DE102021203514A1

DE102021203514A1 - Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021203514A1
Application number: DE102021203514.0A
Authority: DE
Inventors: Rico Glöckner; Jan Döring
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welcher einen elektrischen Motor aufweist, beschrieben. Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens (10) einer Betriebstemperatur des Antriebsstrangs auf. Das Verfahren weist einen Schritt eines Reduzierens (14) einer Maximalleistung des Antriebsstrang in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur auf. Das Verfahren weist einen Schritt eines Erhöhens (12) einer Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur auf, wobei das Reduzieren (14) der Maximalleistung erst nach einem Erreichen einer maximalen Kühlleistung erfolgt. Weiterhin wird eine Steuervorrichtung (40) beschrieben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang einen elektrischen Motor aufweist. Weiterhin betrifft die Anmeldung eine Steuervorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Bekannt ist, dass Kraftfahrzeuge einen elektrischen Motor im Antriebsstrang aufweisen können. Durch die Benutzung des Antriebsstrangs kommt es zu einer Wärmeentwicklung, beispielsweise an jeweiligen Motorwicklungen des elektrischen Motors. Diese Wärmentwicklung kann eine Überschreitung einer zulässigen Maximaltemperatur im Antriebsstrang bewirken und diesen dadurch schädigen. Um dies zu verhindern, kann ein Motordrehmoment oberhalb einer vorgegebenen Temperatur reduziert werden. Beispielsweise wird das Motordrehmoment oberhalb der vorgegebenen Temperatur linear proportional zu einem weiteren Temperaturanstieg reduziert. Dadurch steht jedoch dann gegebenenfalls nicht genug Leistung zur Verfügung, um einen gewünschten Arbeitszyklus mit dem Kraftfahrzeug durchzuführen.
Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang kann alle Komponenten aufweisen, die Leistung für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und an den Boden übertragen. Der Antriebsstrang kann zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Der Antriebsstrang kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, ein Arbeitsgerät des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Beispielsweise kann der Antriebsstrang eine Zapfwelle für eine Arbeitshydraulik antreiben. So kann beispielsweise eine Schaufel gehoben oder gesenkt werden. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als eine Arbeitsmaschine, wie ein Radlader, ausgebildet sein. Der Antriebsstrang weist einen elektrischen Motor auf. Der elektrische Motor kann beispielsweise als Radnabenmotor ausgebildet sein. Der elektrische Motor kann beispielsweise als Traktionsmotor ausgebildet sein. Beispiele für einen elektrischen Motor sind Asynchronmotoren oder Synchronmotoren. Durch den Betrieb des Antriebsstrangs kann sich eine Temperatur in wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs, wie in dem elektrischen Motor, erhöhen. Zusätzlich kann der Antriebsstrang beispielsweise einen Inverter, eine Batterie, jeweilige Leistungskabel, ein Getriebe mit jeweiligen Kupplungen, jeweilige Lager, Zahnräder, Achsen, Gelenkwellen oder eine Bremsvorrichtung aufweisen.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Bestimmens einer Betriebstemperatur des Antriebsstrangs auf. Die Betriebstemperatur kann eine derzeitige Temperatur einer Komponente des Antriebsstrangs oder eines Teilbereichs des Antriebsstrangs sein. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise die Temperatur an einer wärmeempfindlichsten Stelle und alternativ oder zusätzlich an einer sich am schnellsten aufheizenden Stelle sein. Beispielsweise kann die Betriebstemperatur die derzeitige Temperatur jeweiliger Motorwicklungen sein. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise durch eine Messung erfasst werden. Dazu kann der Antriebsstrang eine Temperaturmessvorrichtung aufweisen. Die Betriebstemperatur kann direkt an der entsprechenden Stelle gemessen werden oder an einer davon beabstandeten Stelle, wobei dann die tatsächliche Betriebstemperatur in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur berechnet werden kann. Die Betriebstemperatur kann auch mittelbar bestimmt werden, beispielsweise mittels einer Hilfsgröße. Beispielsweise kann die Betriebstemperatur in Abhängigkeit von einer Historie einer am elektrischen Motor anliegenden Leistung geschätzt werden.
