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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz von Fahrzeugen, insbesondere von Fahrzeugmotoren und Fahrzeuggetrieben vor Überhitzung.
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Fahrzeuge (beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen) verfügen über Kühlsysteme, um die von einem Motor (insbesondere von einem Verbrennungsmotor) und/oder einem Getriebe des Fahrzeugs erzeugte Wärme abzuführen. Diese Kühlsysteme sind typischerweise für bestimmte kritische Betriebspunkte des Fahrzeugs ausgelegt, so dass in den vordefinierten Betriebspunkten eine ausreichende Kühlung des Motors und/oder des Getriebes des Fahrzeugs gewährleistet ist. Die Wahl der Betriebspunkte und die damit verbundene Ausgestaltung eines Kühlsystems ist dabei typischerweise ein Kompromiss zwischen Kühlungskapazität auf der einen Seite und Kosten, Gewicht und Größe des Kühlsystems auf der anderen Seite. Insbesondere ist es meist nicht möglich (insbesondere aufgrund von Begrenzungen des verfügbaren Bauraums), ein Kühlsystem für extreme Betriebspunkte des Fahrzeugs auszulegen.
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Das vorliegende Dokument adressiert die oben genannten technischen Probleme. Insbesondere beschreibt das vorliegende Dokument eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz des Motors eines Fahrzeugs vor Überhitzung.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug (z. B. für einen Personenkraftwagen oder für einen Lastkraftwagen) beschrieben. Das Fahrzeug kann eine Anhängerkupplung zur Kopplung mit einem Anhänger umfassen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, zu ermitteln, ob das Fahrzeug einen Anhänger zieht. Beispielsweise kann die Anhängerkupplung eine Stromleitung zum elektrischen Anschluss eines Anhängers umfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, anhand eines Stromflusses auf der Stromleitung zu erkennen, ob das Fahrzeug einen Anhänger zieht.
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Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, eine Drehzahl eines Motors (z. B. eines Verbrennungsmotors) des Fahrzeugs zu begrenzen, wenn ermittelt wird, dass das Fahrzeug einen Anhänger zieht. Insbesondere kann die Drehzahl auf eine verminderte Drehzahl begrenzt werden, die niedriger ist als eine ansonsten maximal mögliche Drehzahl des Motors.
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Durch die Reduzierung bzw. Begrenzung der Motordrehzahl kann sichergestellt werden, dass auch im Anhängerbetrieb die vom Motor und/oder Getriebe erzeugte Wärme von einem Kühlsystem des Fahrzeugs abgeführt werden kann. Mit anderen Worten, es kann eine Überhitzung des Motors und/oder des Getriebes des Fahrzeugs vermieden werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Drehzahl des Motors auf eine vordefinierte maximale Drehzahl zu begrenzen. Die vordefinierte maximale Drehzahl kann dabei von einer Kühlleistung eines Motor-Kühlsystems des Fahrzeugs abhängen. Insbesondere kann die vordefinierte maximale Drehzahl derart gesetzt werden, dass bei Betrieb des Motors mit der vordefinierten maximalen Drehzahl das Kühlsystem auch im Anhängerbetrieb ausreicht, um den Motor ausreichend zu kühlen.
