DE102010063358A1

DE102010063358A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs

Info

Publication number: DE102010063358A1
Application number: DE102010063358A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Weiss; Fanny Kobiela; Frank Beruscha; Arnd Engeln; Clemens Guenther; Claus Marberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN103282233A; WO2012079810A2; EP2651689A2; JP2013546297A; WO2012079810A3; US20130338875A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs (14), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit den Schritten: – Bestimmen einer Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs (14), die eine Grenze der umsetzbaren Leistung des elektrischen Antriebs (14) bildet; – Erfassen eines angeforderten, bereitgestellten oder beaufschlagten Drehmoments des elektrischen Antriebs (14); – Bestimmen einer Leistungsreserve, die eine über das angeforderte, bereitgestellte oder beaufschlagte Drehmoment hinaus umsetzbare Leistung innerhalb der bestimmten Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs (14) bildet; und – Anzeigen der Leistungsreserve mittels Anzeigemitteln (28).

Description

Die vorliegende Erfindung, betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb (Elektrofahrzeug) oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. In einem Fahrzeug, das ausschließlich einen Verbrennungsmotor aufweist, erwartet der Fahrer ein gleichbleibendes Beschleunigungsverhalten bei einer gegebenen Drehzahl und einem gegebenen Gang. Dieses Verhalten ist bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (bzw. bei Hybridfahrzeugen im rein elektrischen Betrieb) bei hohen Beschleunigungen nicht zwangsläufig gegeben. Eine dauerhafte Anforderung eines hohen Drehmomentes führt zur Erhitzung der elektrischen Komponenten des Antriebs, wie z. B. der elektrischen Maschine oder der Ansteuerungselektronik. Diese elektrischen Komponenten können durch die andauernde thermische Belastung zunehmend geschädigt werden. Daher ist es üblicherweise erforderlich, das Drehmoment herunterzuregeln, sofern die elektrischen Komponenten an ihre thermische Belastungsgrenze geführt werden, um permanente Schäden der elektrischen Komponenten zu vermeiden.
Gleichfalls können elektrische Komponenten in einem elektrischen Antrieb bei einer andauernden thermischen Belastung geschädigt werden, die durch ein hohes generatorisches, d. h. Energie zurückgewinnendes Moment, erzeugt wird.
Dem Stand der Technik gemäß erhält der Fahrer keine Warnung oder Rückmeldung, die ein derartiges aktives Herunterregeln des Drehmomentes im Voraus ankündigt. Nachteilig dabei ist es, dass eine gewohnte oder erwartete Motorleistung für den Fall des aktiven Herunterregelns ohne Ankündigung nicht verfügbar ist, wodurch gefährliche bzw. gefahrbringende Situationen entstehen können. Weiterhin kann das aktive Herunterregeln des Drehmomentes zu Unzufriedenheit des Fahrers führen, weil eine kontinuierliche Leistungsverfügbarkeit nicht gegeben ist.
Aus der JP 2002/155777 A ist ein Verfahren zur Reduktion eines Überhitzens einer Antriebsmaschine bekannt, wobei ab einer bestimmten Motortemperatur die Fahrzeuggeschwindigkeit auf 60 km/h begrenzt wird. Nachteilig dabei ist es, dass erst bei Erreichen einer bestimmten Motortemperatur Maßnahmen ergriffen werden und dadurch die Nutzung des Fahrzeugs abrupt durch die Geschwindigkeitsbegrenzung stark eingeschränkt ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um eine bauteilbedingte Leistungsbegrenzung bei elektrischen Antrieben vorauszubestimmen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bereit, mit den Schritten: Bestimmen einer Leistungsgrenze eines elektrischen Antriebs, die eine Grenze der umsetzbaren Leistung des elektrischen Antriebs bildet, Erfassen eines angeforderten, bereitgestellten oder beaufschlagten Drehmoments des elektrischen Antriebs, Bestimmen einer Leistungsreserve, die eine über das angeforderte, bereitgestellte oder beaufschlagte Drehmoment hinaus umsetzbare Leistung innerhalb der bestimmten Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs bildet, und Anzeigen der Leistungsreserve mittels Anzeigemitteln.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Steuergerät, das mit Anzeigemitteln verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Verfahren der oben beschriebenen Art durchzuführen. Schließlich wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter umsetzbarer Leistung sowohl generatorische Leistung als auch motorische Leistung verstanden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann der elektrische Antrieb sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden. Unter bereitgestelltem Drehmoment wird im Sinne der Erfindung ein abgegebenes Drehmoment und unter einem beaufschlagten Drehmoment ein im generatorischen Betrieb an den elektrischen Antrieb angelegtes Drehmoment verstanden. Unter einem angeforderten Drehmoment wird ein aktuell angefordertes Drehmoment oder im weitesten Sinne auch ein zukünftig benötigtes Drehmoment verstanden.
