DE4133622A1 - Drehzahlerfassung bei einer antriebsanordnung fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und befaßt sich insbesondere mit der Erfas­ sung von Drehzahlen einer Brennkraftmaschine bzw. von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.

Bei Antiblockiersystemen (ABS) und Antriebsschlupfregel­ systemen (ASR) von Kraftfahrzeugen muß die Drehzahl der Räder sehr exakt erfaßt werden. Bei herkömmlichen Syste­ men sind in der Nähe der Radlager Drehzahlsensoren ange­ bracht, oder aber es werden spezielle Radlager mit integ­ rierten Drehzahlsensoren verwendet. In jedem Fall ist jedoch ein vergleichsweise hoher konstruktiver Aufwand erforderlich, nicht zuletzt, weil die Drehzahlsensoren im unmittelbaren Radbereich unter extremen Betriebsbedingun­ gen arbeiten müssen. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei herkömmlichen Antriebsanordnungen für eine genaue Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine, deren Kenntnis für die Betriebsregelung der Brennkraftmaschine und eine Motordiagnose erforderlich ist.

Bei herkömmlichen Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge treibt die Brennkraftmaschine die Antriebsräder über ein mechanisches Getriebe an. Aus "VDI" Berichte Nr. 878, 1991, Seiten 611 bis 622 ist es bekannt, mit der Brenn­ kraftmaschine des Kraftfahrzeugs einen Generator drehfest zu kuppeln, während die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs drehfest mit gesonderten, über einen Gleichspannungszwi­ schenkreis aus der Generatoranordnung gespeisten Elektro­ motoren drehfest verbunden sind. Die Generatoranordnung und die Elektromotore der bekannten Antriebsanordnung umfassen jeweils einen Stator mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Statorwicklungen und einen Rotor mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Permanentmagnete. Die Stator­ wicklungen sind über gesonderte, der Generatoranordnung bzw. den einzelnen Elektromotoren zugeordnete, elektroni­ sche Kommutierungsschaltungen an den Gleichspannungszwi­ schenkreis angeschlossen. Zur Steuerung der zeitlichen Reihenfolge der Ströme in den einzelnen Statorwicklungen erzeugen die Kommutierungsschaltungen zeitlich versetzte Impulssignale, die beispielsweise elektronische Schalter schalten. Beispiele derartiger Generatoren bzw. Elektro­ motoren sind aus der EP-A-01 59 005 bekannt. Kommutie­ rungsschaltungen sind in der EP-A-03 40 686 beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit von Elektromotoren angetriebenen Rädern die Drehzahl der angetriebenen Räder und/oder einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ohne zusätzliche Sensoren allein auf der Grundlage der für die Antriebsanordnung ohnehin erforder­ lichen Komponenten sehr genau erfaßt werden kann. Ins­ besondere soll die Antriebsanordnung ohne zusätzliche, im unmittelbaren Radbereich angeordnete Sensoren auskommen.

Die Erfindung geht aus von einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend mehrere, drehfest mit geson­ derten Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs gekuppelte, über einen Gleichspannungszwischenkreis aus einer drehfest mit einer Brennkraftmaschine gekuppelte Generatoranordnung oder/und einem Energiespeicher, insbesondere einem Akku­ mulator speiste Elektromotore, wobei die Generatoranord­ nung und/oder die Elektromotore einen Stator mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Statorwicklungen und einen Rotor mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Permanentmagnete aufweisen und die Statorwicklungen an den Gleichspannungs­ zwischenkreis über gesonderte, der Generatoranordnung bzw. den einzelnen Elektromotoren zugeordnete, elektroni­ sche Kommutierungsschaltungen angeschlossen sind, die zur Steuerung der zeitlichen Reihenfolge der in den Stator­ wicklungen fließenden Strome zeitlich versetzte Impulssi­ gnale erzeugen.

