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DE102021005149A1 - Method of operating an electric vehicle - Google Patents

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DE102021005149A1
DE102021005149A1 DE102021005149.1A DE102021005149A DE102021005149A1 DE 102021005149 A1 DE102021005149 A1 DE 102021005149A1 DE 102021005149 A DE102021005149 A DE 102021005149A DE 102021005149 A1 DE102021005149 A1 DE 102021005149A1
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DE
Germany
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power loss
electric drive
torque
open
electric
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Withdrawn
Application number
DE102021005149.1A
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German (de)
Inventor
Oliver Raulien
Tobias Wolf
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs mit mindestens zwei elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) und einem jeweiligen Inverter (2.1, 2.2), wobei
- aus einem Fahrerwunsch (FW) ein Summen-Soll-Drehmoment ermittelt wird,
- basierend auf dem Summen-Soll-Drehmoment und verfügbaren Drehmomenten (Mv) der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) eine minimal und maximal mögliche Allrad-Momentenverteilung aus fahrdynamischer Sicht ermittelt wird,
- eine Summen-Verlustleistung der beiden elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) basierend auf Verlustleistungskennfeldern (VLKF) ermittelt wird, wobei dann, wenn Allrad-Momentenverteilungen von 0 und/oder 100% zulässig sind und eine Betriebsart Offene Klemmen bei der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine (1.1, 1.2) möglich ist, die Verlustleistung für die Allrad-Momentenverteilungen von 0 bzw. 100% auf Basis von Verlustleistungskennlinien (VLKLOK) bei offenen Klemmen für die jeweils andere elektrische Antriebsmaschine (1.1, 1.2) ermittelt wird,
- die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung ermittelt wird,
- wobei dann, wenn ein Verlustleistungsvorteil größer als ein Schwellwert ist, die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung eingestellt wird, wobei die Betriebsart Offene Klemmen für eine oder keine der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) eingestellt wird.

Figure DE102021005149A1_0000
The invention relates to a method for operating an electric vehicle with at least two electric drive units (1.1, 1.2) and a respective inverter (2.1, 2.2), wherein
- A total target torque is determined from a driver request (FW),
- Based on the total target torque and available torques (Mv) of the electric drive units (1.1, 1.2), a minimum and maximum possible all-wheel drive torque distribution is determined from a driving dynamics point of view,
- A total power loss of the two electric drive machines (1.1, 1.2) based on power loss characteristics (VLKF) is determined, when all-wheel drive torque distributions of 0 and/or 100% are permissible and an operating mode of open terminals for the respective electric drive machine ( 1.1, 1.2) is possible, the power loss for the all-wheel drive torque distributions of 0 or 100% is determined on the basis of power loss characteristics (VLKL OK ) with open terminals for the respective other electric drive machine (1.1, 1.2),
- the all-wheel torque distribution with the lowest total power loss is determined,
- When a power loss advantage is greater than a threshold value, the four-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is set, the open terminals operating mode being set for one or none of the electric drive machines (1.1, 1.2).
Figure DE102021005149A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an electric vehicle according to the preamble of claim 1.

In Fahrzeugen mit Elektroantrieb, insbesondere mittels Permanent-Magnet-Synchron-Maschinen (PMSM) kann Energie eingespart werden, wenn die PMSM unter bestimmten Bedingungen in einen Zustand Offene Klemmen (six switch open) geschaltet wird. Der ansonsten durchgeführte Betrieb der elektrischen Maschine mit 0Nm verursacht mit Pulsweitenmodulation mehr Verluste als das Schalten des Zustands Offene Klemmen.In vehicles with an electric drive, in particular by means of permanent magnet synchronous machines (PMSM), energy can be saved if the PMSM is switched to an open clamp state (six switch open) under certain conditions. The otherwise carried out operation of the electrical machine with 0Nm causes more losses with pulse width modulation than switching the open terminals state.

DE 10 2017 202 393 A1 beschreibt eine Schaltsteuereinheit, welche Schaltelemente eines Energieumwandlungsschaltkreises EIN/AUS-steuert, umfassend eine Energieversorgungsseitenunregelmäßigkeits-Bestimmungseinheit, und eine Regenerationsunregelmäßigkeits-Reaktionsverarbeitungsauswahleinheit, welche entweder eine Dreiphasenkurzschlussverarbeitung, bei welcher alle Schaltelemente einer Oberstufenseite oder alle Schaltelemente einer Unterstufenseite eingeschaltet werden, oder eine Sechsschalteröffnungsverarbeitung, bei welcher alle Schaltelemente des Energieumwandlungsschaltkreises ausgeschaltet werden, als eine auszuführende Verarbeitung auswählt, wenn die Energieversorgungsseitenunregelmäßigkeits-Bestimmungseinheit bestimmt, dass eine Energieversorgungsseitenunregelmäßigkeit aufgetreten ist, wobei die Dreiphasenkurzschlussverarbeitung und die Sechsschalteröffnungsverarbeitung entsprechend einem Motorbetriebszustand des Wechselstrommotors zu dem Zeitpunkt der Bestimmung ausgewählt wird. DE 10 2017 202 393 A1 describes a switching control unit which ON/OFF controls switching elements of a power conversion circuit, comprising a power-supply-side abnormality determining unit, and a regeneration abnormality response processing selection unit which performs either three-phase short-circuit processing in which all switching elements of an upper stage side or all switching elements of a lower stage side are turned on, or six-switch opening processing which all switching elements of the power conversion circuit are turned off, as processing to be executed when the power-supply-side abnormality determining unit determines that a power-supply-side abnormality has occurred, selecting the three-phase short-circuit processing and the six-switch opening processing according to a motor operating state of the AC motor at the time of the determination.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Verluste beim Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu reduzieren.The object of the invention is to reduce the losses during the operation of an electrically driven vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs gemäß Anspruch 1.The object is achieved according to the invention by a method for operating an electric vehicle according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs mit mindestens zwei elektrischen Antriebsmaschinen wird jede elektrische Antriebsmaschine mit einem jeweiligen Inverter angesteuert, wobei