Vorteile der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung kann dem Nutzer des elektrischen Antriebs und insbesondere dem Fahrer eines Fahrzeugs mit einem derartigen elektrischen Antrieb jederzeit angezeigt werden, welche Leistungsmenge ausgehend von der bisher sowie aktuell umgesetzten Leistung noch umsetzbar ist, bis die Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs erreicht wird. Dadurch kann der Nutzer bzw. Fahrer zu jedem Zeitpunkt abschätzen, ob Leistung über die aktuelle Leistung hinaus umsetzbar ist und ggf. abgerufen werden kann. Mit anderen Worten wird dem Nutzer bzw. Fahrer angezeigt, ob bzw. wann mit einem Herunterregeln der Leistung bzw. mit einer Einschränkung der umsetzbaren Leistung zu rechnen ist. Dadurch wird insbesondere das Fahrzeugverhalten vorhersehbar, so dass die Sicherheit der Insassen im Allgemeinen erhöht ist.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Bestimmung der Leistungsgrenze auf der Grundlage einer Belastungsgrenze, insbesondere einer thermischen Belastungsgrenze, wenigstens einer Komponente des elektrischen Antriebs erfolgt. Durch die getrennte Betrachtung der einzelnen elektrischen Komponenten des Antriebs ist die Bestimmung der Belastungsgrenze präziser. Dabei ist es besonders bevorzugt, die zeitlich früheren Belastungen des elektrischen Antriebs und insbesondere die dadurch entstandenen erhöhten Temperaturen oder Temperaturdifferenzen des elektrischen Antriebs in die Bestimmung der Belastungsgrenze einzubeziehen. Dadurch kann die Belastungsgrenze noch präziser bestimmt werden.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Belastungsgrenze auf der Grundlage eines Modells der elektrischen Komponente bestimmt wird. Dadurch wird die Bestimmung der Belastungsgrenze präziser.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Modell zum Bestimmen der Belastungsgrenze auf der Grundlage der aktuellen Leistungsreserve aus einer Mehrzahl von Modellen ausgewählt wird. Dadurch kann das verwendete Modell an die aktuellen Bedingungen angepasst werden, wodurch die Belastungsgrenze noch präziser bestimmt werden kann.
Es ist bevorzugt, wenn die Leistungsgrenze auf der Grundlage einer der Komponenten bestimmt wird, die die Belastungsgrenze zeitlich am frühesten erreichen wird. Dadurch kann die Belastungsgrenze präziser und sicherer bestimmt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Bestimmung der Leistungsreserve regelmäßig bzw. wiederholt in diskreten Schritten erfolgt und wobei ein Abstand der Schritte mit abnehmender Leistungsreserve reduziert wird. Dadurch kann der Rechenaufwand zum Bestimmen der Leistungsreserve an den Bedarf angepasst werden, wobei die Genauigkeit des Verfahrens in kritischen Situationen bei abnehmender Leistungsreserve erhöht wird.
