阅读说明：本技术 用于确定动力传动系的特征值的方法、控制装置及机动车 (Method for determining a characteristic value of a drive train, control device and motor vehicle ) 是由 M·辛特伯格 B·利布哈特 C·特布拉克 C·恩迪施 于 2020-02-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于确定动力传动系(11)的至少一个特征值(25)的方法,该动力传动系在安装的状态下处于借助于其部分或完全电动驱动机动车(10)中并具有含电构件(15)的电部分(12)和含机械构件(18)的机械部分(13),电部分(15)和机械部分(18)通过电机(14)耦联。本发明规定,在至少一个测量过程中,通过操控所述机械部分(13)的机械构件(18)中的至少一个机械构件和/或借助于至少一个车辆外的机械构件设定和保持用于所述电机(14)的预定的机械的边界条件(27),所述机动车(10)的控制装置(22)通过操控电部分(12)的电构件(15)中的至少一个电构件在电部分(12)中产生电的激励信号(28),借助于机动车(10)的测量装置(M)检测至少一个响应信号(29)。(The invention relates to a method for determining at least one characteristic value (25) of a drive train (11) which, in the installed state, is in a motor vehicle (10) driven by means of said drive train in a partially or fully electric manner and has an electric part (12) comprising an electric component (15) and a mechanical part (13) comprising a mechanical component (18), the electric part (15) and the mechanical part (18) being coupled by means of an electric machine (14). According to the invention, during at least one measurement process, a predetermined mechanical boundary condition (27) for the electric machine (14) is set and maintained by actuating at least one of the mechanical components (18) of the mechanical part (13) and/or by means of at least one mechanical component outside the vehicle, the control device (22) of the motor vehicle (10) generates an electrical excitation signal (28) in the electrical part (12) by actuating at least one of the electrical components (15) of the electrical part (12), and at least one response signal (29) is detected by means of the measurement device (M) of the motor vehicle (10).)

用于确定动力传动系的特征值的方法、控制装置及机动车

技术领域

本发明涉及用于确定已经在安装的状态中处于机动车中的动力传动系的特征值的方法。特征值涉及在动力传动系的电部分或机械部分中的至少一个构件。属于本发明的还有控制装置，借助于该控制装置可在机动车中执行方法。最后，本发明还包括具有动力传动系和根据本发明的控制装置的机动车。

背景技术

电动车辆的动力传动系典型地包括电部分，其具有电池系统和用于控制电机的功率电子设备/电力电子设备。在此，电机产生机械转矩，其驱动联接的机械部分、一直引导至机动车的车轮。

在此，电机的调节通过借助于调节系统有针对性地操控功率电子设备来进行。对于该调节，必须是已知电机、电池和功率电子设备以及优选还有机械部分的参数。典型地，这些参数是在生产期间确定的。然而，各构件的参数可能随着时间改变。因此，构件的参数一方面可能由于老化引起改变，也可能由于当前的状态引起改变。另一方面，呈现出的故障缺陷(例如有接触或绝缘不良)可能影响参数。当前，在运行中无法或不可能确定很多参数。

确定电机参数的一种普遍方法是短路试验/短路测试和空载试验/空载测试。在电气工程学中，它们是确定变压器和电机中铜损耗和铁损耗的可靠方法。在生产工艺之后或在怀疑存在错误特性时执行这两种方法来确定机器的特性。当前，不能在安装在机动车中的状态中、即不能在车上或在线地在电动车辆中进行诊断。因此，当前没有设置通过短路试验和空载试验的电机诊断能力。

由US 2017/0102425 A1已知通过以下方式确定在电动车辆中的电机在安装的状态中的特征值，即，借助于功率电子设备在电机的电的线圈中产生试验电流。在此，为了使电机的转子不开始转动，需要进行麻烦的矢量控制。因此，可确定的特征值的数量很受限。

由DE 11 2012 001 244 T5已知借助于电机确定在安装的状态中的动力传动系的机械部分的状态，该电机驱动机械部分。为此测量电机的转矩曲线并且检查谐波。该试验方法要求机动车行驶。然而，由于必要的行驶安全性，这因此限制了用于检查动力传动系的机械部分的激励信号的选择。

由DE 10 2011 006 516 A1已知，为了确定在混合动力车辆中的电机的特征值，将电机的绕组彼此电短接。这在所述的公开中被称为短路操作，但是不同于本身已知的短路试验。在该公开中说明的方法要求提供电气绕组的附加的可互联性，这增加了电路复杂性。