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Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Fahrwiderstand des Fahrzeugs zu ermitteln. Der Fahrwiderstand des Fahrzeugs kann mit einem Referenz-Fahrwiderstand des Fahrzeugs verglichen werden. Der Referenz-Fahrwiderstand kann beispielweise auf einer ebenen Fahrbahn und/oder ohne Gegenwind ermittelt werden. Durch Vergleich zwischen tatsächlichem Fahrwiderstand und Referenz-Fahrwiderstand kann ermittelt werden, ob das Fahrzeug – über den Anhängerbetrieb hinausgehend – weiteren Belastungen ausgesetzt ist. Die vordefinierte maximale Drehzahl kann von dem ermittelten Fahrwiderstand abhängen. Insbesondere kann die vordefinierte maximale Drehzahl reduziert werden, wenn ein erhöhter Fahrwiderstand vorliegt, und umgekehrt.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine, bei einem aktuellen Fahrzustand, von dem Motor aufzubringende tatsächliche Zugkraft zu ermitteln. Der aktuelle Fahrzustand kann insbesondere eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine, bei dem aktuellen Fahrzustand, von dem Motor aufzubringende Referenz-Zugkraft zu ermitteln. Die Referenz-Zugkraft kann dabei eine von dem Motor aufzubringende Zugkraft auf ebener Strecke und/oder auf einer Strecke ohne Gegenwind anzeigen. Die Referenz-Zugkraft kann beispielsweise experimentell auf einer Teststrecke ermittelt werden, und auf einer Speichereinheit im Fahrzeug hinterlegt werden. Die Steuereinheit kann dann die Referenz-Zugkraft von der Speichereinheit abrufen. Die Referenz-Zugkraft kann insbesondere für den Anhängerbetrieb ermittelt werden, so dass eine Abweichung von der Referenz-Zugkraft eine – über den Anhängerbetrieb hinausgehende – Belastung des Fahrzeugs anzeigen kann. Mit anderen Worten, die Referenz-Zugkraft kann für den Fall ermittelt werden, dass das Fahrzeug einen Anhänger zieht. Eine tatsächliche Zugkraft, die über die Referenz-Zugkraft hinausgeht, zeigt dann eine – über den Anhängerbetrieb hinausgehende – Belastung des Fahrzeugs an.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die vordefinierte maximale Drehzahl in Abhängigkeit von der tatsächlichen Zugkraft und der Referenz-Zugkraft zu ermitteln. Insbesondere kann die tatsächliche Zugkraft mit der Referenz-Zugkraft verglichen werden. Steigt die tatsächliche Zugkraft im Vergleich zu der Referenz-Zugkraft an, so kann die vordefinierte maximale Drehzahl reduziert werden, und umgekehrt. Somit kann die Begrenzung der Motordrehzahl kontinuierlich an die tatsächliche Last des Fahrzeugs angepasst werden.
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Mit anderen Worten, die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die vordefinierte maximale Drehzahl zu reduzieren, wenn eine Differenz zwischen der tatsächlichen Zugkraft und der Referenz-Zugkraft steigt. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die vordefinierte maximale Drehzahl zu erhöhen, wenn eine Differenz zwischen der tatsächlichen Zugkraft und der Referenz-Zugkraft sinkt. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit ggf. auf einen vordefinierten Zusammenhang (z. B. eine Tabelle oder eine Kennfeld-Kurve) zwischen vordefinierter maximaler Drehzahl und der Zugkraft-Differenz zwischen tatsächlicher Zugkraft und Referenz-Zugkraft zugreifen. Bei dem Zusammenhang kann es sich um einen stetigen Zusammenhang handeln, so dass die vordefinierte maximale Drehzahl kontinuierlich an die Zugkraft-Differenz (und damit an die Last des Motors des Fahrzeugs) angepasst werden kann. So kann sichergestellt werden, dass einerseits eine Überhitzung des Motors vermieden wird und andererseits bei jeder Last, d. h. in jedem Betriebspunkt, eine maximal mögliche Motordrehzahl verwendet werden kann.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, automatisch ein Übersetzungsverhältnis zwischen Motordrehzahl und Antriebsdrehzahl eines Getriebes (insbesondere eines Automatikgetriebes) des Fahrzeugs zu verändern, so dass bei gleicher Motordrehzahl die Antriebsdrehzahl erhöht wird, wenn die Motordrehzahl eine vordefinierte Schalt-Motordrehzahl erreicht oder überschreitet. Bei der vordefinierten Schalt-Motordrehzahl kann es sich insbesondere um die vordefinierte maximale Drehzahl handeln. So kann durch „Hochschalten” eines Gangs des Getriebes sichergestellt werden, dass die vordefinierte maximale Drehzahl des Motors (auch bei Beschleunigung des Fahrzeugs) nicht überschritten wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug mit einer in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs beschrieben. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs umfasst insbesondere einen Motor. Desweiteren kann der Antriebsstrang ein Getriebe (insbesondere ein Automatikgetriebe) umfassen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln, oh das Fahrzeug einen Anhänger zieht. Desweiteren umfasst das Verfahren das Begrenzen einer Drehzahl des Motors des Fahrzeugs, wenn ermittelt wird, dass das Fahrzeug einen Anhänger zieht. Zur Begrenzung der Drehzahl des Motors können auch (automatische) Veränderungen eines Übersetzungsverhältnisses des Getriebes vorgenommen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
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1 ein Blockdiagram eines beispielhaften Fahrzeugs, welches eine Vorrichtung zum Überhitzungsschutz umfasst; und
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2 eine beispielhafte Zugkraftkurve.