Es ist alternativ bevorzugt, wenn die Bestimmung der Leistungsreserve kontinuierlich erfolgt. Dadurch wird immer der aktuelle Wert der Leistungsreserve angezeigt, wodurch unerwartet starke Veränderungen schneller erfasst und angezeigt werden können.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn angezeigt wird, ob die Leistungsreserve zur Bereitstellung des aktuell angeforderten Drehmomentes ausreicht. Dadurch kann sich der Nutzer bzw. der Fahrer unmittelbar darauf einstellen, sofern das angeforderte Drehmoment nicht zur Verfügung steht.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Dauer, für die das angeforderte Drehmoment in Bezug auf die Leistungsreserve bereitgestellt werden kann, bestimmt wird. Insbesondere ist bevorzugt, wenn die Dauer, für die das angeforderte Drehmoment bereitgestellt werden kann, angezeigt wird. Dadurch können dem Nutzer bzw. Fahrer zusätzliche Details bereitgestellt werden, so dass er sein Verhalten an die verfügbare Leistungsreserve anpassen kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das angeforderte Drehmoment bei Erreichen der Belastungsgrenze heruntergeregelt wird. Dadurch können Schädigungen des elektrischen Antriebs durch Überbelastung vermieden werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein über eine Dauerleistungsgrenze hinausgehendes Drehmoment nur mittels einer vordefinierten Eingabe durch den Fahrer möglich ist und wobei dem Fahrer beispielsweise über die Anzeigemittel angezeigt wird, dass das angeforderte Drehmoment über die Dauerleistungsgrenze hinausgeht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Fahrer die zusätzliche Leistung bewusst abruft, wodurch eine verbesserte Kontrolle der verfügbaren Leistung ermöglicht wird. Die Dauerleistungsgrenze ist dabei eine Grenze der permanent und dauerhaft umsetzbaren Leistung, die kleiner ist als die Leistungsgrenze.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein angefordertes Drehmoment nicht bereitgestellt wird, sofern die Leistungsgrenze wenigstens einer elektrischen Komponente erreicht ist oder nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne erreicht werden wird. Dadurch kann eine Schädigung der Komponenten des elektrischen Antriebs vermieden werden, da die Leistungsgrenzen der Komponenten nicht erreicht werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Leistungsgrenze und insbesondere die Dauerleistungsgrenze bestimmt wird auf der Grundlage von Streckeninformationen einer geplanten Fahrtstrecke und wobei die Leistungsreserve auf der Grundlage eines Drehmoments bestimmt wird, das für die geplante Fahrtstrecke benötigt wird. Auf der Grundlage des so vorausbestimmten benötigten Drehmomentes kann die Dauerleistungsgrenze dynamisch angepasst und dem Fahrer rückgemeldet werden. Dadurch kann die zukünftig benötigte Leistungsreserve bestimmt werden, wodurch die Leistungsreserve noch präziser einem zukünftigen Bedarf angepasst wird. Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn der Fahrer eine Warnung erhält, sofern er eine zukünftig benötigte erhöhte Leistungsreserve abbaut. Dadurch kann das Fahrzeug im Allgemeinen zuverlässiger werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn dem Fahrer über die Anzeigemittel eine Rückmeldung gegeben wird, sofern keine über die Dauerleistungsgrenze hinausgehende Leistung bzw. kein über die Dauerleistungsgrenze hinausgehendes Drehmoment abgerufen werden kann. Dadurch kann sich der Fahrer auf die nicht zur Verfügung stehende Leistung bzw. das nicht zur Verfügung stehende Drehmoment einstellen, wodurch die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht wird.
Weiterhin wird es bevorzugt, eine Leistungsgrenze eines elektrischen Antriebs im generatorischen Modus zu bestimmen und dem Fahrer rückzumelden, insofern ein elektrischer Antrieb eines Fahrzeugs ein generatorisches Moment zulassen kann, welches dauerhaft die Leistungsgrenze von zumindest einer elektrischen Komponente überschreiten kann. Dadurch können dem Fahrer Rückmeldungen zur Verfügung gestellt werden, die eine Anpassung der Bremsung derart ermöglichen (insofern die aktuelle Verkehrssituation diese Anpassung zulässt), dass einer Leistungsbeschränkung während des generatorischen Momentes frühzeitig entgegengewirkt wird und somit der Eingriff eines anderen, nicht Energie rückgewinnenden, Bremssystems vermieden werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird vorgesehen, dem Fahrer explizite Bedienmöglichkeiten zu gewährleisten, die ihm eine verbesserte Kontrolle der verfügbaren Leistung eines Fahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Antrieb ermöglichen. Dabei wird dem Fahrer dauerhaft nur die Leistung zur Verfügung gestellt, die die Leistungsgrenze aller elektrischen Komponenten nicht überschreitet. Der Fahrer erhält zudem in dieser Ausführungsform die Möglichkeit, zusätzliche Leistung zeitlich begrenzt anzufordern. Diese Anforderung kann über definierte Eingabehandlungen, z. B. an einem Gaspedal oder einem weiteren definierten Bediengerät erfolgen. Dem Fahrer wird bei Abruf der zusätzlichen Leistung rückgemeldet, in welchem Ausmaß diese in der unmittelbar folgenden Zukunft zur Verfügung stehen wird.