发明内容

本发明的目的在于，对于已经于安装的状态下处于机动车中的动力传动系，事后确定至少一个特征值。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的实施方式通过从属权利要求、下文的说明以及附图来说明。

提供本发明提供一种用于确定动力传动系的至少一个特征值的方法。该方法基于动力传动系已经在安装的状态下处于机动车中。机动车可电动驱动，即，动力传动系具有电部分和机械部分，该电部分具有电构件，该机械部分具有机械构件。电部分和机械部分通过电机耦联。借助于电部分为电机供电或驱动电机，通过机械部分将由电机产生的转矩传递到机动车的至少一个车轮上。因此，电机是在电部分和机械部分之间的连接元件，并且可以属于两者的组成部分。

基于此，现在根据本发明的方法规定，执行至少一个测量过程或测量试验或测量。在至少一个测量过程中，通过操控机械部分的机械构件中的至少一个机械构件和/或通过操控至少一个车辆外的构件设定用于电机的预定的机械的边界条件。

因此，为计划的测量过程明确设定了边界条件。边界条件例如不是通过驾驶员或通过自动导航仪在行驶运行中引起。在测量过程期间，借助于至少一个机械构件和/或借助于至少一个车辆外的构件维持机械的边界条件，即，强制约束边界条件。此外，通过操控动力传动系的电部分的电构件中的至少一个电构件，控制装置在电部分中产生电的激励信号。因此，电机从电部分得到激励信号的激励，但在机械部分方面受到机械的边界条件限制或固定。此外，控制装置借助于机动车的测量装置检测至少一个响应信号，该响应信号可在动力传动系中、即在电部分和/或机械部分(包含电机)中由于激励信号而出现。此外，控制装置根据至少一个响应信号借助于预定的计算规则确定至少一个特征值。因此，通过参考机械的边界条件使电机固定并且紧接着借助于激励信号激励电机得到响应信号，响应信号表征与至少一个特征值相关的至少一个特征值。然后，借助于预定的计算规则可由响应信号(在已知激励信号和已知机械的边界条件的情况下)确定至少一个特征值。为此，计算规则通常可以提供有模型和/或数学方法和/或至少一个公式和/或至少一个综合特性曲线。

因此，本发明利用通过机械部分、例如通过操控动力传动系的机械部分本身的机械构件获得的可调节性来为电机提供机械的边界条件，从而可有针对性地借助于来自电部分的激励信号并且在存在机械的边界条件的情况下引起或诱发响应信号，可基于该响应信号确定至少一个特征值。因此得到的优点是，即使在动力传动系在可电动驱动的机动车中的安装状态下也能够进行至少一个特征值的确定。因此可在不去工场的情况下检测和例如检查至少一个特征值，或者将该特征值用于对调节进行标定。

本发明还包括得到附加优点的实施方式。

原则上，为了使电机的转子固定，可使用能够承受电机转矩的任何构件。它们可位于机动车本身中(例如在电机中)和/或位于车辆之外。转矩可力锁合(例如借助于夹紧连接)和/或形状配合地(例如借助于卡锁)和/或材料配合地(例如通过焊接)来阻止。

在一实施方式种，在测量过程中，操控作为机械构件的机动车的制动系统，以使机动车的至少一个车轮制动。因此，作为机械的边界条件阻止电机、即电机的转子的旋转。然而，产生用于电机的驱动电压作为激励信号。因此，电机在电部分方面借助于激励信号供给驱动电压，但由于夹紧的制动系统而不能转动。作为响应信号测量电机的电机电流，并且计算规则包括用于短路试验的电机方程。用于短路试验的电机方程本身从现有技术中已知。因此，借助于制动系统来模拟开头说明的短路试验，而不必为此将电机从机动车中拆出。

尤其在此规定，确定电机的电枢电阻和/或转子电阻和/或漏电感和/或主电感作为相应的特征值。因此，确定电机的至少一个电的特征值，这可以用来对用于调节电机的调节系统进行标定。确定哪些特征值可根据电机的电机类型来确定。

在一实施方式种，在测量过程中，断开作为机械构件的机动车的离合器，以使电机与机械部分的其余部分分开。因此，作为机械的边界条件，使电机无机械负载地运行。换句话说，电机处在空载中，因为电机不能将机械的驱动力矩输出到机械部分中。作为激励信号产生用于电机的驱动电压。然而，电机此时仍借助于呈驱动电压形式的激励信号驱动，即加速或起动。在此，通过无负载的运行，现在可电地和/或机械地测量电机。

