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Die Erfindung bezieht sich auf Wärmemanagement-System für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches bei einer Vielzahl von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebsarchitekturen zum Einsatz kommen kann.
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Derzeit wird bei Kraftfahrzeugen im Sinne eines geeigneten Wärmemanagements ein Wärmemanagement-Koordinator zur Ansteuerung aller Regelglieder des Kühlsystems, insbesondere eines Kennfeldthermostats, verschiedener elektrischer Kühlmittelpumpen und Absperrventile, eines oder mehrerer elektrischen Lüfter und einer Kühlerjalousie des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Der sog. Wärmemanagement-Koordinator ist in der Regel als modularer Softwarebaukasten zur intelligenten, effizienten und bedarfsgerechten Regelung des Wärmemanagements und der Kühlungskomponenten derart ausgebildet, dass er mittels eines einzigen zentralen Zustandsautomaten eine Wärmemanagementregelung für ein Kraftfahrzeug mit einer bestimmten Antriebsart ermöglicht.
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Aufgrund der immer größer werdenden Vielfalt von Antriebsarten (Ottomotoren-Antrieb, Diesel-Antrieb, Elektro-Antrieb, Hybrid-Antrieb) muss das Wärmemanagement-System, insbesondere der zentrale Zustandsautomat des Wärmemanagement-Koordinators und das Anforderungsmanagement jeweils an das neue Antriebskonzept angepasst werden, wobei historisch bedingt, dieses stets auf dem für Verbrennungsmotoren ausgelegten Grundkonzept basiert. Dadurch ergeben sich lange und kostenintensiver Entwicklungsarbeiten und zum Teil sehr komplexe Software-Strukturen, welche ein erhöhtes Fehlerpotential aufweisen können.
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Die
US 6 464 027 B1 zeigt ein Verfahren des Wärmemanagements für ein Wärmemanagementsystem in einem Fahrzeug, das Schritte der Auswahl einer Wärmemanagementfunktion umfasst. Das Verfahren umfasst auch Schritte zur Einstellung einer Temperatur innerhalb des Wärmemanagementsystems unter Verwendung einer Wärmemanagementfunktion und der eingestellten Temperatur innerhalb des Wärmemanagementsystems, um eine Temperatur innerhalb eines Insassenraums des Fahrzeugs zu steuern.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Wärmemanagement-System bereitzustellen, welches über eine breite Produktpalette für eine Vielzahl von verschiedenen Antriebsarchitekturen und Antriebsarten zum Einsatz kommen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wärmemanagement-System nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Gegenständen der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße System, sowie dessen vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in zumindest einer dafür vorgesehenen Steuervorrichtung, insbesondere in einer Motorsteuervorrichtung umgesetzt werden.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, eine völlig neue Struktur eines Wärmemanagement-Koordinators bereitzustellen, wobei dieser derart aufgebaut und ausgestaltet sein soll, dass er unabhängig vom Antriebskonzept des Fahrzeugs, indem das erfindungsgemäße Wärmemanagement-System zum Einsatz kommen soll, durch Zuschalten oder Abschalten einzelner Funktionsblöcke ein auf die Antriebsart des Kraftfahrzeugs optimal angepasstes Wärmemanagement ermöglicht.
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Die erfindungsgemäßen Überlegungen gehen von einem grundsätzlich bekannten Aufbau eines Wärmemanagement-Systems aus, welches eine erste Kommunikationsschnittstelle zur Erfassung vorgegebener, für das Wärmemanagement notwendiger Eingangsdaten, einen Wärmemanagement-Koordinator zur Ermittlung von Ansteuersignale für Kühlungskomponenten, und eine zweiten Kommunikationsschnittstelle zur Ansteuerung der Kühlungskomponenten in Abhängigkeit der ermittelten Ansteuersignale umfasst.
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Erfindungsgemäß ist der Wärmemanagement-Koordinator nun derart aufgebaut und ausgestaltet, dass dieser zumindest zwei parallel ausführbare Funktionseinheiten aufweist, welche bei Aktivierung jeweils unabhängig von den übrigen Funktionseinheiten auf Basis einer eigenen, individuellen Wärmemanagementstrategie Anforderungen zur Steuerung oder Regelung zumindest einer Kühlungskomponente ermitteln.