In dieser Ausführungsvariante wird es weiter bevorzugt, dem Fahrer die Anforderung zusätzlicher Leistung nicht zu ermöglichen, wenn die Leistungsgrenze mindestens einer elektrischen Komponente bereits erreicht ist oder diese in einer definierten Zeitspanne wahrscheinlich erreicht wird. Dem Fahrer kann in einer Anzeigeeinheit rückgemeldet werden, dass eine zusätzliche Leistungsanforderung zu einem Zeitpunkt nicht möglich ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung werden Informationen einer digitalen Karte oder von alternativ gespeicherten Informationen über einen möglichen Streckenverlauf derart berücksichtigt, dass zu erwartende zukünftige Anforderungen aus einem bekannten oder erwarteten Straßenverlauf an eine verfügbare Leistung (z. B. aufgrund Steigungen und erwarteten Geschwindigkeiten) bei der Ermittlung einer dauerhaft verfügbaren Leistungsgrenze beachtet werden. Der Fahrer kann dadurch Hinweise über eine Anzeigeeinheit erhalten, inwiefern er eine zukünftig benötigte Leistungsreserve abbaut.
Alternativ kann der Fahrer in letztgenannter Ausführungsform auch eine Anpassung des Fahrzeugverhaltens anfordern, indem die dauerhaft verfügbare Leistungsgrenze auch aufgrund zukünftiger Bedarfe ermittelt wird (die gegebenenfalls kurzzeitig über die technische Dauerleistungsgrenze hinausgehen können, d. h. die Dauerleistungsgrenze wird zuvor entsprechend herabgesenkt).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der einen elektrischen Antrieb sowie eine Steuereinheit zum Steuern des elektrischen Antriebs aufweist;
2 zeigt in schematischer Form ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs; und
3a bis d zeigen beispielhaft vier unterschiedliche Zustände einer Anzeige zum Anzeigen unterschiedlicher Leistungsreserven.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der im vorliegenden Fall zur Bereitstellung von Antriebsleistung eine elektrische Maschine 14 aufweist. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16L, 16R des Fahrzeugs 10.
Die elektrische Maschine 14 stellt an einer Abtriebswelle ein Drehmoment t bereit und dreht mit einer einstellbaren Drehzahl.
Der Antriebsstrang 12 kann dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug 10 alleine mittels der elektrischen Maschine 14 anzutreiben (Elektrofahrzeuge). Alternativ kann die elektrische Maschine 14 Teil eines Hybrid-Antriebsstranges 12 sein, wobei der Antriebsstrang 12 einen weiteren in 1 nicht näher bezeichneten Antriebsmotor wie einen Verbrennungsmotor oder dergleichen beinhalten kann. Ferner kann der Antriebsstrang 12 in diesem Falle ein Getriebe und dergleichen aufweisen.
Die elektrische Maschine 14 wird mittels einer Leistungselektronik 18 angesteuert, die im vorliegenden Fall die elektrische Maschine dreiphasig mit elektrischer Energie versorgt. Es ist generell auch denkbar, dass die elektrische Maschine 14 als Gleichstrommaschine oder aber als Wechselstrommaschine mit einer Phase ausgebildet ist. Die Leistungselektronik 18 ist mit einer Energieversorgung 20 wie z. B. einem Akkumulator 20 des Fahrzeugs 10 verbunden, die dazu dient, die elektrische Maschine 14 mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von der elektrischen Maschine 14 im Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie zu speichern. Die elektrische Maschine 14 und die Leistungselektronik 18 werden mittels eines oder mehrerer Steuergeräte 22 direkt oder indirekt angesteuert. Das Steuergerät bzw. die Steuergeräte 22 sind ferner mit einer Steuereinrichtung 24 verbunden, die weitere Komponenten des Antriebsstrangs 12 steuert. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind mit einem Eingabegerät 26 verbunden, das im vorliegenden Fall als Gaspedal des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet ist. Das Eingabegerät 26 kann auch in einer anderen Form ausgebildet sein. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind ferner verbunden mit Anzeigemitteln 28, um einem Fahrer des Fahrzeugs 10 Signale bzw. Informationen darzustellen.