  • - eine Antriebssteuereinheit aus einem Fahrerwunsch, umfassend eine Stellung eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals, ein Summen-Soll-Drehmoment ermittelt, und
  • - basierend auf dem Summen-Soll-Drehmoment und verfügbaren Drehmomenten der elektrischen Antriebsmaschinen eine minimal und maximal mögliche Allrad-Momentenverteilung aus fahrdynamischer Sicht ermittelt wird.
In a method according to the invention for operating an electric vehicle with at least two electric drive machines, each electric drive machine is controlled with a respective inverter, where
  • - A drive control unit from a driver's request, comprising a position of an accelerator pedal and / or a brake pedal, a total target torque determined, and
  • - Based on the total target torque and available torque of the electric drive units, a minimum and maximum possible all-wheel drive torque distribution is determined from a driving dynamics point of view.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

  • - eine Summen-Verlustleistung der beiden elektrischen Antriebsmaschinen bei den minimal und maximal möglichen Allrad-Momentenverteilungen, basierend auf Verlustleistungskennfeldern ermittelt wird, wobei dann, wenn Allrad-Momentenverteilungen von 0 und/oder 100% zulässig sind und zusätzlich auch eine Betriebsart Offene Klemmen bei der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine möglich ist, die Verlustleistung für die Allrad-Momentenverteilungen von 0 bzw. 100% auf Basis von Verlustleistungskennlinien VLKLOK bei offenen Klemmen für die jeweils andere elektrische Antriebsmaschine ermittelt wird,
  • - die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung ermittelt wird,
  • - ein Verlustleistungsvorteil als Differenz aus der Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung und einer Verlustleistung für die bislang eingestellte Allrad-Verteilung gebildet wird,
wobei dann, wenn der Verlustleistungsvorteil größer als ein Schwellwert ist oder wenn ein aufintegrierter Verlustleistungsvorteil größer als der Schwellwert ist, die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung eingestellt wird, wobei betriebspunktabhängig aus den folgenden Varianten der Energie-effizienteste Betrieb gewählt wird:
  • - Nutzen der Betriebsart Offene Klemmen für eine der elektrischen Antriebsmaschinen und Stellen des Drehmoments gemäß Fahrerwunsch auf einer anderen der elektrischen Antriebsmaschinen,
  • - Betreiben von beiden Invertern mit Pulsweitenmodulation und Aufteilen des Drehmoments gemäß Fahrerwunsch auf beide elektrischen Antriebsmaschinen mit wirkungsgrad-optimierter Verteilung.
According to the invention it is provided that
  • - A total power loss of the two electric drive machines at the minimum and maximum possible all-wheel drive torque distributions, based on power loss maps, is determined, in which case, if all-wheel drive torque distributions of 0 and / or 100% are permissible and also an operating mode open terminals at the respective electric drive machine is possible, the power loss for the all-wheel drive torque distributions of 0 or 100% is determined on the basis of power loss characteristics VLKL OK with open terminals for the other electric drive machine in each case,
  • - the all-wheel torque distribution with the lowest total power loss is determined,
  • - a power loss advantage is formed as the difference between the all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss and a power loss for the previously set all-wheel drive distribution,
where, if the power loss advantage is greater than a threshold value or if an integrated power loss advantage is greater than the threshold value, the four-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is set, with the most energy-efficient operation being selected from the following variants depending on the operating point:
  • - Use of the open terminals operating mode for one of the electric drive machines and setting the torque according to the driver's request on another of the electric drive machines,
  • - Operation of both inverters with pulse width modulation and distribution of the torque according to the driver's request to both electric drive units with efficiency-optimized distribution.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird je nach Fahrweise oder Zyklus bei einem Fahrzeug mit zwei elektrischen Antrieben ein nennenswerter Verbrauchs- und Reichweitenvorteil erzielt.Depending on the driving style or cycle, the solution according to the invention achieves a significant consumption and range advantage in a vehicle with two electric drives.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs mit mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine und mindestens einem Inverter,
  • 2 eine schematische Ansicht eines Flussdiagramms zur Optimierung einer Drehmomentverteilung über die elektrischen Antriebe,
  • 3 ein schematisches Diagramm von Drehmomenten der Inverter über einer Drehzahl ohne Nutzung einer Betriebsart Offene Klemmen, und
  • 4 ein schematisches Diagramm der Drehmomente der Inverter über der Drehzahl mit Nutzung der Betriebsart Offene Klemmen.
show:
  • 1 a schematic view of a method for operating an electric vehicle with at least one electric drive machine and at least one inverter,
  • 2 a schematic view of a flowchart for optimizing a torque distribution over the electric drives,
  • 3 a schematic diagram of torques of the inverters versus a speed without using an open terminal mode, and
  • 4 a schematic diagram of the torques of the inverters versus the speed using the operating mode open terminals.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs mit mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine 1.1, 1.2, wobei jede elektrische Antriebsmaschine 1.1, 1.2 mit einem jeweiligen Inverter 2.1, 2.2 angesteuert wird. 1 is a schematic view of a method for operating an electric vehicle with at least one electric drive machine 1.1, 1.2, each electric drive machine 1.1, 1.2 being controlled with a respective inverter 2.1, 2.2.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei drehmomentlosem Betrieb mindestens einer der elektrischen Antriebsmaschinen 1.1, 1.2, insbesondere einer Permanent-Magnet-Synchron-Maschine (PMSM), in einem Elektrofahrzeug, insbesondere einem ausschließlich elektrisch angetriebenen Fahrzeug, der Betriebszustands Offene Klemmen verwendet. Die elektrische Antriebsmaschine 1.1, 1.2 wird mittels jeweils eines Inverters 2.1, 2.2 und Pulsweitenmodulation (PWM) betrieben.According to the present invention, at least one of the electric drive machines 1.1, 1.2, in particular a permanent magnet synchronous machine (PMSM), in an electric vehicle, in particular an exclusively electrically driven vehicle, uses the operating state open terminals during torque-free operation. The electric drive machine 1.1, 1.2 is operated by means of an inverter 2.1, 2.2 and pulse width modulation (PWM).