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Vorteilhafterweise ist der Wärmemanagement-Koordinator derart ausgestaltet, dass dieser für verschiedene Antriebsarten oder idealerweise für jede mögliche Antriebsart eines Kraftfahrzeugs, welche ein Fahrzeughersteller in seiner Produktpalette hat, eine oder eine Kombination mehrere Funktionseinheiten mit Antriebsart-abhängigen Wärmemanagementstrategien aufweist, so dass eine entsprechend seiner „zugeordneten“ Antriebsart spezifische Wärmemanagement-Regelung für diese Antriebsart bzw. Teilantriebsart ermöglicht wird. Die Basis jeder Funktionseinheit bildet ein eigener, entscheidungsbasierter Zustandsautomat mit einer entsprechenden, individuellen Sollwert-Vorgaben-Ermittlung für die Temperatur - oder die Kombination aus Volumenstrom und Temperatur - der Kühlungsfluide (Motoröl, Kühlmittel). In Abhängigkeit der Sollwert-Vorgaben werden Anforderungen für die entsprechenden Kühlungskomponenten generiert. Jede Kühlungskomponente ist dabei zustandsgeregelt.
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Die verschiedenen Funktionseinheiten bzw. Wärmemanagementstrategien sollen dabei gleichzeitig und gleichberechtigt ausführbar sein, so dass Fahrzeuge, welche bspw. eine multiple Antriebsart haben (Hybridfahrzeuge) beide Wärmemanagementstrategien parallel ausführen können. Mit anderen Worten kann für jede mögliche Antriebsart oder Teilantriebsart eine separate Wärmemanagementstrategie zur separaten Ermittlung entsprechender Sollwert-Vorgaben für die Kühlungsfluide und/oder Anforderungen an die Kühlungskomponenten vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise sollen auch die für das Wärmemanagement notwendigen Kühlungskomponenten für jede Antriebsart bzw. Teilantriebsart auswählbar sein, wobei für jede Antriebsart bzw. Teilantriebsart wiederum gesonderte Anforderungen an die Kühlungskomponenten ermittelt werden können.
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Um trotz der innerhalb der Funktionseinheiten ermittelten (und ggf. unterschiedlichen) Anforderungen zur Ansteuerung einer oder mehrerer Kühlungskomponente eine sinnvolle Ansteuerung dieser Kühlungskomponenten ermöglichen zu können, ist weiter vorgesehen, dass der Wärmemanagement-Koordinator eine Ansteuerungseinheit aufweist, welche in Abhängigkeit der in den aktivierten Funktionsblöcken unabhängig ermittelten Anforderungen zur Steuerung oder Regelung einer Kühlkomponente ein einziges Ansteuersignal für diese Kühlungskomponente ermittelt. Diese vorab ermittelten Anforderungen können je nach Antriebstechnologie des maßgeblichen Kraftfahrzeugs bspw. durch eine Minimum-Auswahl, Maximum-Auswahl, Manipulation, Bereichsausblendung oder Gewichtungsfunktion gemanaged werden, so dass ein sinnvolles gemeinsames einziges Ansteuersignal für jeweils eine anzusteuernde Kühlungskomponente generiert werden kann. Diese erfindungsgemäße Trennung zwischen antriebsabhängiger Anforderungsermittlung an eine Kühlungskomponente und Ansteuerungssignalermittlung mittels einer spezifischen Anforderungsermittlungsfunktion für verschiedene Antriebsarten bzw. Teilantriebsarten ermöglicht ein Wärmemanagement-System, welches für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugvarianten um Einsatz kommen kann.
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Vorteilhafterweise ist das Wärmemanagement-System derart weitergebildet, dass der Wärmemanagement-Koordinator für Wärmemanagement-Funktionen bzw. Aufgaben, die unabhängig von der Antriebsart eines Kraftfahrzeugs für alle mit dem Wärmemanagement-System ausgestatteten Fahrzeuge identisch sind, eine eigene Gesamt-Fahrzeug-Funktionseinheit aufweist. Diese Gesamt-Fahrzeug-Funktionseinheit soll unabhängig von der Antriebstechnologie des Fahrzeugs, in dem das Wärmemanagement-System zum Einsatz kommt, immer aktiv sein.
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Weiter sind die einzelnen Funktionseinheiten mit ihren jeweiligen Wärmemanagementstrategien vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass jede Funktionseinheit eine Funktionseinheit-spezifische, entscheidungsbasierte Zustandserkennung aufweist, mittels derer eine aktuelle Betriebsart für die Wärmemanagement-Strategie dieser Funktionseinheit erkennbar oder definierbar ist, und abhängig von der Betriebsart die Anforderungen dieser Funktionseinheit zur Steuerung oder Regelung zumindest einer Kühlungskomponente ermittelt werden. Innerhalb einer Funktionseinheit kann dabei bei Bedarf bei unterschiedlich auswählbaren Betriebsarten ein Priorisieren der aktiven Betriebsarten vorgenommen werden. In unterschiedlichen Funktionseinheiten können verschiedene Betriebsarten parallel aktiv sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Dabei zeigt
- 1 einen stark vereinfachten Aufbau eines Wärmemanagement-Systems, und
- 2 ein mit verschiedenen Funktionseinheiten ausgestalteten Wärmemanagement-Koordinator des Wärmemanagement-Systems.