Das bzw. die Steuergeräte 22 sind direkt oder indirekt mit der elektrischen Maschine 14, der Leistungselektronik 18 und der Energieversorgung 20 verbunden, um mittels nicht dargestellten Messeinrichtungen Messwerte über den aktuellen Zustand wie z. B. Drehzahl, Temperatur, Ladungszustand oder dergleichen aufzunehmen, anhand dieser ggf. weiterführende Berechnungen auszuführen und die Messwerte oder Berechnungsergebnisse über das Anzeigegerät 28 dem Fahrer des Fahrzeugs 10 darzustellen. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind ferner verbunden mit der Eingabeeinrichtung bzw. dem Gaspedal 26, um ein Eingabesignal in Form einer Leistungsanforderung zu empfangen. Entsprechend des Eingabesignals steuern das bzw. die Steuergeräte 22 die elektrische Maschine 14 und die Leistungselektronik 18, um das Drehmoment t und die Drehzahl an der Abtriebswelle einzurichten.
Grundsätzlich wird die elektrische Maschine 14 durch das bzw. die Steuergeräte 22 so angesteuert, dass Komponenten der elektrischen Maschine 14 und/oder der Leistungselektronik 18 nicht überbelastet werden und insbesondere keine Überhitzung von Komponenten der elektrischen Maschine 14 oder der Leistungselektronik 18 zu erwarten ist. Das bzw. die Steuergeräte 22 können die elektrische Maschine 14 temporär über einen sogenannten Nennbetrieb hinaus ansteuern, um temporär bzw. kurzzeitig eine erhöhte Leistung der elektrischen Maschine 14 in Form des Drehmoments t oder der Drehzahl an der Abtriebswelle bereitzustellen oder ein Drehmoment im generatorischen Betrieb in elektrische Energie umzusetzen. Je nach Höhe der Dauerbelastung der elektrischen Maschine 14 oder der Leistungselektronik 18 ist eine erhöhte Leistungsumsetzung kurzzeitig oder längerfristig möglich. Eine maximale dauerhafte Leistung der elektrischen Maschine 14 bildet dabei eine Dauerleistungsgrenze, die kurzzeitig überschritten werden kann. Sofern die elektrische Maschine 14 oder die Leistungselektronik 18 eine Grenze der Belastbarkeit erreicht hat, kann keine zusätzliche Leistung bereitgestellt werden und das bzw. die Steuergeräte 22 regeln ein darüber hinaus durch die Eingabeeinrichtung 26 angefordertes Drehmoment t herunter, um die elektrische Maschine 14 oder die Leistungselektronik 18 nicht dauerhaft zu beschädigen. Sofern die Leistungsgrenze erreicht ist, wird im Rekuperationsbetrieb bzw. im generatorischen Betrieb keine Leistung mehr umgesetzt und das Steuergerät bzw. die Steuergeräte 22 leiten den generatorischen Betrieb nicht oder nur bis zur zulässigen Leistungsgrenze ein. In diesem Fall wird das Fahrzeug 10 auf eine alternative bzw. herkömmliche Weise abgebremst bzw. zusätzlich abgebremst. Um das Verhalten des Fahrzeugs 10 und insbesondere der elektrischen Maschine 14 für den Fahrer vorhersehbar zu machen, bestimmt das bzw. die Steuergeräte 22 eine Leistungsreserve, die zusätzlich zu der aktuell bereitgestellten Antriebsleistung bzw. umgesetzten Leistung zur Verfügung steht, bis die belastungsbedingte Leistungsgrenze der elektrischen Maschine 14 oder der Leistungselektronik 18 erreicht wird. Diese Leistungsreserve wird durch das bzw. die Steuergeräte 22 über die Anzeigemittel 28 dem Fahrer angezeigt. Dadurch ist der Fahrer jederzeit informiert, welche zusätzlich umsetzbare Leistung in Form des Drehmoments t zur Verfügung steht und kann sein Fahrverhalten darauf einstellen.
