DREHZAHLERFASSUNG BEI EINER ANTRIEBSANORDNUNG FÜR EIN
KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und. befaßt sich insbesondere mit der Erfassung von Drehzahlen einer Brennkraftmaschine bzw. von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.
Bei Antiblockiersystemen (ABS) und Antriebsschlupfregelsystemen (ASR) von Kraftfahrzeugen muß die Drehzahl der Räder sehr exakt erfaßt werden. Bei herkömmlichen Systemen sind in der Nähe der Radlager Drehzahlsensoren angebracht, oder aber es werden spezielle Rädlager mit integrierten Drehzahlsensoren verwendet. In jedem Fall ist jedoch ein vergleichsweise hoher konstruktiver Aufwand erforderlich, nicht zuletzt, weil die Drehzahlsensoren im unmittelbaren Radbereich unter extremen Betriebsbedingungen 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 Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs einen Generator drehfest zu kuppeln, während die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs drehfest mit gesonderten, über einen Gleichspannungszwischenkreis aus der Generatoranordnung gespeisten Elektromotoren drehtest 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 Statorwicklungen sind über gesonderte, der Generatoranordnung bzw. den einzelnen Elektromotoren zugeordnete, elektronische Kommutierungsschaltungen an den Gleichspannungszwischenkreis 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. Elektromotoren sind aus der EP-A-0 159 005 bekannt. Kommutierungsschaltungen sind in der EP-A-0 340 686 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 des
Kraftfahrzeugs ohne zusätzliche Sensoren allein auf der Grundlage der für die Antriebsanordnung ohnehin erforder
liehen Komponenten sehr genau erfaßt werden kann. Insbesondere 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 gesonderten
Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs gekuppelte, über einen
Gleichspannungszwischenkreis aus einer drehfest mit einer
Brennkraftmaschine gekuppelte Generatoranordnung oder/und einem
Energiespeicher, insbesondere einem Akkumulator gespeiste
Elektromotore, wobei die Elektromotore einen Stator mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung gegeneinander versetzter Statorwicklungen und einen Rotor mit einer Vie l zahl in Umf angsrichtung gegeneinander versetzter Permanentmagnete aufweisen und die Statorwicklungen an den
Gleichspannungszwischenkreis über gesonderte, den einzelnen
Elektromotoren zugeordnete, elektronische Kommutierungsschattungen angeschlossen sind, die zur Steuerung der zeitlichen Reihenfolge der in den Statorwicklungen fließenden Ströme zeitlich versetzte Impulssignal erzeugen. Außerdem weist jede Kommutierungsschaltung einen an der Generatoranordnung bzw. dem Elektromotor angeordneten Stellungsgeber auf, der die Relatiυstellung des Rotors bezogen auf den Stator erfaßt und der die Erzeugungszeitpunkte der Impulssignale steuert, wobei an die Kommutierungsschaltung wenigstens eines der Elektromotore eine Drehzahlermittlungsschaltung angeschlossen ist, die auf Impulssignale der Kommutierungschaltung anspricht und ein die Drehzahl des
Antriebsrads repräsentierendes Drehzahlsignal und/oder ein den
Drehwinkel des Antriebsrads repräsentierendes Drehwinkelsignal erzeugt
Der Erfindung Liegt der Gedanke zu Grunde, daß die abhängig 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 Impulssignale, beispielsweise durch Abzählen der Impulssignale pro Zeiteinheit, sich die Drehzahl auf einfache Weise und sehr genau erfassen Läßt. Da Elektromotore und auch Generatoranordnungen des in Rede stehenden Typs in der Regel vergleichsweise viele Pole und damit Statorwicklungen bzw. Permanentmagnete haben, Lassen sich auch
Drehzahländerungen während eines Bruchteils einer einzigen Umdrehung 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.
Bei einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR) muß ebenso wie bei einem AntibLockierregelsystem (ABS) auch bei relatv geringen
Fahrzeuggeschwindigkeiten die volle Funktionsfähigkeit gewährleistet sein. Entsprechend den vergleichsweise geringen Motordrehzahlen fallen dabei in einem Zeitabschnitt weniger ImpuLssignale an. In gewissen kritischen Fahrsituationen kann es daher vorkommen, daß die tatsächlich erfaßten ImpuLssignale für eine schnelle Reaktion nicht ausreichen.