Dazu gibt eine Antriebssteuereinheit 3 auf Basis eines Fahrerwunsches FW, beispielsweise anhand der Stellung eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals, eine Anforderung für ein Drehmoment M1, M2 an die Inverter 2.1, 2.2 und erhält von diesen eine Rückmeldung R1, R2, ob unter den aktuellen Betriebsbedingungen und bei einer Anforderung eines Drehmoments M1, M2 von 0 Nm (unabhängig vom aktuell angeforderten Drehmoment M1, M2) die Betriebsart Offene Klemmen möglich wäre. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Entscheidung in Abhängigkeit von einer Batteriespannung und der aktuellen Drehzahl na erfolgt, nämlich so, dass die Rückmeldung R1, R2, dass die Betriebsart Offene Klemmen möglich ist, dann übermittelt wird, wenn eine infolge der rückwirkenden elektromotorischen Kraft der elektrischen Antriebsmaschine 1.1, 1.2 induzierte Spannung kleiner ist als die Batteriespannung und/oder wenn die aktuelle Drehzahl na kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert. Dabei wird die Verfügbarkeit der Betriebsart Offene Klemmen in einer Software des elektrischen Antriebs, das heißt des jeweiligen Inverters 2.1, 2.2, unter den genannten Bedingungen festgestellt und an die Antriebssteuereinheit 3 kommuniziert.For this purpose, a drive control unit 3 based on a driver request FW, for example based on the position of an accelerator pedal and/or a brake pedal, sends a request for a torque M1, M2 to the inverters 2.1, 2.2 and receives feedback R1, R2 from them as to whether the current operating conditions and when a torque M1, M2 of 0 Nm is requested (regardless of the currently requested torque M1, M2), the open terminals operating mode would be possible. According to the invention, it is provided that this decision is made as a function of a battery voltage and the current speed n a , namely in such a way that the feedback R1, R2 that the open terminals operating mode is possible is transmitted when, as a result of the retroactive electromotive force of the electric drive machine 1.1, 1.2 induced voltage is less than the battery voltage and / or when the current speed na is less than a predetermined threshold. The availability of the open terminals operating mode is determined in software for the electric drive, ie the respective inverter 2.1, 2.2, under the stated conditions and communicated to the drive control unit 3.

Die Antriebssteuereinheit 3 entscheidet nun in einem Schritt S2, ob der mindestens eine Inverter 2.1, 2.2 oder mindestens einer von beiden oder mehreren Invertern 2.1, 2.2 oder beide oder alle Inverter 2.1, 2.2 in die Betriebsart Offene Klemmen geschaltet wird/werden oder ob beide Inverter 2.1, 2.2 betrieben werden, um das angeforderte Drehmoment M1, M2 durch beide oder alle Antriebsmaschinen 1.1, 1.2 energieeffizient verteilt aufzubringen.The drive control unit 3 now decides in a step S2 whether the at least one inverter 2.1, 2.2 or at least one of the two or more inverters 2.1, 2.2 or both or all inverters 2.1, 2.2 is/are switched to the open terminals operating mode or whether both inverters 2.1, 2.2 are operated in order to apply the requested torque M1, M2 distributed in an energy-efficient manner by both or all drive machines 1.1, 1.2.

Wenn im Fahrzeug nur eine elektrische Antriebsmaschine 1.1 oder 1.2 vorgesehen ist, dann kann die Betriebsart Offene Klemmen nur geschaltet werden, wenn ein drehmomentloser Betrieb (beispielsweise Segeln) vom Fahrer angefordert wird und die oben genannten Kriterien für die Betriebsart Offene Klemmen erfüllt sind.If only one electric drive machine 1.1 or 1.2 is provided in the vehicle, the open terminals operating mode can only be switched when the driver requests torque-free operation (e.g. coasting) and the above criteria for the open terminals operating mode are met.

