (16, 16', 40, 78) und/oder eine Betätigung eines Bremspedals und/oder ein Schubebetrieb des Fahrzeugs (10, 10') und/oder eine Bergabfahrt des Fahrzeugs (10, 10') vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Erfassungseinheit (34, 34') vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahlgröße zu erfassen, die die Drehzahl der Elektromaschine (16, 16', 40, 78) repräsentiert, wobei die Ansteuereinheit (22, 22') ferner dazu ausgebildet ist, das zweite Ansteuermuster in Abhängigkeit der Drehzahlgröße zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Drehzahlgröße kleiner als ein erster Vergleichswert ist, das zweite Ansteuermuster so bestimmt ist, dass durch das Ansteuern der ersten und der zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') zumindest zeitweise ein der Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') entnommener Speisestrom durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (22, 22') ferner dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass die Drehzahlgröße größer als ein zweiter Vergleichswert ist, Maßnahmen durchzuführen, die eine Schwächung eines in der Elektromaschine (16, 16', 40, 78) erzeugten Statormagnetfelds bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektromaschine um eine Synchronmaschine (78) handelt, die mindestens drei zu einer Sternschaltung angeordnete Phasen (80, 82, 84) aufweist, wobei die Ansteuereinheit (22, 22') dazu ausgebildet ist, zur Schwächung des Statormagnetfelds das zweite Ansteuermuster so zu bestimmen, dass zusätzlich die einem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter angesteuert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter so angesteuert sind, dass sich der Kurzschlussstrom auf den Phasenpfad und den weiteren Phasenpfad aufteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter und die dem weiteren Phasenpfad zugeordneten ersten und zweiten Schalter so angesteuert sind, dass durch einen der beiden Pfade der Kurzschlussstrom und durch den anderen Pfad ein der Energiespeichereinheit (60') entnommener Speisestrom fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektromaschine um eine fremderregte Gleichstrommaschine (40) handelt, wobei der Phasenpfad (42) ein Ankerphasenpfad ist und die Gleichstrommaschine (40) zusätzlich einen Erregerphasenpfad (50) aufweist, wobei durch den Erregerphasenpfad (50) ein Erregerstrom zum Erzeugen des Statormagnetfelds fließt, wobei die Ansteuereinheit (22, 22') dazu ausgebildet ist, zur Schwächung des Statormagnetfelds den Wert des Erregerstroms entsprechend einem vorgebbaren Tastverhältnis einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Erfassungseinheit (32, 32') dazu ausgebildet ist, den Generatorbetrieb anhand eines Vergleichs eines von der Elektromaschine (16, 16', 40, 78) abgegebenen Ist-Drehmoments mit einem vorgegebenen Soll-Drehmoment festzustellen.
Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug (10, 10') angeordneten Elektromaschine (16, 16', 40, 78), wobei das Fahrzeug (10, 10') eine Anzahl von angetriebenen Rädern (12, 12') aufweist und die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) ein auf die angetriebenen Räder (12, 12') wirkendes Drehmoment erzeugt, wobei die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) zumindest einen Phasenpfad (42, 86, 88, 90) mit mindestens einer Phase (44, 80, 82, 84) aufweist, wobei der Phasenpfad (42, 86, 88, 90) über einen von einer Ansteuereinheit (22, 22') ansteuerbaren Wechselrichter (24, 24', 58, 92) mit einer Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') verbindbar ist, wobei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') einen ersten Anschluss (62, 62') mit einem ersten Potential und einen zweiten Anschluss (64, 64') mit einem zweiten Potential aufweist, wobei der Wechselrichter (24, 24', 58, 92) eine Brückenschaltung mit einer Vielzahl von Schalterpfaden (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) aufweist, wobei die Schalterpfade (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) aus zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') aufgebaut sind, wobei der Phasenpfad (42, 86, 88, 90) zwei Schalterpfaden (72, 74, 94, 96, 98, 100, 102, 104) zugeordnet ist und über die ersten Schalter (66, 66') mit dem ersten Anschluss (62, 62') und über die zweiten Schalter (68, 68') mit dem zweiten Anschluss (64, 64') der Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') derart verbindbar ist, dass die Richtung eines durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Stroms umkehrbar ist, mit den Schritten: – Erfassen zumindest eines Ladefähigkeitszustands der Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') mit einer ersten Erfassungseinheit (30, 30'), – Erfassen zumindest eines Fahrzeugbetriebszustands, der durch ein auf zumindest ein Rad (12, 12', 14, 14') wirkendes Bremsmoment charakterisiert ist, mit einer zweiten Erfassungseinheit (32, 32'), – Auswerten des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands in der Ansteuereinheit (22, 22'), und – Ansteuern der ersten und zweiten Schalter (66, 66', 68, 68') in Abhängigkeit des erfassten Ladefähigkeitszustands und des erfassten Fahrzeugbetriebszustands derart gemäß einem Ansteuermuster durch die Ansteuereinheit (22, 22'), dass bei Vorliegen des Fahrzeugbetriebszustands die Elektromaschine (16, 16', 40, 78) aufgrund des durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Stroms ein zumindest auf ein angetriebenes Rad (12, 12') wirkendes Bremsmoment erzeugt, wobei solange der Ladefähigkeitszustand von einem vordefinierten Ladefähigkeitszustand verschieden ist, das Ansteuern gemäß einem ersten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') durch den durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Strom geladen wird, und sobald der Ladefähigkeitszustand dem vordefinierten Ladefähigkeitszustand entspricht, das Ansteuern gemäß einem zweiten Ansteuermuster erfolgt und dabei die Energiespeichereinheit (26, 26', 60, 60') nicht durch den durch den Phasenpfad (42, 86, 88, 90) fließenden Strom geladen wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Datenträger mit Programmcode, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 13 durchzuführen, wenn der Programmcode in einer Vorrichtung (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 abläuft.