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Wie eingangs dargelegt, weisen Fahrzeuge typischerweise ein Kühlsystem auf, das für bestimmte Betriebspunkte bzw. für bestimmte Betriebsbereiche des Fahrzeugs ausgelegt ist. Die Dimensionierung des Kühlsystems stellt dabei einen Kompromiss zwischen Größe, Kosten und Gewicht des Kühlsystems einerseits und erbrachter Kühlleistung andererseits dar. Wird ein Fahrzeug über längere Zeit in Betriebspunkten betrieben, die jenseits des vordefinierten Betriebsbereichs liegen, für die das Kühlsystem des Fahrzeug ausgelegt wurde, so kann es zu einer Überhitzung und ggf. zu einer Beschädigung des Motors des Fahrzeugs kommen.
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In diesem Dokument werden eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren beschrieben, die es ermöglichen, frühzeitig Indizien dafür zu ermitteln, dass ein Fahrzeug in Betriebspunkte betrieben werden könnte, die zu einer Überhitzung des Motors führen können. Nach Erkennung von einem Indiz, das auf einen kritischen Betriebspunkt hinweist, können geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, um eine tatsächliche Überhitzungssituation des Motors zu vermeiden.
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1 zeigt ein Blockdiagram eines beispielhaften Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Motor 102 (z. B. einen Verbrennungsmotor) und ggf. ein Getriebe 103. Desweiteren umfasst das Fahrzeug 100 eine Steuereinheit 101, die eingerichtet ist, den Motor 102 und/oder das Getriebe 103 anzusteuern. Beispielsweise kann es sich bei dem Getriebe 103 um ein Automatikgetriebe handeln. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von ein oder mehreren Zustandsparametern des Fahrzeugs 100 (z. B. in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100) einen Gang des Getriebes 103 zu ermitteln und das Getriebe 103 derart anzusteuern, dass der ermittelte Gang eingestellt wird.
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Das Fahrzeug 100 umfasst weiter eine Anhängerkupplung 104. Das Fahrzeug 100 kann anhand der Anhängerkupplung 104 mit einem Anhänger (z. B. mit einem Wohnwagen) verbunden werden. Bei Betrieb des Fahrzeugs 100 mit einem Anhänger kann sich eine hohe Belastung des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 100 ergeben. Insbesondere kann es zu einer relativ hohen Belastung des Motors 102, des Getriebes 103 und/oder eines Getriebes einer Antriebsachse des Fahrzeugs 100 kommen. Die relativ hohe Belastung führt typischerweise zu einer erhöhten Wärmeentwicklung im Antriebsstrang und damit zu erhöhten Anforderungen an das Kühlsystem des Fahrzeugs 100.
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Aufgrund einer Begrenzung bzgl. der Größe und/oder des Gewichts des Kühlsystems, welches in dem Fahrzeug 100 verwendet wird, kann es vorkommen, dass das Kühlsystem nicht für die außergewöhnlichen Belastungen, die sich durch den Betrieb des Fahrzeugs 100 mit einem Anhänger ergeben können, ausgelegt ist. Mit anderen Worten, aufgrund bestimmter technischer Zwänge, kann es vorkommen, dass die Verwendung von Kühlsystemen, die für extreme Belastungen bei Betrieb des Fahrzeugs mit einem Anhänger ausgelegt sind, nicht möglich ist. In solchen Fällen könnte es somit bei Vorliegen solcher extremer Belastungen zu einer Überhitzung des Motors kommen.
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Aus diesem Grund kann die Steuereinheit 101 (z. B. das Getriebesteuergerät) eingerichtet sein, zu ermitteln, ob das Fahrzeug 100 mit einem Anhänger betrieben wird. Insbesondere kann die Anhängerkupplung 104 einen Sensor umfassen, der eingerichtet ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, wenn die Anhängerkupplung 104 mit einem Anhänger verbunden ist. Der Sensor kann z. B. eine Stromleitung umfassen, über die der Anhänger mit einem Stromversorgungsnetzwerk des Fahrzeugs 100 verbunden ist. Beispielsweise können über die Stromleitung Rückleuchten des Anhängers mit Strom versorgt werden. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, das Sensorsignal von dem Sensor der Anhängerkupplung 104 zu empfangen und auszuwerten (z. B. zu erkennen, ob der Anhänger an die Stromleitung angeschlossen ist).