为此，在一实施方式中，测量电机的电机电流作为响应信号，并且计算规则在此包括用于空载试验的电机方程。在此涉及开头说明的空载试验，否则对于空载试验需要试验台。作为相应的特征值，在此确定电机的电机常数和/或电机的电枢电感和/或定子固有电感，其中，确定的特征值可取决于电机的类型。因此，此时可进行空载试验，而不必为此将电机从机动车中拆出。

附加地或替代于此，根据一实施方式，作为响应信号测量在电机转子起动期间的电机转速。因此，转子在该转速下加速。计算规则在此包括计算电机的机械参数。通过使电机无负载地运行，机械特性仅仅由转子本身决定，机械特性可因此在没有由于机械部分的其余机械构件歪曲的情况下来进行确定。转速可以本身已知的方式借助于转速传感器或所谓的转速发送器来确定。借助于起动特性例如可确定电机的摩擦系数和/或惯性矩(转动惯量)。

此前说明了机动车的控制装置如何通过操控机动车的机械部分本身的机械构件中的至少一个机械构件来设定边界条件。在一实施方式中规定，附加地或替代地，边界条件借助至少一个车辆外部的或在车辆之外的车辆外的机械构件(用于机械的锁定或(减轻的)空载试验)产生，而不是例如通过车辆的制动器本身。例如可将可作用于机动车的至少一个轮胎的制动器用在试验台中。代替离合器，例如可通过以下方式在试验台上进行电机的转子的“空载运行”或空转，即，机动车的至少一个车轮滑转(完全打滑)或甚至借助于试验台来驱动，使得通过试验台的驱动补偿摩擦阻力和/或惯性矩，并且因此使转子进行无阻力的运行。为了补偿中间连接的机械构件的仍然存在的影响，可附加地或替代地提供用于评估测量信号的模型，以便例如在锁定的情况下算出机械部分的弹性或弯矩，和/或例如在空载运行的情况下算出或考虑到车桥或轴或车轮的惯性矩。因此，根据一实施方式，机械部分在至少一个检查过程期间借助于至少一个车辆外的机械构件驱动，以便补偿机械部分的摩擦阻力和/或惯性矩，和/或使用于评估测量信号的数字模型运行，该数字模型考虑到机械部分的弹性或弯矩和/或轴和/或车轮的惯性矩。所述模型例如可基于计算机程序来实现。

所说明的测量过程不是唯一可行的实施方式。例如还可规定，如在首先说明的测量过程中那样，激活制动系统，并且在此借助于电机设定预定的转矩以及检查由电机产生的转矩是否大于在预定和设定的制动压力下的制动力矩。这可以通过机动车的车轮转动来识别，该车轮转动可以例如凭借转速测得。因此，可针对不同设定的制动压力和电机的转矩的相应的设定确定机动车的制动特性曲线。

针对每个测量过程都需要电的激励信号。在一实施方式种，激励信号借助于功率电子设备产生，其为电部分的电构件。借助于功率电子设备可基于机动车的电池系统的恒定的直流电压产生具有时间曲线的、变化的激励信号。替代于此，激励信号可借助于电池系统本身的可切换的电池单体产生。在电池系统中，电池电压可更确切地说通过串联多个可切换的电池单体产生，其中，在每个可切换的电池单体中，其单体联接部一方面可通过含有实际的电化学单体的电的电路支路连接，也可以通过如下的电路支路连接：该电路支路桥接电化学单体并且通过短路将单体联接部直接彼此连接。具有电化学单体的电路支路在此被称为单体支路，用于桥接电化学单体的电路支路被称为旁路支路。在电路支路中的每个电路支路中，可提供有电的切换元件，其例如可基于晶体管、尤其场效应晶体管实现。因此，根据切换元件的切换状态，单体联接部通过单体支路或旁路支路彼此互联。因此，可通过接通单体支路将可切换的电池单体的电化学单体接通到电部分的电路中，并且因此电池电压提高了单体电压。相反，如果不是单体支路、而是旁路支路接到单体联接部之间，则电池单体从电路断开连接(停用的电池单体)。于是可因此借助于电池系统本身通过相应相继接通和切断电池单体中的各电池单体或子组来设定激励信号的时间曲线。因此，激励信号可直接在电池系统中产生，并且用于检查自电池系统起的整个电部分以及机械部分的至少一个特征值。因此，还尤其设置成确定功率电子设备和/或从电池系统的角度看置于功率电子设备之前的电气结构元件的特征值。

在一实施方式中，在机动车的驻车阶段期间设定机械的边界条件。因此，机动车的行驶行为不会受到机械的边界条件的设定的影响。因此，相应的测量过程不会被驾驶员注意到。例如如果没有人员在机动车中，此时，测量过程例如也可以在机动车的泊车阶段期间执行。