Ausgehend von einer solchen Antriebsanordnung wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Kommutierungsschaltung einen an der Generatoranord­ nung bzw. dem Elektromotor angeordneten Stellungsgeber aufweist, der die Relativstellung des Rotors bezogen auf den Stator erfaßt und der die Erzeugungszeitpunkte der Impulssignale steuert, und daß an die Kommutierungsschal­ tung der Generatoranordnung und/oder an die Kommutie­ rungsschaltung wenigstens eines der Elektromotore eine Drehzahlermittlungsschaltung angeschlossen ist, die auf Impulssignale der Kommutierungsschaltung anspricht und ein die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. des An­ triebsrads repräsentierendes Drehzahlsignal und/oder ein den Drehwinkel der Brennkraftmaschine bzw. des Antriebs­ rads repräsentierendes Drehwinkelsignal erzeugt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die abhän­ gig von Stellungsgebern erzeugten Impulssignale der Kommutierungsschaltung bereits hochgenaue Informationen über die relative Winkellage zwischen Rotor und Stator enthalten, so daß durch Messen der Folgerate der Impuls­ signale, beispielsweise durch Abzählen der Impulssignale pro Zeiteinheit, sich die Drehzahl auf einfache Weise und sehr genau erfassen läßt. Da Generatoranordnungen und Elektromotore des in Rede stehenden Typs in der Regel vergleichsweise viele Pole und damit Statorwicklungen bzw. Permanentmagnete haben, lassen sich auch Drehzahlän­ derungen während eines Bruchteils einer einzigen Umdre­ hung erfassen. Der Stellungsgeber bildet eine Einheit mit der Generatoranordnung bzw. dem Elektromotor, kann also zusammen mit dessen Stator gekapselt werden. Sensoren, wie sie bisher für sich an den Rädern angeordnet wurden oder beispielsweise im Bereich des Anlasserzahnkranzes des Schwungrads zur Motordrehzahlerfassung vorgesehen waren, können entfallen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Drehzahlermittlungsschaltung Interpolationsmittel oder Extrapolationsmittel, die zusätzliche Werte des Drehzahlsignals oder des Drehwinkelsignals abhängig von durch die Impulssignale festgelegten Signal-Stützwerten errechnen. In dieser Ausführungsform, die beispielsweise durch eine Impulsratenteilung oder eine Impulsratenver­ vielfachung mit einem gegebenenfalls von der Änderungsge­ schwindigkeit der Folgerate abhängigen Faktor realisiert werden kann, läßt sich die Genauigkeit des Drehzahlsi­ gnals erhöhen.

Die Erfindung wird vorzugsweise bei Antriebsanordnungen mit einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder einem An­ triebsschlupfregelsystem (ASR) eingesetzt. Insbesondere erlaubt es die hohe Genauigkeit, mit der das Drehzahlsi­ gnal erzeugt werden kann, daß das Antiblockiersystem und/oder das Antriebsschlupfregelsystem die Änderungsge­ schwindigkeit des Drehzahlsignals überwacht und aktivier­ bar ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahl­ signals einer der Drehzahlermittlungsschaltungen einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Während bei herkömmli­ chen Aktivierungskriterien solcher Systeme die Drehzahl­ differenz zwischen zwei Rädern zum Erkennen eines Rad­ schlupfzustands überwacht wird, geht diese Ausgestaltung der Erfindung von der Überlegung aus, daß eine plötzliche Drehzahländerung eines angetriebenen Rads auf ein "Ab­ reißen" der Radhaftung zurückgeführt werden kann, die Haftungsgrenze des Rads also überschritten wurde. Das Anti-Blockiersystem und/oder das Antriebsschlupfregelsy­ stem wird aktiviert, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals einen vorgegebenen Grenzwert über­ steigt, wobei das System hierzu zweckmäßigerweise die Größe der Drehzahländerung pro Zeittaktintervall erfaßt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Antriebs­ schlupfregelsystem dem Antiblockiersystem unterlagert und umfaßt nach dem Prinzip einer kontinuierlichen Schlupfre­ gelung Regelmittel, die den Radschlupf auf einen vorgege­ benen Schlupfgrenzwert regeln. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Antriebsschlupfregelsystem vor dem Blockieren das Antriebsdrehmoment bereits schlupfabhängig begrenzt hat, so daß auch der durch das Antiblockiersy­ stem durch Dosieren der Bremskraft zu mindernde Schlupf verkleinert wird. Die Schlupfregelung des Antriebsschlupf­ regelsystems kann beispielsweise auf der Grundlage eines nach Unschärfe-Regeln bzw. "Fuzzy-Logic"-Regeln arbeiten­ den Regelungsprinzips erfolgen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen An­ triebsanordnung für ein Kraftfahrzeug.

Die Antriebsanordnung umfaßt eine Brennkraftmaschine 1, die direkt eine an sie angeflanschte Generatoranordnung 3 antreibt. Die Generatoranordnung 3 speist über eine elektronische Kommutierungsschaltung 5 einen Gleichstrom­ zwischenkreis 7, an den über jeweils zugeordnete, elektro­ nische Kommutierungsschaltungen 9 mehrere Elektromotore 11 angeschlossen sind, von denen jeder eines der Räder 13 des Kraftfahrzeugs antreibt. Die Zeichnung zeigt ledig­ lich eines der Räder 13 mit dem drehfest damit verbunde­ nen Elektromotor 11 und der zugeordneten Kommutierungs­ schaltung 9.