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Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Drehzahl des Motors 102 auf eine bestimmte vordefinierte maximale Drehzahl zu begrenzen, wenn ermittelt wurde, dass das Fahrzeug 100 mit einem Anhänger betrieben wird. Durch die Begrenzung der Motordrehzahl kann das Ausmaß der Wärmeentwicklung im Motor 102 begrenzt werden. Die vordefinierte maximale Drehzahl kann derart ausgelegt sein, dass bei Betrieb des Motors 102 mit der vordefinierten maximalen Drehzahl, auch bei Anhängerbetrieb die Dimensionierung des Kühlsystems ausreicht, um den Motor 102 ausreichend zu kühlen. Mit anderen Worten, die vordefinierte maximale Drehzahl kann derart ausgelegt sein, dass bei Betrieb des Motors 102 mit der vordefinierten maximalen Drehzahl, auch bei Anhängerbetrieb eine Überhitzung des Motors 102 vermieden werden kann. Bei der vordefinierten maximalen Drehzahl kann es sich beispielsweise um eine Drehzahl von ca. 6000 U/min handeln.
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Durch die Begrenzung der Motordrehzahl auf die vordefinierte maximale Drehzahl, für den Fall, dass sich das Fahrzeug im Anhängerbetrieb befindet, kann erreicht werden, das Betriebspunkte mit gleichzeitiger hoher Motordrehzahl und hoher Last (aufgrund des Anhängers) ausgeschlossen werden, und damit eine Überhitzung des Motors ausgeschossen wird.
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Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, das Getriebe 103 ab Erreichen einer vordefinierten Schalt-Motordrehzahl hochzuschalten, wenn ermittelt wurde, dass das Fahrzeug 100 im Anhängerbetrieb ist. Die vordefinierte Schalt-Motordrehzahl kann mit der vordefinierten maximalen Drehzahl übereinstimmen. Durch eine „Zwangshochschaltung” des Getriebes 103 kann erreicht werden, dass die vordefinierte maximale Drehzahl auch bei Beschleunigungsvorgängen nicht überschritten wird.
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Die Steuereinheit 101 kann weiter eingerichtet sein, einen Fahrwiderstand des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, zu ermitteln, ob zusätzlich zu der Tatsache, dass sich das Fahrzeug 100 im Anhängerbetrieb befindet noch weitere äußere Bedingungen vorliegen (wie z. B. Gegenwind und/oder eine Steigung), durch die die Last des Motors 102 weiter gesteigert wird.
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2 zeigt beispielhafte Kurven 203, 204 der von dem Motor 102 aufzubringenden Zugkraft 202 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit 201. Bei der Kurve 203 handelt es sich um eine Referenzkurve, die z. B. angibt, welche Zugkraft 202 der Motor 102 auf ebener Fahrbahn und ohne Gegenwind aufbringen muss. Die Referenzkurve 203 kann den Fall des Fahrzeugs 100 ohne Anhänger oder mit Anhänger wiedergeben. Mit anderen Worten, die Referenzkurve 203 kann die aufzubringende Zugkraft 202 für den Fall wiedergeben, dass das Fahrzeug 100 einen Anhänger zieht, oder für den Fall wiedergeben, dass das Fahrzeug 100 keinen Anhänger zieht (und somit ohne weitere äußere Belastung fahrt). Die Kurve 204 zeigt die tatsächlich von dem Motor 102 aufzubringende Zugkraft.
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Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, die tatsächlich von dem Motor 102 aufzubringende Zugkraft 202 zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann ein Motorsteuergerät der Steuereinheit 101 (z. B. dem Getriebesteuergerät) das aktuell abgegebene Ist-Moment des Motors 102 bereitstellen. Das Ist-Moment kann anhand folgender Messgrößen ermittelt werden: Luft/Einspritzmenge und/oder Zündzeitpunkt und/oder Umweltbedingungen abzüglich der Schleppmomente zusätzlicher Verbraucher wie z. B. dem Klimakompressor. Die Schleppmomente der zusätzlichen Verbraucher des Fahrzeugs 100 können auf Basis hinterlegter Modelle ermittelt werden. Die tatsächlich von dem Motor 102 aufzubringende Zugkraft 202 kann mit der Referenzkurve 203 verglichen werden, und es kann daraus ermittelt werden, ob – über den Anhängerbetrieb hinaus – weitere Belastungen (z. B. eine Steigung oder Gegenwind) vorliegen, die zu einer Überhitzung des Motors 102 führen könnten. Insbesondere kann ermittelt werden, ob ein – über den Anhängerbetrieb hinaus gehender – Fahrwiderstand vorliegt.