Sofern der Fahrer ein zusätzliches Drehmoment t anfordert, das über die Belastungsgrenze hinausgeht oder in unmittelbarer Zukunft hinausgehen wird bzw. sofern keine Leistungsreserve zur Verfügung steht, wird der Fahrer über die Anzeigemittel 28 gewarnt, bevor das bzw. die Steuergeräte 22 die angeforderte Leistung herunterregeln oder die von der elektrischen Maschine 14 abgegebene Leistung herunterregeln.
In 2 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs 14 dargestellt. Das Verfahren ist in 2 allgemein mit 30 bezeichnet. Das Verfahren 30 wird bei 32 eingeleitet mit einer Bestimmung einer Leistungsgrenze einer Komponente des elektrischen Antriebs 14 oder der Leistungselektronik 18, die durch das bzw. die Steuergeräte 22 erfolgt. Die Bestimmung der Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs basiert auf Modellen 34 der einzelnen elektrischen Komponenten, anhand derer die Belastbarkeit der Komponenten bei entsprechendem Drehmoment bzw. entsprechender Antriebsleistung durch das bzw. die Steuergeräte 22 berechnet wird. Aus den Modellen 34 wird ein Modell gewählt, dessen zugehörige Komponente die Belastungsgrenze üblicherweise oder unter den vorherrschenden Bedingungen zuerst erreicht. Das bzw. die Steuergeräte 22 bestimmen bei 36 eine Leistungsreserve für den Dauerbetrieb ohne zusätzliche Drehmomentanforderung durch den Fahrer und zwar auf der Grundlage der ermittelten Leistungsgrenze und dem kontinuierlich bereitgestellten Drehmoment t bzw. der entsprechenden Antriebsleistung. Die Leistungsreserve wird dem Fahrer mittels der Anzeigemittel 28 bei 38 angezeigt. Sofern der Fahrer ein zusätzliches Drehmoment t bzw. eine zusätzliche Antriebsleistung anfordert, wie es bei 40 gezeigt ist, wird die Leistungsreserve bei 42 neu bestimmt. Dabei erfolgt die Bestimmung der Leistungsreserve auf der Grundlage der Modelle 34, wobei die verwendeten Modelle 34 ausgewählt werden auf Grundlage der aktuell zur Verfügung stehenden Leistungsreserve. Die Bestimmung der Leistungsreserve erfolgt bei 42 ferner auf der Grundlage der bisherigen Leistungsreserve und dem zusätzlich angeforderten Drehmoment.
Bei 44 wird geprüft, ob die Leistungsreserve größer als null oder gleich null ist. Sofern die Leistungsreserve gleich null ist, wird dem Fahrer über die Anzeigemittel 28 ein entsprechendes Signal gegeben, wie es bei 46 gezeigt ist und das angeforderte Drehmoment bzw. das bereitgestellte Drehmoment heruntergeregelt bzw. nicht bereitgestellt, wie es bei 48 gezeigt ist. Sofern bei 44 festgestellt wird, dass die Leistungsreserve größer als null ist, wird bei 50 ermittelt, ob die Leistungsreserve für einen vorbestimmten Zeitraum unter Berücksichtigung des zusätzlich angeforderten Drehmoments bzw. der zusätzlich angeforderten Antriebsleistung größer als null ist bzw. sein wird. Mit anderen Worten, es wird bei 50 geprüft, ob das zusätzlich angeforderte Drehmoment t für den vordefinierten Zeitraum im Hinblick auf die Leistungsreserve bereitgestellt werden kann. Sofern das zusätzlich angeforderte Drehmoment t für den vordefinierten Zeitraum nicht zur Verfügung gestellt werden kann, wird bei 52 dem Fahrer über die Anzeigemittel 28 ein entsprechendes Signal gegeben. Sofern die Leistungsreserve groß genug ist, dass das zusätzlich angeforderte Drehmoment t bzw. die zusätzlich angeforderte Antriebsleistung für den vordefinierten Zeitraum bereitgestellt werden kann, wird bei 54 mittels der Anzeigemittel 28 dies dem Fahrer angezeigt und die elektrische Maschine 14 mittels des bzw. der Steuergeräte 22 entsprechend gesteuert.