Wenn im Fahrzeug mehrere elektrische Antriebsmaschinen 1.1, 1.2 vorgesehen sind, dann entscheidet die Antriebssteuereinheit 3 basierend auf dem Fahrerwunsch FW, der Verfügbarkeit der Betriebsart Offene Klemmen und einer intelligenten Strategie basierend auf den Verlustleistungen der elektrischen Antriebe bei Pulsweitenmodulation (gesamter Betriebsbereich) und in der Betriebsart Offene Klemmen, ob Offene Klemmen geschaltet werden soll.If several electric drive machines 1.1, 1.2 are provided in the vehicle, then the drive control unit 3 decides based on the driver's request FW, the availability of the open terminals operating mode and an intelligent strategy based on the power losses of the electric drives with pulse width modulation (entire operating range) and in the operating mode Open terminals, whether open terminals should be switched.

2 ist eine schematische Ansicht eines Flussdiagramms zur Optimierung einer Drehmomentverteilung über die elektrischen Antriebe, jeweils umfassend eine elektrische Antriebsmaschine 1.1, 1.2 und einen Inverter 2.1, 2.2. 2 is a schematic view of a flow chart for optimizing a torque distribution over the electric drives, each comprising an electric drive machine 1.1, 1.2 and an inverter 2.1, 2.2.

In einem Schritt S1 ermittelt die Antriebssteuereinheit 3 aus dem Fahrerwunsch FW, beispielsweise anhand der Stellung eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals, einer Rekuperationsstufe, einer Brems-Rekuperationsanforderung, externen Anforderungen wie Geschwindigkeitsregelanlage, Geschwindigkeitsbegrenzer usw. ein Summen-Soll-Drehmoment.In a step S1, drive control unit 3 determines a total target torque from driver request FW, for example based on the position of an accelerator pedal and/or a brake pedal, a recuperation stage, a brake recuperation request, external requirements such as a cruise control system, speed limiter, etc.

In einem Schritt S2 wird basierend auf dem Summen-Soll-Drehmoment und den verfügbaren Drehmomenten Mv der elektrischen Antriebe, die minimal und maximal mögliche Allrad-Momentenverteilung aus fahrdynamischer Sicht und optional aus Komfortsicht ermittelt. Die Allrad-Momentenverteilung ist als Quotient aus dem Drehmoment der Hinterachse und der Summe der Drehmomente der Hinterachse und der Vorderachse in Prozent definiert. Die minimal und maximal verfügbaren Drehmomente Mv der elektrischen Antriebe werden durch die elektrischen Antriebe bereitgestellt, beispielsweise auf einem CAN-Bus.In a step S2, based on the total target torque and the available torques Mv of the electric drives, the minimum and maximum possible all-wheel drive torque distribution is determined from a driving dynamics point of view and optionally from a comfort point of view. The all-wheel drive torque distribution is defined as the quotient of the rear axle torque and the sum of the rear and front axle torques in percent. The minimum and maximum available torques Mv of the electric drives are provided by the electric drives, for example on a CAN bus.

In einem Schritt S3 wird eine Summen-Verlustleistung der beiden elektrischen Antriebe, bei den oben genannten minimalen und maximalen Allrad-Verteilungsgrenzen, basierend auf Verlustleistungskennfeldern VLKF, ermittelt. Falls Verteilungen von 0 und/oder 100% zulässig sind, das heißt innerhalb der oben genannten Verteilungsgrenzen liegen, und zusätzlich auch die Betriebsart Offene Klemmen bei dem jeweiligen elektrischen Antrieb möglich ist, dann wird die Verlustleistung für die Verteilungen 0 bzw. 100% auf Basis von Verlustleistungskennlinien VLKLOK bei offenen Klemmen für den jeweils anderen elektrischen Antrieb ermittelt. Hierzu werden durch die elektrischen Antriebe eine aktuelle Drehzahl na und eine Information übermittelt, ob bei einer Anforderung eines Drehmoments M1, M2 von 0 Nm die Betriebsart Offene Klemmen möglich wäre. Die Verlustleistungskennfelder VLKF, in denen eine Verlustleistung in Abhängigkeit von einer Zwischenkreisspannung, der Drehzahl n und dem Drehmoment M1, M2 dargestellt ist, sind in der Antriebssteuereinheit 3 hinterlegt. Ferner sind in der Antriebssteuereinheit 3 Verlustleistungskennlinien VLKLOK beider elektrischen Antriebe, in denen die Verlustleistung bei offenen Klemmen in Abhängigkeit von der Drehzahl n dargestellt ist, hinterlegt.In a step S3, a total power loss of the two electric drives is determined at the above-mentioned minimum and maximum all-wheel drive distribution limits, based on power loss characteristic diagrams VLKF. If distributions of 0 and/or 100% are permissible, i.e. lie within the above distribution limits, and the open terminals operating mode is also possible for the respective electric drive, then the power loss for the distributions is 0 or 100% on basis determined from power loss characteristics VLKL OK with open terminals for the respective other electric drive. For this purpose, the electric drives transmit a current speed na and information as to whether the open terminals operating mode would be possible when a torque M1, M2 of 0 Nm is requested. The power loss characteristic diagrams VLKF, in which a power loss is shown as a function of an intermediate circuit voltage, the speed n and the torque M1, M2, are stored in the drive control unit 3. Also stored in the drive control unit 3 are power loss characteristics VLKL OK of both electric drives, in which the power loss when the terminals are open is shown as a function of the speed n.