Erfindungsgemäß umfaßt daher die Drehzahlermittlungsschaltung
Berechnungsmittel, insbesondere Interpolationsmittel und/oder
Extrapolationsmittel, die zusätzliche Werte des Drehzahlsignals oder des Drehwlnkelsignals abhängig von durch die ImpuLssignale festgelegten Signal-Stützwerten errechnen. In entsprechender Ausführungsform, die beispielsweise durch eine Impulsratenteilung oder eine
Impulsratenvervielfachung mit einem gegebenenfalls von der
Änderungsgeschwindigkeit der Folgerate abhängigen Faktor fealisiert werden kann, Läßt sich die Genauigkeit des Drehzahlsignals deutlich erhöhen, insbesondere bei niedrigerer Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die Erfindung wird wegen der hohen Genauigkeit,
mit der das Drehzahlsignal erzeugt werden kann,
vorzugsweise so eingesetzt, daß das Antiblockiersystem
und/oder das Antriebsschlupfregelsystem die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals überwacht und aktivierbar ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals einer der Drehzahlermittlungsschaltungen einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Während bei herkömmlichen Aktivierungskriterien solcher Systeme die Drehzahldifferenz zwischen zwei Rädern zum Erkennen eines Radschlupfzustands überwacht wird, geht diese Ausgestaltung der Erfindung von der Überlegung aus, daß eine plötzliche Drehzahländerung eines angetriebenen Rads auf ein "Abreißen" der Radhaftung zurückgeführt werden kann, die Haftungsgrenze des Rads also überschritten wurde. Das Anti-Blockiersystem und/oder das Antriebsschlupfregelsystem wird aktiviert, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlsignals einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, wobei das System hierzu zweckmäßigerweise die Größe der Drehzahländerung pro Zeittaktintervall erfaßt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Antriebsschlupfregelsystem dem Antiblockiersystem unterlagert und umfaßt nach dem Prinzip einer kontinuierlichen Schlupfregelung Regelmittel, die den Radschlupf auf einen vorgegebenen 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 Antiblockiersystem durch Dosieren der Bremskraft zu mindernde Schlupf verkleinert wird. Die Schlupfregelung des Antriebsschlupfregelsystems kann beispielsweise auf der Grundlage eines nach Unscharfe-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 Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug.
Die Antriebsanordnung umfaßt eine Erennkraftmaschine 1, die direkt eine an sie angeflanschte Generatoranordnung 3 antreibt. Die Generatoranordnung 3 speist über eine elektronische Kommutierungsschaltung 5 einen Gleichstromzwischenkreis 7, an den über jeweils zugeordnete, elektronische KommutierungsSchaltungen 9 mehrere Elektromotore 11 angeschlossen sind, von denen jeder eines der Räder 13 des Kraftfahrzeugs antreibt. Die Zeichnung zeigt lediglich eines der Räder 13 mit dem drehfest damit verbundenen Elektromotor 11 und der zugeordneten Kommutierungsschaltung 9.
Sowohl die Generatoranordnung 3 als auch jeder Elektromotor 11 umfassen einen vielpoligen, nicht näher dargestellten 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-0 159 005 beschrieben. Sowohl die Generatoranordnung 3 als auch jeder der Elektromotore 11 umfaßt einen Stellungsgeber 15 bzw. 17, der die momentane Winkelposition des Rotors relativ zum Stator erfaßt und über Leitungen 19 bzw. 21 Winkelstellungssignale an die jeweils zugeordnete Kommutierungssteuerung 5 bzw. 9 abgibt. Die
Kommutierungssteuerungen 5, 9 enthalten den einzelnen Statorwicklungen zugeordnete elektronische Schalter, die abhängig von den Winkelstellungssignalen der Stellungsgeber 15, 17 die in den Statorwicklungen fließenden Ströme
in der durch die Wicklungsanordnung festgelegten Reihenfolge zeitlich versetzt ein- bzw. ausschalten. Die Kommutierungsschaltungen 5, 9 erzeugen hierzu eine Vielzahl Impulssignale für die Steuerung der den einzelnen Statorwicklungen zugeordneten Schalter. Ein Beispiel einer solchen Kommutierungsschaltung ist in der EP-A-0 340 686 beschrieben.
Die Antriebsanordnung umfaßt eine die Leistung der Brennkraftmaschine 1 über einen Stellantrieb 23 eines Leistungsstellglieds 25, beispielsweise einer Drosselklappe oder einer Einspritzpumpe steuernde Steuerung 27, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder dergleichen. Die Steuerung 27 umfaßt herkömmliche Mittel 29 zur Kennfeldsteuerung der Brennkraftmaschine 1 abhängig von einem aus einer Drehzahlermittlungsschaltung 31 zugeführten, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 repräsentierenden 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 Folgerate 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 Drehzahlermittlungsschaltungen 31, 37, die Bestandteil der Steuerung 27 sein können, umfassen zusätzliche Mittel 39 bzw. 41 für die Interpolation oder Extrapolation zusätzlicher Drehzahlsignalwerte abhängig von Stützwerten des Signalverlaufs, die durch die Impulssignale der Kommutierungsschaltungen 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 vervielfachen 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 Änderungsgeschwindigkeit der Raddrehzahl einen vorgegebenen Grenzwert, so wird dies als Erreichen der Radhaftungsgrenze 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 Schlupfregelbereichs 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 Antiblockierregelung vor und verhindert allzu starkes Anwachsen des Schlupfs vor dem Blockieren des Rads beim Bremsen, erlaubt 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 Antriebsanordnung, 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 Generatoranordnung 3 vorgesehen sein, so daß die Elektromotore 13 wahlweise aus der Generatoranordnung 3 oder dem Energiespeicher 43 gespeist werden können. Alternativ kann aber auch die Brennkraftmaschine 1 und die Generatoranordnung 3 entfallen.