In 3a bis d sind mögliche unterschiedliche Anzeigemodi der Anzeigemittel 28 bzw. des Anzeigegeräts 28 für unterschiedliche Situationen dargestellt.
Das Anzeigegerät 28 weist im Wesentlichen drei Anzeigeabschnitte 56, 58, 60 auf. Durch den Anzeigeabschnitt 56 wird kontinuierlich die Leistungsreserve angezeigt. Der Anzeigeabschnitt 56 ist hier beispielhaft als analoge Zeigeranzeige ausgebildet und zeigt kontinuierlich die Leistungsreserve an. Der Anzeigeabschnitt 58 zeigt an, ob eine über die normale Dauerleistung hinausgehende Leistung vom Fahrer angefordert wird. In einer besonderen Ausführungsform kann diese zusätzliche Leistung nur über definierte Eingabehandlungen des Fahrers angefordert werden. Der Anzeigeabschnitt 58 ist hier beispielhaft als Leuchtelement ausgebildet und kann beispielsweise je nach Situation ein grünes, gelbes oder rotes Farbsignal anzeigen. Das Anzeigegerät 28 weist ferner den Anzeigeabschnitt 60 auf, der z. B. als Leuchtsymbol ausgebildet ist und je nach Situation z. B. in gelber oder roter Farbe dargestellt wird. Der Anzeigeabschnitt 60 stellt dem Fahrer dar, dass keine zusätzliche Leistung verfügbar ist und sofort oder in Kürze das angeforderte Drehmoment zurückgenommen wird und der Fahrer den Fuß vom Gas nehmen soll.
In 3a ist ein Anzeigemodus des Anzeigegeräts 28 dargestellt für den Fall, dass der Fahrer keine über die Dauerleistung hinausgehende Leistung in Form von Drehmoment t anfordert. Der Anzeigeabschnitt 56 zeigt dabei die aktuell verfügbare Leistungsreserve an. Der Anzeigeabschnitt 58 und der Anzeigeabschnitt 60 sind deaktiviert.
In 3b ist eine Anzeige des Anzeigegeräts 28 dargestellt für den Fall, dass der Fahrer eine über die Dauerleistung hinausgehende Leistung in Form des Drehmoments t anfordert und die Leistungsreserve für eine vorgegebene Mindestdauer abgerufen werden kann. Der Anzeigeabschnitt 56 zeigt dabei die verfügbare Leistungsreserve an. Der Anzeigeabschnitt 58 informiert den Fahrer darüber, dass eine über die Dauerleistung hinausgehende Leistung angefordert ist. In diesem Fall leuchtet der Anzeigeabschnitt 58 vorzugsweise grün, da das angeforderte Drehmoment für eine vorgegebene Mindestdauer abgerufen werden kann. Mit abnehmender Leistungsreserve nähert sich ein Zeiger 62 des Anzeigeabschnitts 56 der unteren Grenze entsprechend der Abnahme der Leistungsreserve.
In 3c ist ein Zustand der Anzeige dargestellt für den Fall, dass der Fahrer eine über die Dauerleistung hinausgehende Leistung in Form des Drehmoments t anfordert und die Leistungsreserve für eine vordefinierte Mindestdauer nicht zur Verfügung steht. Der Anzeigeabschnitt 58 zeigt dem Fahrer an, dass eine über die Dauerleistung hinausgehende Leistung angefordert ist. In diesem Fall leuchtet der Anzeigeabschnitt 58 gelb, da noch Leistungsreserve vorhanden ist, jedoch das angeforderte Drehmoment t nicht über eine vordefinierte Mindestdauer bereitgestellt werden kann. Der Zeiger 62 ist in diesem Fall an der unteren Grenze des Anzeigeabschnitts 56 angelangt. Ferner leuchtet der Anzeigeabschnitt 60 auf, vorzugsweise in gelber Farbe, um dem Fahrer anzudeuten, dass in Kürze das Drehmoment nicht mehr zur Verfügung steht und das Drehmoment t heruntergeregelt wird.