In einem Schritt S4 wird die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung (goldener Schnitt) ermittelt. Der Schritt S4 kann mit einer Anzahl N Iterationen, beispielsweise 10, mehrmals wiederholt werden.In a step S4, the four-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss (golden section) is determined. Step S4 can be repeated several times with a number N of iterations, for example 10.

In einem Schritt S5 liegt aus der zuvor durchgeführten Optimierung die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung vor. Zusätzlich wird die Verlustleistung für die bislang eingestellte Allrad-Verteilung ermittelt. Die Differenz ergibt den Verlustleistungsvorteil. Solange keine andere Allrad-Verteilung eingestellt wird, wird dieser Verlustleistungsvorteil aufintegriert.In a step S5, the all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is available from the previously performed optimization. In addition, the power loss for the previously set all-wheel drive distribution is determined. The difference gives the power dissipation benefit. As long as no other all-wheel drive distribution is set, this power loss advantage is integrated.

In einem Schritt S6 wird überprüft, ob der Verlustleistungsvorteil größer als ein Schwellwert ist oder ob der aufintegrierte Verlustleistungsvorteil größer als der Schwellwert ist.In a step S6, it is checked whether the power loss advantage is greater than a threshold value or whether the integrated power loss advantage is greater than the threshold value.

Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt S7 die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung eingestellt. Die neue Zielverteilung wird dabei entsprechend gradientenlimitiert eingestellt. Anderenfalls wird in einem Schritt S8 die bislang eingestellte Allrad-Verteilung beibehalten.If this is the case, the all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is set in a step S7. The new target distribution is set correspondingly gradient-limited. Otherwise, in a step S8, the four-wheel drive distribution set up to now is retained.

In einem Schritt S9 wird für den Fall, dass das Fahrzeug am vorderen elektrischen Antrieb mit einer mechanischen Trennkupplung (Disconnect Unit) ausgestattet ist, die Verlustleistung bei offener Trennkupplung ermittelt, basierend auf dem Verlustleistungskennfeld VLKF des hinteren elektrischen Antriebs und einer Schleppverlustleistungskennlinie SVLKL des vorderen elektrischen Antriebs bei offener Trennkupplung. Hierzu wird durch die elektrischen Antriebe deren aktuelle Drehzahl na übermittelt. Die Verlustleistungskennfelder VLKF, in denen eine Verlustleistung in Abhängigkeit von einer Zwischenkreisspannung, der Drehzahl n und dem Drehmoment M1, M2 dargestellt ist, sind in der Antriebssteuereinheit 3 hinterlegt. Ferner können in der Antriebssteuereinheit 3 Schleppverlustleistungskennlinien SVLKL beider elektrischen Antriebe, in denen die Verlustleistung bei offener Trennkupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl n dargestellt ist, hinterlegt sein.In a step S9, if the vehicle is equipped with a mechanical disconnect clutch (disconnect unit) on the front electric drive, the power loss when the disconnect clutch is open is determined based on the power loss characteristic map VLKF of the rear electric drive and a drag loss characteristic curve SVLKL of the front electric Drive with open separating clutch. For this purpose, the current speed na is transmitted by the electric drives. The power loss characteristic diagrams VLKF, in which a power loss is shown as a function of an intermediate circuit voltage, the speed n and the torque M1, M2, are stored in the drive control unit 3. Furthermore, drag power loss characteristic curves SVLKL of both electric drives, in which the power loss when the separating clutch is open as a function of the speed n, can be stored in the drive control unit 3 .

In einem Schritt S10 wird überprüft, ob die Trennkupplung aktuell geschlossen ist.In a step S10 it is checked whether the separating clutch is currently engaged.

Wenn dies der Fall ist wird in einem Schritt S11 überprüft, ob die Differenz der Verlustleistung bei offener Trennkupplung und der Verlustleistung bei Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung größer als eine gewisse Leistung (Zum Beispiel: 50 W) ist und in diesem Fall (weiterhin) ein Schließen der Trennkupplung angefordert.If this is the case, it is checked in a step S11 whether the difference between the power loss when the separating clutch is open and the power loss with all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is greater than a certain power (for example: 50 W) and in this case (continued) closing of the disconnect clutch requested.

Anderenfalls wird in einem Schritt S12 überprüft, ob die Differenz der Verlustleistung bei offener Trennkupplung und der Verlustleistung bei Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung größer als eine gewisse Leistung (Zum Beispiel: 500 W) ist und in diesem Fall ein Schließen der Trennkupplung angefordert.Otherwise, in a step S12 it is checked whether the difference between the power loss when the separating clutch is open and the power loss with all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is greater than a certain power (e.g. 500 W) and in this case the separating clutch is closed requested.

3 ist ein schematisches Diagramm der Drehmomente M1, M2 der Inverter 2.1, 2.2 über der Drehzahl n ohne Nutzung der Betriebsart Offene Klemmen. 3 12 is a schematic diagram of the torques M1, M2 of the inverters 2.1, 2.2 over the speed n without using the open terminals operating mode.