Der Schritt des Bestimmens der Betriebstemperatur kann auch ein Bestimmen mehrerer Bereichsbetriebstemperaturen aufweisen. Beispielsweise kann für jeden durch Erwärmung potenziell beschädigungsgefährdeten Bereich die jeweilige Bereichsbetriebstemperatur bestimmt werden. Sofern im Folgenden von der Betriebstemperatur gesprochen wird, kann es sich um eine bestimmte, einige oder alle der Bereichsbetriebstemperaturen handeln.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Reduzierens einer Maximalleistung des Antriebsstrang in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur auf. Es kann für den Antriebsstrang ein Derating in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur durchgeführt werden. Die Maximalleistung kann eine maximal zulässige, durch den Antriebsstrang insgesamt oder eine seiner Komponenten bereitstellbare Leistung sein. Beispielsweise kann die Maximalleistung des Motors reduziert werden. Dazu kann ein Leistungslimit und alternativ oder zusätzlich ein Drehzahllimit und alternativ oder zusätzlich ein Drehmomentlimit vorgegeben oder modifiziert werden. Für jede Bereichsbetriebstemperatur kann eine zugeordnete Reduktion einer Bereichsmaximalleistung einer zugeordneten Komponente des Antriebsstrangs erfolgen. Durch das Reduzieren der Maximalleistung kann eine Überhitzung und damit Beschädigung vermieden werden. Beispielsweise kann die Maximalleistung reduziert werden, wenn die Betriebstemperatur eine vorgegebene erste Grenztemperatur überschreitet. Die Reduktion kann beispielsweise proportional zu einer Differenz zwischen dieser ersten Grenztemperatur und der derzeitigen bestimmten Betriebstemperatur sein. Beispielsweise kann die Maximalleistung linear, quadratisch, progressiv oder degressiv proportional zu dieser Differenz reduziert werden. Der Antriebsstrang kann mit einer Leistung betrieben werden, welche kleiner oder gleich der derzeitigen Maximalleistung ist. Ein Überschreiten der Maximalleistung kann dagegen verhindert werden.
Das Verfahren kann einen Schritt eines Erhöhens einer Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur aufweisen. Die Kühlung kann beispielsweise erhöht werden, wenn die bestimmte Betriebstemperatur eine vorgegebene zweite Grenztemperatur überschreitet. Die zweite Grenztemperatur kann kleiner als die erste Grenztemperatur sein. Die Kühlung kann durch eine Kühlvorrichtung und alternativ oder zusätzlich einen Betrieb jeweiliger Komponenten bereitgestellt werden, welche Wärme aus dem Antriebsstrang abführen. Eine Erhöhung der Kühlung kann eine stärkere Kühlleistung und damit größere Wärmeabfuhr bedingen. Für jede Bereichsbetriebstemperatur kann eine zugeordnete Erhöhung einer Kühlung einer zugeordneten Komponente des Antriebsstrangs erfolgen.
Das Reduzieren der Maximalleistung kann erst nach einem Erreichen einer maximalen Kühlleistung erfolgen. Die maximale Kühlleistung kann die größtmögliche Wärmeabfuhr aus dem Antriebsstrang sein. Die maximale Kühlleistung kann ein Betriebszustand sein, bei welchem im bestimmungsgemäßen Gebrauch eine weitere Erhöhung der Kühlleistung nicht möglich ist. So kann sichergestellt werden, dass zunächst die volle Leistung zur Verfügung steht und ein Arbeitszyklus vollständig durchgeführt wird, bevor es zu einer Drosselung der Maximalleistung kommt. Gleichzeitig kann die Kühlung während eines Betriebs, bei welchem keine Überhitzung des Antriebsstrangs droht, mit einer verminderten Leistung betrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug besonders effizient betrieben werden kann. Sofern also die bestimmte Betriebstemperatur unterhalb der zweiten Grenztemperatur liegt, kann eine Kühlung gegenüber einer Kühlung wenn die bestimmte Betriebstemperatur oberhalb der zweiten Grenztemperatur liegt, verringert sein.