In 3d ist ein Zustand des Anzeigegeräts 28 dargestellt für den Fall, dass der Fahrer ein über die Dauerleistung hinausgehende Leistung in Form von Drehmoment t anfordert und die Belastungsgrenze des elektrischen Antriebs 14 bereits erreicht wurde oder in einer definierten Zeitspanne wahrscheinlich erreicht werden wird. In diesem Fall wird die angeforderte Leistung nicht bereitgestellt. Der Anzeigeabschnitt 58 leuchtet vorzugsweise in roter Farbe und der Anzeigeabschnitt 60 zeigt vorzugsweise in roter Farbe die Handlungsanweisung, dass der Fahrer das Gas loslassen soll. Wurde die Belastungsgrenze des elektrischen Antriebs 14 bereits erreicht, wird die Leistung des Fahrzeugs aktiv heruntergeregelt. Auf diese Weise kann das Anzeigegerät 28 den Fahrer umfassend über die Leistungsreserve informieren und ob ein angefordertes Drehmoment bzw. eine angeforderte zusätzliche Leistung für einen vordefinierten Zeitraum zur Verfügung steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002/155777 A [0007]

Claims

Verfahren (30) zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs (14), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit den Schritten: – Bestimmen einer Leistungsgrenze (32) des elektrischen Antriebs (14), die eine Grenze der umsetzbaren Leistung des elektrischen Antriebs (14) bildet; – Erfassen eines angeforderten, bereitgestellten oder beaufschlagten Drehmoments (40) des elektrischen Antriebs (14); – Bestimmen einer Leistungsreserve (36, 42), die eine über das angeforderte, bereitgestellte oder beaufschlagte Drehmoment hinaus umsetzbare Leistung innerhalb der bestimmten Leistungsgrenze des elektrischen Antriebs (14) bildet; und – Anzeigen (38, 46, 52, 54) der Leistungsreserve mittels Anzeigemitteln (28).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Leistungsgrenze (32) auf der Grundlage einer Belastungsgrenze, insbesondere einer thermischen Belastungsgrenze wenigstens einer Komponente des elektrischen Antriebs (14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Belastungsgrenze bestimmt wird auf der Grundlage eines Modells (34) der elektrischen Komponente.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Modell (34) zum Bestimmen der Belastungsgrenze auf der Grundlage der aktuellen Leistungsreserve aus einer Mehrzahl von Modellen (34) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leistungsgrenze bestimmt wird auf der Grundlage einer Komponente, die ihre Belastungsgrenze zeitlich am frühesten erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestimmung der Leistungsreserve (36, 42) regelmäßig in diskreten Schritten erfolgt und wobei ein Abstand der Schritte mit abnehmender Leistungsreserve reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestimmung der Leistungsreserve (36, 42) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei angezeigt wird, ob die Leistungsreserve zur Bereitstellung des angeforderten Drehmomentes ausreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dauer, für die das angeforderte Drehmoment in Bezug auf die Leistungsreserve bereitgestellt werden kann, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das angeforderte Drehmoment bei Erreichen der Belastungsgrenze heruntergeregelt wird (48).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein über eine Dauerleistungsgrenze hinausgehendes Drehmoment nur mittels einer vordefinierten Eingabe durch den Fahrer möglich ist und wobei der Fahrer eine Rückmeldung erhält, insbesondere über die Anzeigemittel, dass das angeforderte Drehmoment über die Dauerleistungsgrenze hinausgeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein angefordertes Drehmoment t nicht bereitgestellt wird, sofern die Leistungsgrenze wenigstens einer elektrischen Komponente erreicht ist oder nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne erreicht werden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Leistungsgrenze und insbesondere die Dauerleistungsgrenze bestimmt wird auf der Grundlage von Streckeninformationen über eine geplante Fahrtstrecke und wobei die Leistungsreserve auf der Grundlage eines Drehmoments t bestimmt wird, das für die geplante Fahrtstrecke benötigt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Leistungsreserve eines elektrischen Antriebs (14), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit wenigstens einem Steuergerät (22), das mit Anzeigemitteln (28) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) mit einem elektrischen Antrieb (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung und einer Vorrichtung nach Anspruch 14.