Sowohl die Generatoranordnung 3 als auch jeder Elektro­ motor 11 umfassen einen vielpoligen, nicht näher darge­ stellten Stator mit einer Vielzahl z. B. 18 gesonderter Statorwicklungen und einen ebenfalls nicht dargestellten Rotor mit einer Vielzahl Permanentmagnete. Ein Beispiel eines solchen Generators bzw. Elektromotors ist in der EP-A-01 59 005 beschrieben. Sowohl die Generatoranordnung 3 als auch jeder der Elektromotore 11 umfaßt einen Stel­ lungsgeber 15 bzw. 17, der die momentane Winkelposition des Rotors relativ zum Stator erfaßt und über Leitungen 19 bzw. 21 Winkelstellungssignale an die jeweils zuge­ ordnete Kommutierungssteuerung 5 bzw. 9 abgibt. Die Kommutierungssteuerungen 5, 9 enthalten den einzelnen Statorwicklungen zugeordnete elektronische Schalter, die abhängig von den Winkelstellungssignalen der Stellungsge­ ber 15, 17 die in den Statorwicklungen fließenden Ströme in der durch die Wicklungsanordnung festgelegten Reihen­ folge zeitlich versetzt ein- bzw. ausschalten. Die Kommu­ tierungsschaltungen 5, 9 erzeugen hierzu eine Vielzahl Impulssignale für die Steuerung der den einzelnen Stator­ wicklungen zugeordneten Schalter. Ein Beispiel einer solchen Kommutierungsschaltung ist in der EP-A-03 40 686 beschrieben.

Die Antriebsanordnung umfaßt eine die Leistung der Brenn­ kraftmaschine 1 über einen Stellantrieb 23 eines Lei­ stungsstellglieds 25, beispielsweise einer Drosselklappe oder einer Einspritzpumpe steuernde Steuerung 27, bei­ spielsweise in Form eines Mikroprozessors oder derglei­ chen. Die Steuerung 27 umfaßt herkömmliche Mittel 29 zur Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine 1 abhängig von einem aus einer Drehzahlermittlungsschaltung 31 zugeführ­ ten, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 repräsentie­ renden Drehzahlsignal. Die Steuerung 27 umfaßt ferner Regelungsmittel eines Antriebsschlupfregelsystems (ASR), welches in nicht näher dargestellter Weise entweder über die Leistungsregelung der Brennkraftmaschine 1 oder über die von der Generatoranordnung 3 erzeugte elektrische Leistung oder über die den Elektromotoren 11 zugeführte elektrische Leistung das Antriebsdrehmoment des oder der schlupfenden Räder begrenzt. Die Steuerung 27 umfaßt ferner Regelungsmittel eines Antiblockiersystems (ABS), welches über Steuerausgänge 33 das auf die Räder 13 wirkende Bremsmoment steuert. Die in der Zeichnung bei 35 angedeuteten Regelmittel dieser Systeme sprechen für jedes Rad 13 gesondert auf Drehzahlsignale an, die aus gesonderten Drehzahlermittlungsschaltungen 37, von denen lediglich eine dargestellt ist, zugeführt werden.

Die Drehzahlermittlungsschaltungen 31, 37 sprechen auf die von den Kommutierungsschaltungen 5, 9 abhängig von den durch die Stellungsgeber 15, 17 bestimmten Zeitpunkten erzeugten Impulssignale an und ermitteln aus der Folge­ rate der Impulssignale das der Steuerung 27 zugeführte Drehzahlsignal. Auf diese Weise erübrigen sich weitere die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 bzw. der Räder 13 direkt erfassende Drehzahlsensoren. Die Drehzahlermitt­ lungsschaltungen 31, 37, die Bestandteil der Steuerung 27 sein können, umfassen zusätzliche Mittel 39 bzw. 41 für die Interpolation oder Extrapolation zusätzlicher Dreh­ zahlsignalwerte abhangig von Stützwerten des Signalver­ laufs, die durch die Impulssignale der Kommutierungs­ schaltungen 5, 9 festgelegt werden. In ihrer einfachsten Form können die Interpolations- oder Extrapolationsmittel durch Impulsratenvervielfacher- oder -teilerschaltungen gebildet sein, die die Rate, mit der die Impulssignale aufeinanderfolgen, um einen vorgegebenen Faktor verviel­ fachen oder teilen. Zweckmäßigerweise hängt der Faktor jedoch von der Änderungsgeschwindigkeit des durch die Stützwerte bestimmten Drehzahlsignals ab, um so auch bei zeitlich sich ändernden Drehzahlsignalen die Genauigkeit zu erhöhen.