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Die Steuereinheit 102 kann eingerichtet sein, die Motordrehzahl zu begrenzen, wenn erkannt wird, dass ein erhöhter Fahrwiderstand vorliegt. Insbesondere kann die Steuereinheit 102 eingerichtet sein, die Motordrehzahl zu begrenzen, wenn erkannt wird, dass das Fahrzeug 100 im Anhängerbetrieb ist und dass ein erhöhter Fahrwiderstand vorliegt. Beispielsweise kann eine stufenweise Begrenzung der Motordrehzahl vorgenommen werden:
- a) eine Begrenzung auf eine erste maximale Drehzahl, wenn ein Anhängerbetrieb aber kein (darüber hinaus gehender) erhöhter Fahrwiderstand vorliegt; und
- b) eine Begrenzung auf eine zweite maximale Drehzahl, wenn ein Anhängerbetrieb und ein (darüber hinaus gehender) erhöhter Fahrwiderstand vorliegt; wobei die zweite maximale Drehzahl kleiner ist als die erste maximale Drehzahl.
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Wie bereits oben dargelegt, kann die Referenzkurve 203 den Fall wiedergeben, dass das Fahrzeug einen Anhänger (z. B. einen normierten und/oder durchschnittlichen Anhänger) zieht. In diesem Fall zeigt eine tatsächlich aufzubringende Zugkraft 204, die über die Referenz-Zugkraft 203 hinausgeht, eine auf Gegenwind und/oder Steigung beruhende äußere Belastung an. Für den Fall, dass die Referenz-Zugkraft 203 ohne Anhänger ermittelt wurde, stellt eine tatsächlich aufzubringende Zugkraft 204, die über die Referenz-Zugkraft 203 hinausgeht, ein Indiz dafür dar, dass das Fahrzeug 100 im Anhängerbetrieb ist. Auch in diesem Fall kann eine Begrenzung der Motordrehzahl vorgenommen werden. Insbesondere kann die Motordrehzahl in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung zwischen tatsächlich aufzubringender Zugkraft 204 und Referenz-Zugkraft 203 bestimmt werden.
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Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung 101 zur Begrenzung der Motordrehzahl bei erkanntem Anhängerbetrieb führt zu einer Reduzierung der Belastung für den Antriebsstrang (d. h. für den Motor 102, für das Automatikgetriebe 103, und/oder für das Antriebsachsengetriebe) des Fahrzeugs 100 und für die Kühlung. Die beschriebene Vorrichtung 101 ermöglicht weiter die Verwendung von kleineren und leichteren Kühlsystemen, wodurch das Gewicht und damit der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 100 gesenkt werden kann. Desweiteren ermöglicht die beschriebene Vorrichtung 101 eine längere Verfügbarkeit von Motormoment und/oder Motorleistung bei Anhängerbetrieb des Fahrzeugs und/oder bei kritischen Umweltbedingungen (wie z. B. Gegenwind und/oder Steigungen). Dies hängt damit zusammen, dass dieselbe Zugkraft des Motors 102 durch eine relativ höhere Drehzahl und ein relativ niedrigeres Moment (z. B. im Gang x in Betriebspunkt 1) oder durch eine relative niedrigere Drehzahl und relative höheres Moment (z. B. in Gang x + 1 in Betriebspunkt 2) aufgebracht werden, solange eine ausreichend hohes Drehmoment bereitgestellt werden kann. Der Betriebspunkt 2 ist aufgrund der niedrigen Drehzahl für die Kühlung typischerweise unkritischer als der Betriebspunkt 1. Durch die Reduzierung der Motordrehzahl kann weiterhin eine ausreichende Zugkraft bereitgestellt werden, jedoch bei geringerer Belastung für die Kühlung des Fahrzeugs (und damit bei einer reduzierten Erhitzung des Motors und/oder des Getriebes des Fahrzeugs).
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