为了在可电动驱动的机动车中执行根据本发明的方法，本发明还提供有控制装置，以控制机动车的动力传动系。控制装置具有处理器装置，其设置成执行根据本发明的方法的实施方式。为此，处理器装置可具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器和/或至少一个FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和/或至少一个DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，或者也可以借助模拟电路来实施。处理器装置可具有程序代码/软件(Software)，其具有程序指令，程序指令设置成在通过处理器装置实施时执行根据本发明的方法的实施方式。程序代码可存储在处理器装置的数据存储器中。控制装置例如可设计为控制器或多个控制器的组合。

最后，本发明还包括机动车，其可电动驱动，并且为此具有动力传动系，该动力传动系具有电部分和机械部分，电部分具有电构件，机械部分具有机械构件，其中，电部分和机械部分通过电机耦联。在电部分中，可以说明的方式例如提供电池系统和/或功率电子设备作为相应的构件。机械部分例如可具有所说明的离合器和/或驱动轴和/或差速器和/或制动系统作为相应的构件。根据本发明的机动车的特征在于，其具有根据本发明的控制装置的实施方式。

根据本发明的机动车优选地为汽车，尤其为乘用车或商用车，或者为客车或摩托车。机动车可设计为混合动力车辆(部分电动驱动)或电动车辆(完全电动驱动)。

本发明还包括所说明的实施方式的特征的组合。

附图说明

下面说明本发明的实施例。其中：

图1示出了根据本发明的机动车的实施方式的示意性的图示；

图2示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

下文阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所说明的组成部分相应为本发明的可彼此单独考虑的各个特征，其还相应彼此独立地改进本发明。因此，本公开还包括实施方式的特征的不同于示出的组合。此外，说明的实施方式还可通过本发明的已经说明的特征中的其他的特征来补充。

在附图中，相同的附图标记相应表示功能相同的元件。

图1示出了机动车10，其可以所说明的方式为汽车，尤其为乘用车或商用车，或者为客车或摩托车。机动车10可部分地或全部电动地驱动，并且为此可具有动力传动系11，动力传动系可设置有电部分12和机械部分13。电部分12可与机械部分13通过电机14耦联，电机为机电转换器，并且因此可属于电部分12和机械部分13。

在电部分12中，除了电机14之外，还可设置其他的电构件15，其中，在图1中，示出了作为电构件15的电池系统16和作为另外的电构件15的功率电子设备17。

在机械部分13中，可除了电机14之外，作为其他的机械构件18，设置有机械式离合器19、制动系统20和至少一个车轮21，其为机械负载。

为了控制电部分12的电构件15和机械部分13的机械构件18，可提供控制装置22，其可产生控制信号23，以便控制动力传动系11。为此，控制装置22可具有处理器装置24。

在机动车10中可规定，在动力传动系11已经安装在机动车10中之后确定在机动车10中的、说明动力传动系11或表征动力传动系11的至少一个特征值25。于是，因此还可以在机动车10的运行中、例如在驻车阶段26中(例如在停车期间)确定至少一个特征值25。

动力传动系11可具有测量装置M，借助于测量装置可检测或测量在动力传动系11中的至少一个电参量和/或至少一个机械参量。

为此，通过控制装置22可执行下文凭借图1和图2说明的方法。

该方法可提出至少一个测量过程，在其中可相应针对至少一个特征值25设规定相应的预定的测量。在步骤S10中，控制装置22可通过操控机械部分13的机械构件18中的至少一个机械构件设定用于电机14的预定的机械的边界条件27，并且保持或执行或维持该边界条件。在步骤S11中，控制装置可通过操控电部分12的电构件15中的至少一个电构件在电部分12中产生电的激励信号28。

在步骤S12中，控制装置可借助于测量装置M检测至少一个响应信号29，其相应在动力传动系11中由于激励信号28而出现。相应的响应信号可为测量装置的测量信号或由测量装置的测量信号导出或确定的信号。在步骤S13中，控制装置可凭借至少一个响应信号29借助于预定的计算规则30确定至少一个特征值25。

机械的边界条件27例如可通过操控制动系统20来实现，由此可锁定机械部分13的驱动轴31，这还阻止了电机14的转子32转动，即使其在驱动轴31中产生机械转矩33。例如可通过电池系统16产生驱动电压U作为激励信号。驱动电压U可通过电池系统16例如基于可切换的电池单体34产生，电池单体可在电池系统16中并联成组，为了产生电压可以将各组串联。反之，还可以规定，将多个电池单体34串联成组，并且然后将这些组并联在一起。可以对于所有的电池单体34都这样设置或者对于一部分电池单体这样设置。