Die Verlustleistungskennfelder VLKF der elektrischen Antriebe werden in der Antriebssteuereinheit 3 über Drehzahl n, Drehmoment M1, M2 und Gleichspannung abgelegt. Bei einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (aktuelle Drehzahl na) kann der Fahrerwunsch FW innerhalb der maximalen Grenzen der beiden Antriebe gemäß den Kurven K1, K2, K3, K4 beliebig umgesetzt werden. Beispielsweise ist bei einem Fahrerwunsch FW nach einem Drehmoment M1, M2 von 100 Nm eine Gleichverteilung von 50 Nm für jeden der elektrischen Antriebe möglich. Um dies effizienter zu gestalten, werden die Verlustkennfelder nach der energieeffizientesten Kombination durchsucht und diese eingestellt. Beispielsweise sind bei einem Fahrerwunsch FW nach einem Drehmoment M1, M2 von 100 Nm dann 30 Nm für den Inverter 2.1 und 70 Nm für den Inverter 2.2 möglich.The power loss characteristic diagrams VLKF of the electric drives are stored in the drive control unit 3 via speed n, torque M1, M2 and DC voltage. At a current vehicle speed (current speed n a ), the driver's request FW can be implemented as desired within the maximum limits of the two drives according to curves K1, K2, K3, K4. For example, given a driver's request FW for a torque M1, M2 of 100 Nm, a uniform distribution of 50 Nm is possible for each of the electric drives. In order to make this more efficient, the loss maps are searched for the most energy-efficient combination and this is adjusted. For example, with a driver request FW for a torque M1, M2 of 100 Nm, 30 Nm are then possible for the inverter 2.1 and 70 Nm for the inverter 2.2.

4 ist ein schematisches Diagramm der Drehmomente M1, M2 der Inverter 2.1, 2.2 über der Drehzahl n mit Nutzung der Betriebsart Offene Klemmen. 4 12 is a schematic diagram of the torques M1, M2 of the inverters 2.1, 2.2 versus the speed n using the open-clamp operating mode.

Die Verlustleistungskennfelder VLKF der Elektroantriebe werden in der Antriebssteuereinheit 3 über Drehzahl n, Drehmoment M1, M2 und Gleichspannung abgelegt. Zusätzlich werden noch Verlustleistungkennlinien VLKLOK für die Betriebsart Offene Klemmen abgelegt. Um die elektrischen Antriebe noch effizienter zu fahren wird bei dem Durchsuchen der Verlustleistungskennlinien VLKLOK überprüft, ob für die Inverter 2.1, 2.2 die Betriebsart Offene Klemmen verfügbar ist oder nicht, beispielsweise aus einem von den elektrischen Antrieben bereitgestellten CAN-Signal CS. Beispielsweise ist bei einem Fahrerwunsch FW nach einem Drehmoment M1, M2 von 100Nm dann 100Nm für Inverter 2.1 und die Betriebsart Offene Klemmen für den Inverter 2.2 möglich.The power loss maps VLKF of the electric drives are stored in the drive control unit 3 via speed n, torque M1, M2 and DC voltage. In addition, power loss characteristics VLKL OK are stored for the open terminals operating mode. In order to drive the electric drives even more efficiently, when searching through the power loss characteristics VLKL OK , a check is made as to whether or not the open terminals operating mode is available for the inverters 2.1, 2.2, for example from a CAN signal CS provided by the electric drives. For example, if the driver requests FW for a torque M1, M2 of 100 Nm, then 100 Nm is possible for inverter 2.1 and the open terminals operating mode is possible for inverter 2.2.

Durch ein Online-Optimierungsverfahren wird dabei betriebspunktabhängig aus den folgenden Varianten der Energie-effizienteste Betrieb gewählt:

  • Im Ergebnis können folgende Zustände angesteuert werden:
    • - Nutzen der Betriebsart Offene Klemmen auf einer Vorderachse und Stellen des Drehmoments M1, M2 gemäß Fahrerwunsch FW auf einer Hinterachse,
    • - Nutzen der Betriebsart Offene Klemmen auf der Hinterachse und Stellen des Drehmoments M1, M2 gemäß Fahrerwunsch FW auf der Vorderachse, oder
    • - Betreiben von beiden Invertern 2.1, 2.2 mit PWM-Taktung und Aufteilen des Drehmoments M1, M2 gemäß Fahrerwunsch FW auf beide elektrischen Antriebe mit wirkungsgrad-optimierter Verteilung.
Using an online optimization process, the most energy-efficient operation is selected from the following variants depending on the operating point:
  • As a result, the following states can be controlled:
    • - Using the open clamps operating mode on a front axle and setting the torque M1, M2 according to the driver's request FW on a rear axle,
    • - Using the open clamps operating mode on the rear axle and setting the torque M1, M2 according to the driver's request FW on the front axle, or
    • - Operation of both inverters 2.1, 2.2 with PWM clocking and splitting the torque M1, M2 according to the driver's request FW on both electric drives with efficiency-optimized distribution.

Wenn die Antriebssteuereinheit 3 die Betriebsart Offene Klemmen kommandiert, dann wird durch eine Software des elektrischen Antriebs überprüft, ob die Komfortfunktion dies noch verhindert. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Betriebsart Offene Klemmen gestellt. Zusätzlich wird in der Software ein komfortabler Übergang in die Betriebsart Offene Klemmen sichergestellt.If the drive control unit 3 commands the open terminals operating mode, software in the electric drive then checks whether the comfort function is still preventing this. If this is not the case, the open terminals operating mode is set. In addition, a comfortable transition to the open terminals operating mode is ensured in the software.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird je nach Fahrweise oder Zyklus bei einem Fahrzeug mit zwei elektrischen Antrieben ein nennenswerter Verbrauchs- und Reichweitenvorteil erzielt.Depending on the driving style or cycle, the solution according to the invention achieves a significant consumption and range advantage in a vehicle with two electric drives.