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Im Detail zeigt die 1 den Aufbau eines Wärmemanagement-Systems mit einer ersten Kommunikationsschnittstelle K1 zur Erfassung vorgegebener, für das Wärmemanagement notwendiger Eingangsdaten, einem Wärmemanagement-Koordinator WMK zur Ermittlung von Ansteuersignale für Kühlungskomponenten, und einer zweiten Kommunikationsschnittstelle K2 zur Ansteuerung von Kühlungskomponenten und Sendung von Anforderungssignalen an andere Regelsystem außerhalb des Wärmemanagement-Systems. Der Wärmemanagement-Koordinator WMK ist wiederum in vier verschiedene Ebenen unterteilt:
- - Erste Kommunikationsebene „Eingang“:
- Diese Kommunikationsebene Eingang dient der Eingangssignal-Aufbereitung und Berechnung abgeleiteter Regelgrößen für die Wärmemanagementregelung.
- - Zustandsebene:
- Diese Zustandsebene beinhaltet pro Funktionseinheit einen entscheidungsbasierten Zustandsautomaten zur Ermittlung einer oder mehrerer aktueller Betriebsarten, eine Priorisierungseinheit zum Priorisieren einer entsprechenden Betriebsart, und eine Soll-Vorgaben-Ermittlung für die Temperatur der Kühlungsfluide (Motoröl, Kühlmittel) in Abhängigkeit der (priorisierten) aktuellen Betriebsart(en) pro Funktionseinheit.
- - Komponentenebene:
- Diese Komponentenebene ist wiederum in eine Anforderungsebene und eine nachgeordnete Ansteuerungsebene aufgeteilt, wobei im Rahmen der Anforderungsebene in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Zustandsebene (pro Funktionseinheit) Anforderungssignale für verschiedene Kühlungskomponenten oder andere Regelsysteme ermittelt werden. Anhand der ermittelten Anforderungssignale für eine Kühlungskomponente wird in der nachgelagerten Ansteuerungsebene bzw. Ansteuerungseinheit pro Kühlungskomponente ein einziges Ansteuersignal zur Steuerung oder Regelung dieser Kühlungskomponente ermittelt.
- - Zweite Kommunikationsebene „Ausgang“:
- Diese Kommunikationsebene Ausgang dient zur Signalbereitstellung für die Ansteuerung aller Kühlungskomponente oder Anforderungssignale für andere Regelsysteme über die zweite Kommunikationsschnittstelle K2.
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Bei den Kühlungskomponenten kann es sich bspw. um folgende Komponenten im Fahrzeug handeln: Elektrische Lüfter, Motorraumentwärmungslüfter, elektrische Wasserpumpen, schaltbare Wasserpumpen, Kennfeldthermostat, Kühlluftklappen, Absperrventile, Drehschieberregler, Schutzfunktionen zum Management der Wärmequellen, optische Meldungen Instrumenten-Kombi, Anfettung, etc.
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In der 2 ist ein Wärmemanagement-Koordinator mit seinen verschiedenen Ebenen dargestellt, welcher aufgrund seiner Ausgestaltung für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugvarianten mit unterschiedlichen Antriebsarten und Antriebsarchitekturen zum Einsatz kommen kann. Der Wärmemanagement-Koordinator weist vier Funktionseinheiten BEA, GFZ, VMA und BZE auf. Die Funktionseinheit BEA beinhaltet eine Wärmemanagementstrategie für Fahrzeuge mit einem Batterie-Elektrischen-Antrieb, die Funktionseinheit VMA eine Wärmemanagementstrategie für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor-Antrieb, und die Funktionseinheit BZE eine Wärmemanagementstrategie für Fahrzeuge mit Brennstoffzellen als Energieerzeuger. Je nach Ausgaltung der Antriebstechnologie, in dem das Wärmemanagement-System zum Einsatz kommt, können eine oder mehrere (z. B. bei Hybridfahrzeuge) dieser Funktionseinheiten aktiviert werden. Die Funktionseinheit GFZ beinhaltet eine Wärmemanagementstrategie für alle (Grund-)Funktionen eines Fahrzeugwärmemanagement-Systems unabhängig von der Antriebstechnologie und ist in jeder Fahrzeugvariante aktiviert. Alle hier angegebenen Funktionseinheiten können parallel und gleichberechtigt agieren.