每个电池单体34可通过以下方式可切换地来设计，即，单体联接部35通过包含电化学单体37的单体支路36互联，出可以通过旁经或桥接电化学单体37的旁路支路38互联。在单体支路36和旁路支路38中可相应设置有切换元件SA、SB，通过切换元件可将相应的电路支路(单体支路36和旁路支路38)切换到电部分12的电路39中。电池单体34可借助于保护开关S+、S-与电池系统16的电池联接部40连接，由此可将电池电压U提供给功率电子设备17。

功率电子设备17例如可具有变流器41，其可由电池系统16的直流电流在电机14的电气相线42中产生交流电流。为此，变流器41可以本身已知的方式具有切换元件T1、T2、T3、T4、T5、T6，它们可基于相应至少一个晶体管来提供。功率电子设备17还可以本身已知的方式具有中间电路电容器43。基于电池电压U和变流器41在相线42中产生的交流电流可在电机14的电的线圈44中以本身已知的方式产生旋转磁场，通过该旋转磁场为转子32加载转矩33，转子32可将转矩输出给驱动轴31。但是，在此不仅仅限于具有3个相位的旋转磁场电机，而是通常可有m个相位，即，2个相位或多于3个相位(m等于或大于1)。然而，在此还不仅仅限于旋转磁场电机，而是通常可使用类似的或已知的任何类型的电机(例如直流电机、磁阻电机)。

如果在测量过程中驱动轴31借助于制动系统20以所说明的方式被锁定，则得到可基于电机方程计算出的、作用于电的线圈44的磁性反作用，这会影响电机14的在相线42中的电机电流，并且因此可借助于测量装置M测得。电机方程本身在与短路试验相关的现有技术中是已知的。

附加的或替代的测量过程可规定，控制装置22借助于离合器19使转子32与机械部分13的其余部分脱开，从而转子32和因此电机14在机械负载方面无负载地运行。然后，如果例如通过功率电子设备17在电机14中提供驱动电压U作为激励信号，则转矩33完全转化成转子32的加速。此时，计算规则30可基于用于电机14的针对空载试验的电机方程算出电机14的至少一个特征值25。该电机方程式本身是从与空载试验相关的现有技术中已知的。

因此，车轮21的制动器或制动系统20和在电机14和机械部分13之间的机械的离合器19可分别用来执行用于电机14的短路试验和空载试验。此外，来自电池系统16的激励可馈送到电部分12的电路39中，并且因此在安装的状态下进行驱动构件的诊断。因此可通过现有的硬件在驻车阶段中、在结束整个生产过程时以及在维护期间进行构件的检查，以及可在安装的状态下进行故障诊断。

所说明的技术上的实施方案在此仅仅示例性地凭借两个具体的示例进行了说明。其基础是图1的示意图。除了已经说明的电构件15之外，相应的车辆10还具有机械构件18，其中，电机14(马达)作为连接元件用于将电能转换成旋转能。

电机可被如此地调节，即，其在限定的转矩的情况下提供要求的转速。如果存在离合器19，电机可与动力传动系的机械部分(直至轮胎)机械地脱开。制动器20可使驱动轴31固定。车辆具有测量装置M，其具有各种传感器，以便尤其检测驱动器的电的和机械的参量。为了清楚起见，它们未在示意图中示出。

在短路试验中，原则上可通过以下方式确定电机的参数，即，使转子被固定。通过制动器(例如在泊车过程中的驻车制动器)，使电机的转速为零。在经典的方法中，为电机的联接部通电，其中，激励取决于相应的电机类型。通过电机方程可由传感器值、例如电流和电压计算出等效电路图的参数。对于直流电机，参数可为电枢阻抗，对于异步电机，参数可为转子阻抗以及漏电感和主电感。应当注意的是，通过在每个单体处引入开关或经由功率电子设备可产生各种激励信号。在电机处的电压可近似可变地设定，这为确定参数提供了更多的可行方案。

空载试验可非常类似于短路试验地来执行。在此，电机通过离合器脱开，由此不再存在负载力矩。如果再次操控电机，则通过电池供电。在没有负载的情况下，以如下方式简化电机方程，即，对于直流电机，电机常数和电枢电感可由电流值和电压值算出。对于异步电机，可估算定子固有电感。由起动行为同样可确定机械参数(摩擦系数)。

总体而言，示例示出了如何能够通过本发明在机动车中实现在动力传动系中的电构件的激励和电机参数的估计。