The drivetrain of electric vehicles differs significantly from vehicles with combustion engines. Current concepts of electric vehicle drivetrains usually have a low damping. Typically, there is no clutch to separate the inertial mass of the electric drive machine from the rest of the vehicle drivetrain. External (road unevenness, potholes, etc.) and internal excitation (torque changes of the electric machine, brake interferences, etc.) cause jerk oscillation and sometimes high component stress. These excitations can be reduced by suitable drivability functions, to which a reference filter can also be assigned. A common approach known from conventional drivetrains is to limit the gradient of the demand torque of the drive machine or the driver′s desired torque in order to influence the torque build-up of the drive machine and to reduce the excitation of jerk oscillations. A second approach is the use of a prefilter. The prefilter uses the inverse dynamics of the drivetrain to influence the demand torque of the drive machine. In this paper, the influence of a prefilter based on the inverse dynamics of electric vehicle drivetrains to reduce oscillations is investigated. In addition, an anti-jerk control enhances the drivability function afterwards. All investigations are made on a hardware-in-the-loop test bench to create reproducible results.

Electric vehicle drivetrains are considered a way to reduce greenhouse gas emissions from road traffic. The use of electric drives in automotive vehicles offers advantages, such as the potential to recover energy during braking (regenerative braking). The limitation of the maximum air gap torque of the vehicle drive machine by several factors requires a temporary standalone or simultaneous use of the conventional vehicle wheel brake. In several studies, it is shown that during braking operations, the drive machine and the vehicle wheel brake can induce torsional oscillations in the drivetrain, which have a negative influence on the driving comfort and lead to a high mechanical load. To reduce these oscillations, the simultaneous use of an active anti-jerk control is necessary. Due to the problem of oscillation excitations caused by a brake intervention, the used drivability function (integrated prefilter, anti-jerk control) is investigated and optimized with regard to brake blending maneuvers and the effectiveness for damping torsional oscillations. Therefore, the dynamics of the drivetrain are adapted to the dynamics of the braking system using the prefilter, which leads to precise fulfilment of the driver’s braking desire, even during dynamic brake blending maneuvers. All investigations are carried out with a hardware-in-the-loop test bench to create reproducible results.

ZusammenfassungDer Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen unterscheidet sich deutlich von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Aktuelle Konzepte im Bereich der elektrischen Fahrzeugantriebsstränge weisen aufgrund der einfachen Triebstrangmechanik meist eine geringe Reibung und damit wenig Dämpfung auf. Typischerweise gibt es keine Kupplung, um die träge Masse der elektrischen Antriebsmaschine vom restlichen Fahrzeugantriebsstrang zu trennen. Äußere (Fahrbahnunebenheiten, Schlaglöcher, etc.) und innere Anregungen (Drehmomentänderungen der elektrischen Maschine, Bremseingriffe) führen zu Dreh- bzw. Ruckelschwingungen und teilweise hohen Bauteilbelastungen. Diese können durch geeignete Fahrbarkeitsfunktionen reduziert werden. Ein gängiger, aus konventionellen Antriebssträngen bekannter Ansatz besteht in der Begrenzung der Steigung und weiteren Modifikationen des Solldrehmomentes bzw. des Fahrerwunschmoments, um den Drehmomentaufbau der Antriebsmaschine zu beeinflussen und die Anregung von Ruckelschwingungen zu reduzieren. Ein zweiter Ansatz ist die Verwendung eines Vorfilters. Das hier genutzte Vorfilter basiert auf der inversen Dynamik des Antriebsstrangs, um das Sollmoment der Antriebsmaschine zu beeinflussen, vernachlässigt jedoch die Einflüsse des Reifens, des Reifen-Fahrbahnkontakts und der Fahrzeuglängsdynamik. Dies hat den Vorteil, dass Beobachter und Schätzverfahren zur Bestimmung des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes usw. nicht erforderlich sind. Jedoch muss die Wirksamkeit des Ansatzes bei unterschiedlichen Fahrbahnbeschaffenheiten sichergestellt sein. Ergänzt wird das Vorfilter durch eine aktive Anti-Ruckel-Regelung.In diesem Artikel wird der Einfluss von variierenden Fahrbahnzuständen auf die Wirksamkeit des hier angewandten Vorfilters realitätsnah untersucht. Diese Untersuchungen sind notwendig, um eine sicherere Aussage über die Funktionalität der entwickelten Steuerungsalgorithmen in realen Fahrzeugen bei unterschiedlichen Fahrbahnzuständen treffen zu können. Vergleichbare reale oder realitätsnahe Untersuchungen sind bisher nur begrenzt verfügbar. Für realitätsnahe Fahrzeugbedingungen werden Fahrmanöver auf einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand durchgeführt.

Zusammenfassung Elektrofahrzeuge unterscheiden sich bezüglich ihres Antriebsstrangs deutlich von Kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb. Typischerweise ist keine Trennkupplung verbaut und mit einer geringen Anzahl von Gangstufen reduzieren sich die Reibung und die Dämpfung. Ein Hauptproblem hierbei ist die Schwingungsentwicklung durch innere (Drehmomentänderungen der Elektromaschine, Bremseingriffe) und äußere Anregung (Fahrbahnunebenheiten, Schlaglöcher usw.). Um entstehende Schwingungen im Antriebsstrang und somit die Bauteilbelastungen zu verringern, sind schwingungsdämpfende Maßnahmen erforderlich. Hierbei gilt es, eine Erhöhung des Fahrkomforts ohne zu große Einbußen in der Fahrzeugdynamik zu erreichen. Dieser Artikel beschreibt Untersuchungen des dynamischen Verhaltens eines elektrischen Fahrzeugantriebsstrangs auf einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand. Es werden innere Anregungen durch Drehmomentänderungen der Elektromaschine beim Anfahren betrachtet. Dabei werden die Einflüsse unterschiedlicher Auflösungen des Rotorlagegebers der Elektromaschine auf die aktive Schwingungsdämpfung untersucht. Mit dem Einführen eines Beobachters für die Rotorwinkelgeschwindigkeit der Elektromaschine wird abschließend eine Optimierung des Schwingungsverhaltens des Antriebsstrangs im Falle niedrig auflösender Rotorlagegeber vorgenommen. Investigation and optimization of the influence of low-resolution rotor position encoders on the drivability functions of electrified vehicle drive systems by means of a hardware-in-the-loop test bench

No abstract