BezugszeichenlisteReference List

1.1, 1.21.1, 1.2
elektrische Antriebsmaschineelectric drive machine
2.1,2.22.1,2.2
Inverterinverters
33
Antriebssteuereinheitdrive control unit
FWfw
Fahrerwunschdriver request
K1, K2, K3, K4K1, K2, K3, K4
KurveCurve
M1, M2M1, M2
Drehmomenttorque
MVMV
verfügbares Drehmomentavailable torque
nn
Drehzahlnumber of revolutions
NN
AnzahlNumber
nan / A
aktuelle Drehzahlcurrent speed
R1, R2R1, R2
RückmeldungReturn message
S1 bis S12S1 to S12
SchrittStep
SVLKLSVLKL
Schleppverlustleistungskennliniedrag power loss characteristic
VLKFVLKF
Verlustleistungskennfeldpower dissipation map
VLKLOKVLKLOK
Verlustleistungskennlinie bei offener KlemmePower loss characteristic with an open terminal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017202393 A1 [0003]DE 102017202393 A1 [0003]

Claims (7)

Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs mit mindestens zwei elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2), wobei jede elektrische Antriebsmaschine (1.1, 1.2) mit einem jeweiligen Inverter (2.1, 2.2) angesteuert wird, wobei - eine Antriebssteuereinheit (3) aus einem Fahrerwunsch (FW), umfassend eine Stellung eines Gaspedals und/oder eines Bremspedals, ein Summen-Soll-Drehmoment ermittelt, - basierend auf dem Summen-Soll-Drehmoment und verfügbaren Drehmomenten (Mv) der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) eine minimal und maximal mögliche Allrad-Momentenverteilung aus fahrdynamischer Sicht ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Summen-Verlustleistung der beiden elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) bei den minimal und maximal möglichen Allrad-Momentenverteilungen, basierend auf Verlustleistungskennfeldern (VLKF), ermittelt wird, wobei dann, wenn Allrad-Momentenverteilungen von 0 und/oder 100% zulässig sind und zusätzlich auch eine Betriebsart Offene Klemmen bei der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine (1.1, 1.2) möglich ist, die Verlustleistung für die Allrad-Momentenverteilungen von 0 bzw. 100% auf Basis von Verlustleistungskennlinien (VLKLOK) bei offenen Klemmen für die jeweils andere elektrische Antriebsmaschine (1.1, 1.2) ermittelt wird, - die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung ermittelt wird, - wobei ein Verlustleistungsvorteil als Differenz aus der Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung und einer Verlustleistung für die bislang eingestellte Allrad-Verteilung gebildet wird, - wobei dann, wenn der Verlustleistungsvorteil größer als ein Schwellwert ist oder wenn ein auf integrierter Verlustleistungsvorteil größer als der Schwellwert ist, die Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung eingestellt wird, wobei betriebspunktabhängig aus den folgenden Varianten der Energie-effizienteste Betrieb gewählt wird: - Nutzen der Betriebsart Offene Klemmen für eine der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) und Stellen des Drehmoments (M1, M2) gemäß Fahrerwunsch (FW) auf einer anderen der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2), - Betreiben von beiden Invertern (2.1, 2.2) mit Pulsweitenmodulation und Aufteilen des Drehmoments (M1, M2) gemäß Fahrerwunsch (FW) auf beide elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) mit wirkungsgrad-optimierter Verteilung.Method for operating an electric vehicle with at least two electric drive units (1.1, 1.2), each electric drive unit (1.1, 1.2) being controlled with a respective inverter (2.1, 2.2), wherein - a drive control unit (3) from a driver request (FW) , comprising a position of an accelerator pedal and/or a brake pedal, determining a total target torque, - based on the total target torque and available torques (Mv) of the electric drive machines (1.1, 1.2), a minimum and maximum possible four-wheel drive Torque distribution is determined from a driving dynamics point of view, characterized in that - a total power loss of the two electric drive units (1.1, 1.2) at the minimum and maximum possible all-wheel drive torque distributions, based on power loss characteristic maps (VLKF), is determined, and then when all-wheel -Torque distributions of 0 and/or 100% are permissible and an operating mode with open terminals is also possible for the respective electric drive machine (1.1, 1.2), the power loss for the four-wheel drive torque distributions of 0 or 100% based on power loss characteristics (VLKL OK ) is determined with open terminals for the respective other electric drive machine (1.1, 1.2), - the four-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is determined, - with a power loss advantage as the difference from the four-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss and a power loss for the all-wheel drive distribution set up to now is formed, - in which case, if the power loss benefit is greater than a threshold value or if an integrated power loss benefit is greater than the threshold value, the all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is set, depending on the operating point, the most energy-efficient operation is selected from the following variants: - Use of the open terminals operating mode for one of the electric drive machines (1.1, 1.2) and setting the torque (M1, M2) according to the driver's request (FW) on another of the electric drive machines (1.1, 1.2), - Operation of both inverters (2.1, 2.2) with pulse width modulation and splitting the torque (M1, M2) according to the driver's request (FW) to both electric drive machines (1.1, 1.2) with efficiency-optimized distribution. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrerwunsch (FW) ferner eine Rekuperationsstufe und/oder eine Brems-Rekuperationsanforderung und/oder Daten einer Geschwindigkeitsregelanlage und/oder eines Geschwindigkeitsbegrenzers umfasst.procedure after claim 1 , characterized in that the driver request (FW) also includes a recuperation level and / or a brake recuperation request and / or data of a cruise control system and / or a speed limiter. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) zum Antrieb einer Vorderachse und zumindest eine andere der elektrischen Antriebsmaschinen (1.1, 1.2) zum Antrieb einer Hinterachse verwendet wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that at least one of the electric drive machines (1.1, 1.2) is used to drive a front axle and at least one other of the electric drive machines (1.1, 1.2) is used to drive a rear axle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei Anforderung der Betriebsart Offene Klemmen überprüft wird, ob eine Komfortfunktion diese Betriebsart verhindert und dass anderenfalls die Betriebsart Offene Klemmen gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when the open terminals operating mode is requested, it is checked whether a comfort function is preventing this operating mode and that otherwise the open terminals operating mode is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinheit (3) auf Basis des Fahrerwunsches (FW) eine Anforderung für ein Drehmoment (M1, M2) an die Inverter (2.1, 2.2) gibt und von diesen eine Rückmeldung (R1, R2) erhält, ob unter den aktuellen Betriebsbedingungen und bei einer Anforderung eines Drehmoments (M1, M2) von 0 Nm die Betriebsart Offene Klemmen möglich wäre, wobei die Rückmeldung (R1, R2), dass die Betriebsart Offene Klemmen möglich ist, dann übermittelt wird, wenn eine infolge der rückwirkenden elektromotorischen Kraft der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine (1.1, 1.2) induzierte Spannung kleiner ist als die Batteriespannung und/oder wenn die aktuelle Drehzahl (na) kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive control unit (3) on the basis of the driver's request (FW) gives a request for a torque (M1, M2) to the inverters (2.1, 2.2) and from them feedback (R1, R2) receives whether the open terminals operating mode would be possible under the current operating conditions and when a torque (M1, M2) of 0 Nm is requested, whereby the feedback (R1, R2) that the open terminals operating mode is possible is then transmitted , if a voltage induced as a result of the retroactive electromotive force of the respective electric drive machine (1.1, 1.2) is lower than the battery voltage and/or if the current speed (n a ) is lower than a predetermined threshold value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is a purely electrically powered vehicle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Fahrzeug am vorderen elektrischen Antrieb mit einer mechanischen Trennkupplung ausgestattet ist, basierend auf dem Verlustleistungskennfeld (VLKF) des hinteren elektrischen Antriebs und einer Schleppverlustleistungskennlinie (SVLKL) des vorderen elektrischen Antriebs bei offener Trennkupplung die Verlustleistung bei offener Trennkupplung ermittelt wird, wobei hierzu durch die elektrischen Antriebe deren aktuelle Drehzahl (na) übermittelt wird, wobei die Verlustleistungskennfelder (VLKF), in denen eine Verlustleistung in Abhängigkeit von einer Zwischenkreisspannung, der Drehzahl (n) und dem Drehmoment (M1, M2) dargestellt ist, sowie Schleppverlustleistungskennlinien (SVLKL) beider elektrischen Antriebe, in denen die Verlustleistung bei offener Trennkupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) dargestellt ist, in der Antriebssteuereinheit (3) hinterlegt sind, wobei bei geschlossener Trennkupplung überprüft wird, ob die Differenz der Verlustleistung bei offener Trennkupplung und der Verlustleistung bei Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung größer als eine bestimmte erste Leistung ist und in diesem Fall ein Schließen oder geschlossen Halten der Trennkupplung angefordert wird, wobei anderenfalls überprüft wird, ob die Differenz der Verlustleistung bei offener Trennkupplung und der Verlustleistung bei Allrad-Momentenverteilung mit der geringsten Summen-Verlustleistung größer als eine bestimmte zweite Leistung ist und in diesem Fall ein Schließen der Trennkupplung angefordert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the event that the vehicle is equipped with a mechanical separating clutch on the front electric drive, based on the power loss characteristic map (VLKF) of the rear electric drive and a drag loss characteristic curve (SVLKL) of the front electric drive when the separating clutch is open, the power loss is determined when the separating clutch is open, with the electric drives transmitting their current speed (n a ) for this purpose, with the power loss characteristic diagrams (VLKF), in which a power loss is dependent on an intermediate circuit voltage, the speed (n) and the torque (M1, M2) is shown, as well as drag power loss characteristics (SVLKL) of both electric drives, in which the power loss when the separating clutch is open as a function of the speed (n) is shown in which Drive control unit (3) are stored, with the separating clutch being checked whether the difference between the power loss when the separating clutch is open and the power loss with all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is greater than a specific first power and in this case a closing or closed Holding the separating clutch is requested, otherwise it is checked whether the difference between the power loss when the separating clutch is open and the power loss at all-wheel drive torque distribution with the lowest total power loss is greater than a specific second power and in this case a closing of the separating clutch is requested.
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