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Eine mögliche konkrete Ausgestaltung einer Funktionseinheit wird nun anhand der Funktionseinheit BEA, die speziell für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb vorgesehen ist, detailliert erläutert. Die hier in der Funktionseinheit BEA im Bereich der ersten Kommunikationsebene Eingang dargestellte Unterkategorie WMEINBEA steht für eine Auswertung und ggf. Aufbereitung aller Eingangssignale, die für die Sollvorgaben-Ermittlung und Ermittlung der Ansteuersignale der Kühlungskomponenten in dieser Funktionseinheit BEA erforderlich sind. In Abhängigkeit dieser aufbereiteten Eingangssignale WMEINBEA erfolgt im Bereich der oben definierten Zustandsebene Priorisierung mittels eines entsprechend ausgestalteten entscheidungsbasierten Zustandsautomaten unter Berücksichtigung einer priorisierten BEA-Betriebsart WMPRIOBEA eine Soll-Vorgaben-Ermittlung WMSOLLBEA für die Temperatur der Kühlungsfluide (Motoröl, Kühlmittel).
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Anschließend werden in der Anforderungsebene in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Zustandsebene PriorisierungWMSOLLBEA (Soll-Temperaturen der Kühlfluide) und externer Anforderungen aus WMEINBEA Anforderungssignale WMKOMP1BEA, WMKOMP2BEA und WMKOMPyBEA für die verschiedenen Kühlungskomponenten KOMP1, KOMP2 und KOMPy ermittelt. Eine Kühlungskomponente kann in diesen Zusammenhang auch ein anderes Regelsystem außerhalb des Wärmemanagementsystems sein.
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Die übrigen Funktionseinheiten GFZ, VMA und BZE sind grundsätzlich in gleicher Weise wie die Funktionseinheit BEA aufgebaut, wobei die konkreten Ausgestaltungen funktionsspezifisch auf die notwendigen Erfordernisse für die entsprechende Funktionseinheit abgestimmt sind. Alle Funktionseinheiten BEA, GFZ, VMA und BZE sind derart aufgebaut und zueinander angeordnet bzw. verschaltet, dass alle Funktionseinheiten - unter der Voraussetzung, dass sie aktiv geschaltet sind - parallel, also gleichzeitig und auch gleichberechtigt (zumindest bis zum Ende der Anforderungsebene) die entsprechenden Ebenen des Wärmemanagement-Koordinators durchlaufen.
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Anschließend wird in einer der Anforderungsebene nachgeordneten Ansteuerungsebene bzw. Ansteuerungseinheit in Abhängigkeit der in den aktivierten Funktionsblöcken unabhängig ermittelten Anforderungen (z. B. bei Hybridfahrzeugen mit Batterie-Elektro-Antrieb und Verbrennungsmotor-Antrieb WMKOMP1BEA, WMKOMP2BEA, WMKOMPyBEA, WMKOMP1GFZ, WMKOMP1VMA, WMKOMP2VMA und WMKOMPxVMA) jeweils ein einziges Ansteuersignal WMKOMPy, WMKOMP1, WMKOMP2 und WMKOMPx zur Steuerung oder Regelung der entsprechenden Kühlungskomponente für die jeweilige Kühlungskomponente KOMP1, KOMP2, KOMPy und KOMPx ermittelt.
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Nach Ermittlung der entsprechenden Ansteuersignale WMKOMPy, WMKOMP1, WMKOMP2 und WMKOMPx werden diese über die zweite Kommunikationsebene Ausgang und die zweite Kommunikationsschnittstelle K2 zur Ansteuerung der entsprechenden Kühlungskomponente KOMP1, KOMP2, KOMPy und KOMPx ausgegeben.
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Durch das hier dargestellte erfindungsgemäße Wärmemanagement-System in „modularer Baukasten-Form“ ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen. Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der Ausgestaltung eines derartigen Wärmemanagement-Systems dieses in einer Vielzahl von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebsarten und Antriebsarchitekturen eingesetzt werden kann. Dabei ist lediglich eine Aktivierung oder Deaktivierung einzelner Funktionseinheiten und Funktionsblöcke in Abhängigkeit von der im Fahrzeug vorherrschenden Antriebsart und Antriebsarchitektur und der Kühlungsauslegung notwendig. Ebenso können Innovationen bzgl. des Wärmemanagement-Systems und der Wärmemanagement-Strategie schnell und einfach implementiert werden. Damit verbunden kann auch die thermische Betriebssicherheit und ein optimaler Temperaturhaushalt des Antriebs (durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung der einzelnen Kühlungskomponenten) sichergestellt werden.