Die Regelmittel 35 erfassen abhängig von jedem einzelnen der Drehzahlsignale einen "Abriß" der Momentenübertragung des Rads 13 auf die Fahrbahn. Überschreitet die Ände­ rungsgeschwindigkeit der Raddrehzahl einen vorgegebenen Grenzwert, so wird dies als Erreichen der Radhaftungs­ grenze interpretiert und während einer Antriebsphase zur Aktivierung der Antriebsschlupfregelung bzw. während einer Bremsphase zur Aktivierung der Antiblockierregelung ausgenutzt. Die Antriebsschlupfregelung arbeitet nach dem Prinzip einer kontinuierlichen Schlupfregelung und hält den Schlupf innerhalb eines festgelegten Schlupfregelbe­ reichs auf einem vorgegebenen Schlupfgrenzwert. Geeignet ist die Anwendung von Unschärfe-Regeln (Fuzzy Logic) für die Antriebsschlupfregelung, was der Simulation eines veränderlichen Reibbeiwerts oder dem Aufprägen einer veränderlichen Rauhheit der Fahrbahn auf das Regelsystem entspricht. Die kontinuierlich auf einen Schlupfgrenzwert regelnde Antriebsschlupfregelung greift der Antiblockier­ regelung vor und verhindert allzu starkes Anwachsen des Schlupfs vor dem Blockieren des Rads beim Bremsen, er­ laubt also besseres Dosieren der Bremskraft.

Es versteht sich, daß die Drehzahlermittlungsschaltungen 31, 37 auch zur Ermittlung des Drehwinkels herangezogen werden können und dementsprechend Drehwinkelsignale an die Steuerung 27 abgeben.

Gestrichelt eingezeichnet ist eine Variante der Antriebs­ anordnung, bei der die elektrische Leistung den Gleich­ spannungszwischenkreis 7 aus einem als Akkumulator oder Batterie ausgebildeten Energiespeicher 43 zugeführt wird. Der Energiespeicher 43 kann zusätzlich zur Generatoran­ ordnung 3 vorgesehen sein, so daß die Elektromotore 13 wahlweise aus der Generatoranordnung 3 oder dem Energie­ speicher 43 gespeist werden können. Alternativ kann aber auch die Brennkraftmaschine 1 und die Generatoranordnung 3 entfallen.

Claims (6)

1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend mehrere drehfest mit gesonderten Antriebsrädern (13) des Kraftfahrzeugs gekuppelte, über einen Gleichspan­ nungszwischenkreis (7) aus einer drehfest mit einer Brennkraftmaschine (1) gekuppelte Generatoranordnung (3) oder/und einem Energiespeicher (43), insbesondere einem Akkumulator gespeiste Elektromotore (11), wobei die Generatoranordnung (3) oder/und die Elektromotore (11) einen Stator mit einer Vielzahl in Umfangsrich­ tung gegeneinander versetzter Statorwicklungen und einen Rotor mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Permanentmagnete aufweisen und die Statorwicklungen an den Gleichspannungszwi­ schenkreis (7) über gesonderte, der Generatoranordnung (3) bzw. den einzelnen Elektromotoren (11) zugeordne­ te, elektronische Kommutierungsschaltungen (5, 9) angeschlossen sind, die zur Steuerung der zeitlichen Reihenfolge der in den Statorwicklungen fließenden Ströme zeitlich versetzte Impulssignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kommutierungsschaltung (5, 9) einen an der Gene­ ratoranordnung (3) bzw. dem Elektromotor (11) angeord­ neten Stellungsgeber (15, 17) aufweist, der die Rela­ tivstellung des Rotors bezogen auf den Stator erfaßt und der die Erzeugungszeitpunkte der Impulssignale steuert, und daß an die Kommutierungsschaltung (5) der Generatoranordnung (3) und/oder an die Kommutierungs­ schaltung (9) wenigstens eines der Elektromotore (11) eine Drehzahlermittlungsschaltung (31, 37) angeschlos­ sen ist, die auf die Impulssignale der Kommutierungs­ schaltung (5, 9) anspricht und ein die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) bzw. des Antriebsrads (13) repräsentierendes Drehzahlsignal und/oder ein den Drehwinkel der Brennkraftmaschine bzw. des Antriebs­ rads repräsentierendes Drehwinkelsignal erzeugt.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehzahlermittlungsschaltung (31, 37) Interpolations- oder Extrapolationsmittel (39, 41) umfaßt, die zusätzliche Werte des Drehzahlsignals oder des Drehwinkelsignals abhängig von durch die Impulssi­ gnale festgelegten Signal-Stützwerten errechnen.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlermittlungsschaltungen (31, 37) der Antriebsräder (13) an ein Antiblockier­ system (ABS) und/oder an ein Antriebsschlupfregelsystem (ASR) angeschlossen sind.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antiblockiersystem und/oder das Antriebsschlupfregelsystem die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals überwacht und aktivierbar ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals einer der Drehzahlermittlungsschaltungen (31, 37) einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antiblockiersystem und/oder das Antriebsschlupfregelsystem die Größe der Drehzahlände­ rung pro Zeittaktintervall erfaßt.

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsschlupfregel­ system Regelmittel umfaßt, die den Radschlupf auf einen vorgegebenen Schlupfgrenzwert regeln.