Das Reduzieren der Maximalleistung und alternativ oder zusätzlich das Erhöhen der Kühlung kann zusätzlich in Abhängigkeit von einem derzeitigen Betriebspunkt des Antriebsstrangs und alternativ oder zusätzlich des Kraftfahrzeugs erfolgen. Dadurch kann eine derzeitige Anforderung und Nutzung mitberücksichtigt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Schritt zur Erhöhung der Kühlung einen Schritt einer Erhöhung eines Ölvolumenstroms aufweist. Beispielsweise kann ein Ölvolumenstrom durch den elektrischen Motor oder das Getriebe des Antriebsstrangs vergrößert werden. Der Ölvolumenstrom kann eine Ölmenge sein, welche in einer Zeitdauer eine Komponente des Antriebsstrangs durchströmt. Ein Ölstrom ist besonders geeignet zur Wärmeabfuhr und damit besonders geeignet, um die Kühlung effizient zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der Schritt zur Erhöhung der Kühlung einen Schritt einer Erhöhung eines Luftvolumenstroms aufweist. Beispielsweise kann ein Luftvolumenstrom durch den elektrischen Motor oder den Inverter des Antriebsstrangs vergrößert werden. Der Luftvolumenstrom kann eine Luftmenge sein, welche in einer Zeitdauer eine Komponente des Antriebsstrangs durchströmt oder überstreicht. Ein Luftstrom ist besonders geeignet zur Wärmeabfuhr ohne Beeinflussung eines Betriebszustands des Antriebsstrangs und damit besonders geeignet, um die Kühlung ohne sonstige Beeinflussung des Antriebsstrangs und seiner Komponenten zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der Schritt zur Erhöhung der Kühlung einen Schritt einer Erhöhung einer Lüfterdrehzahl aufweist. Ein Lüfter kann eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Luftvolumenstroms sein. Eine Lüfterdrehzahl kann eine Drehzahl eines Rotors des Lüfters sein. Der Lüfter kann beispielsweise ein Teil einer Komponente des Antriebsstrangs sein, wie des Inverters oder der elektrischen Maschine. Durch dessen Drehzahlerhöhung kann eine Kühlung erhöht werden, ohne dass es einer dafür zusätzlichen Vorrichtung bedarf.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der Schritt zur Erhöhung der Kühlung einen Schritt eines Veränderns einer Leistung einer Getriebepumpe aufweist. Beispielsweise kann die Leistung der Getriebepumpe erhöht werden. Dadurch kann das Getriebe und insbesondere jeweilige Schaltelemente des Getriebes, wie Lamellenkupplungen, stärker durchströmt werden, was die Kühlung dieser Komponenten ohne eine zusätzliche Vorrichtung verbessern kann. Die Getriebepumpe kann beispielsweise dafür ausgebildet sein, einen Druck für eine Betätigung der jeweiligen Schaltelemente des Getriebes bereitzustellen und alternativ oder zusätzlich das Getriebe zu schmieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Reduzieren der Maximalleistung einen Schritt eines Reduzierens der Maximalleistung gemäß einer ersten Reduktionsfunktion, wenn die erfasste Betriebstemperatur in einem ersten Temperaturbereich liegt, aufweist. Weiterhin kann das Reduzieren der der Maximalleistung einen Schritt eines Reduzierens der Maximalleistung gemäß einer zweiten Reduktionsfunktion, wenn die erfasste Betriebstemperatur in einem zweiten Temperaturbereich liegt, aufweisen. Die erste Reduktionsfunktion kann sich von der zweiten Reduktionsfunktion unterscheiden. Der erste Temperaturbereich kann sich von dem zweiten Temperaturbereich unterscheiden. Der erste Temperaturbereich und der zweite Temperaturbereich können überlappungsfrei sein und alternativ oder zusätzlich unmittelbar aneinander angrenzen. Das Verfahren kann auch weitere Reduktionsfunktionen bei weiteren Temperaturbereichen aufweisen. Durch die verschiedenen Reduktionsfunktionen kann die verfügbare Leistung im Antriebsstrang auch bei hohen Betriebstemperaturen nur geringfügig eingeschränkt werden. Zudem kann dadurch eine Beschädigung durch Überhitzung dennoch zuverlässig vermieden werden. Es kann ein temperaturabschnittsweises Derating bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Maximalleistung mit steigender Temperatur ab der ersten Grenztemperatur bis zu einer dritten Grenztemperatur zunächst linear reduziert werden. Die erste Grenztemperatur und die dritte Grenztemperatur legen dabei den ersten Temperaturbereich fest. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass ein Temperaturanstieg meist asymptotisch erfolgt und so bereits ein übermäßiger Temperaturanstieg ohne übermäßige Leistungsreduktion vermieden werden kann. In einem anschließenden zweiten Temperaturbereich kann die Maximalleistung mit steigender Temperatur progressiv reduziert werden, um eine Beschädigung durch Überhitzung zu vermeiden und dennoch eine gewisse Restleistung für die Nutzung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen zu können. In einem anschließenden dritten Temperaturbereich kann die Maximalleistung mit steigender Temperatur stärker progressiv reduziert werden als im zweiten Temperaturbereich, um in Ausnahmesituation eine schädigende Betriebstemperatur zuverlässig zu vermeiden. Dabei kann die Maximalleistung auch auf null reduziert werden, was einer Abschaltung des Antriebsstrangs oder des elektrischen Motors entsprechen kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass zur Reduktion der Maximalleistung ein Wechsel einer Zugkraftklasse des Antriebsstrangs durchgeführt wird. Jede Zugkraftklasse kann beispielsweise eine zugeordnete Motorkennlinie aufweisen. Beispielsweise kann die Maximalleistung dadurch reduziert werden, dass die gesamte Motorkennlinie zu einem geringeren Drehmoment verschoben wird. Durch den Wechsel der Zugkraftklasse kann bei verminderter Leistung eine Reaktion des Kraftfahrzeugs auf jeweilige Steuereingaben ähnlich bleiben, was die Bedienung des Kraftfahrzeugs erleichtern kann. Zudem kann die Implementierung von unterschiedlichen Zugkraftklassen und deren Wechsel einfach sein.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Reduktion der Maximalleistung eine Antriebsdynamik begrenzt werden. Die Antriebsdynamik kann beispielsweise eine Beschleunigung sein. Beispielsweise kann eine maximale Beschleunigung des elektrischen Motors oder eine maximale Verzögerung durch die Bremsvorrichtung gegenüber einer unreduzierten Maximalleistung verringert sein. Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass gerade eine Antriebsdynamik eine große Wärmeentwicklung verursachen kann und so besonders effizient eine Überhitzung vermieden werden kann. Dabei kann dann immer noch ein volles Antriebsmoment zur Verfügung stehen, wodurch in vielen Fällen ein Arbeitszyklus weiterhin ausführbar bleibt.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Reduktion der Maximalleistung ein Gangwechsel blockiert werden. Ein Gangwechsel kann ein Ändern eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem elektrischen Motor und dem Abtrieb des Antriebsstrangs sein. Ein Gangwechsel kann ein Schalten jeweiliger Schaltelemente in dem Getriebe des Antriebsstrangs bedingen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Gangwechsel durch ein Reiben an jeweiligen Schaltelementen, wie Lamellenkupplungen, die Betriebstemperatur in einem sehr kurzen Zeitraum erhöhen kann und dann ein weiteres Derating notwendig werden kann. Durch das Blockieren des Gangwechsels kann dagegen ein Arbeitszyklus häufig weiter durchgeführt werden, wobei dann beispielsweise lediglich die Fahrdynamik eingeschränkt ist. Beispielsweise kann nur ein Gangwechsel von einem derzeitigen Gang in einen höheren Gang blockiert werden. So kann ein Herunterschalten für eine Erhöhung des Drehmoments weiter möglich bleiben. Es kann aber auch jede Art von Gangwechsel blockiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Reduktion der Maximalleistung ein Drehmoment begrenzt werden. Beispielsweise kann durch den Inverter ein durch den elektrischen Motor bereitstellbares Drehmoment auf einen reduzierten Höchstwert limitiert werden. Die Drehmomentbegrenzung ist eine einfache Möglichkeit, eine Wärmeentwicklung im Antriebsstrang zu begrenzen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Bestimmung der Betriebstemperatur durch ein Prognostizieren erfolgt. Das Prognostizieren kann eine Vorhersage sein, wie die Betriebstemperatur zu einem zukünftigen Zeitpunkt sein wird. Das Prognostizieren kann eine Vorausberechnung einer thermischen Entwicklung im Antriebsstrang sein. Die mittels Prognostizierens bestimmte Betriebstemperatur kann eine geschätzte zukünftige Betriebstemperatur sein. Entsprechend kann eine Temperaturregelung im Antriebsstrang antizipatorisch arbeiten. Die Betriebstemperatur kann zu deren Bestimmung beispielsweise in Abhängigkeit von einer derzeitigen berechneten oder gemessenen Temperatur prognostiziert werden. Die Betriebstemperatur kann in Abhängigkeit von einer ersten Temperatur und einer zeitlich vorhergehenden zweiten Temperatur prognostiziert werden. Das Verfahren kann ein Erfassen einer Temperaturhistorie im Antriebsstrang aufweisen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass zum Prognostizieren der Betriebstemperatur ein Schritt einer Extrapolation eines Temperaturanstiegs eines vorherigen Zeitintervalls durchgeführt wird. Die Extrapolation kann beispielsweise asymptotisch sein. Dadurch kann besonders genau extrapoliert werden. Die Extrapolation kann eine Hochrechnung sein. Das vorherige Zeitintervall kann eine vorgegebene Zeitdauer vor der Durchführung der Extrapolation sein.
Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Prognostizieren der Betriebstemperatur ein Schritt einer Berechnung der Betriebstemperatur mittels eines thermischen Modells in Abhängigkeit von einer durchschnittlichen Belastung des Antriebsstrangs in einem vorherigen Zeitintervall durchgeführt wird. Das thermische Modell kann beispielsweise mittels eines Experiments oder einer Simulationen bestimmt werden. Das thermische Modell kann beispielsweise abbilden, wie sich der Antriebsstrang in bestimmten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs und alternativ oder zusätzlich bei bestimmten Umweltbedingungen verhält. Das thermische Modell kann auch extrapoliert werden. Die durchschnittliche Belastung kann eine gemittelte Belastung sein. Die Belastung kann beispielsweise eine Leistungsabgabe durch den Antriebsstrang sein oder eine Wärmezufuhr zu dem Antriebsstrang. Das thermische Modell kann in einem Datenspeicher des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein. Das thermische Modell kann ein Temperaturverhalten, jeweilige Wärmekoeffizienten und Maschinenmodelle enthalten. Bei dem thermischen Modell können mehrere Temperaturen und Verlustquellen besonders einfach berücksichtigt werden. Eine Verlustquelle kann dem Antriebsstrang Wärme zuführen. Beispielsweise kann eine Wicklungstemperatur, eine Magnettemperatur und eine Rotortemperatur des elektrischen Motors in dem thermischen Modell berücksichtigt werden. Dadurch sind besonders genaue Temperaturprognosen möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Prognostizieren der Betriebstemperatur ein Schritt einer Interpolation einer parametrierbaren hinterlegten Temperaturkurve durchgeführt wird. Die hinterlegte Temperaturkurve kann abbilden, wie sich der Antriebsstrang unter Last verhält. Jeweilige Parameter können einen aktuellen und alternativ oder zusätzlich jeweilige vorhergehende Lastzustände aufweisen. Entsprechend kann mit geringem Rechenaufwand prognostiziert werden, wie sich die Betriebstemperatur bei verschiedenen Lastzuständen entwickeln wird. Die Temperaturkurve kann beispielsweise in einem Datenspeicher des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein, beispielsweise in tabellarischer Form.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Prognostizieren in Abhängigkeit von einer Fahrbereichsschaltung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs erfolgt. Die Fahrbereichsschaltung kann beispielsweise einen Geschwindigkeitsbereich bedingen, in dem das Kraftfahrzeug fahren kann. Die Fahrbereichsschaltung kann ein virtueller Gang sein oder auch ein tatsächlicher Gang. Die Fahrbereichsschaltung kann für den Antriebsstrang eine Maximalgeschwindigkeit und alternativ oder zusätzlich maximale Leistung vorgeben, welche sich durch die Fahrbereichsschaltung ändern kann. Durch die Fahrbereichsschaltung kann ein Belastungswechsel erkannt werden. Beispielsweise kann eine Fahrbereichsschaltung signalisieren, dass mit dem Kraftfahrzeug eine Transportfahrt beendet wird und nun ein anderer Arbeitszyklus, wie beispielsweise ein Schaufeln mit dem Werkzeug eines Radladers, begonnen wird, aus dem voraussichtlich eine andere thermische Belastung resultiert. Dies kann dann entsprechend in der Prognose berücksichtigt werden. Beispielsweise wird das Zeitintervall angepasst oder neu begonnen, sodass beispielsweise ein angepasster Temperaturanstieg prognostiziert wird. Beispielsweise wird dann ein anderes thermisches Modell oder eine andere Temperaturkurve für die Prognose genutzt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren ferner einen Schritt eines Prüfens aufweist, ob ein derzeitiger Betriebspunkt des Antriebsstrangs bei Auswahl eines anderen als des derzeit gewählten Gangs mit geringerer Verlustleistung möglich ist. Der Betriebspunkt kann ein derzeitiger Betriebszustand des Antriebsstrangs sein, welcher beispielsweise den derzeit eingelegten Gang, eine derzeitige Fahrgeschwindigkeit und ein bereitgestelltes Drehmoment umfasst. Der Gang kann eine derzeit im Antriebsstrang zwischen dem elektrischen Motor und dem Abtrieb bereitgestellte Übersetzung sein. Beispielsweise kann ein Betriebspunkt, wie eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit, mit unterschiedlichen Gängen und unterschiedlicher Motordrehzahl bereitgestellt werden. Je nach Gang kann dabei eine Verlustleistung und damit eine Erwärmung des Antriebsstrangs unterschiedlich sein. Jeweilige Fahrbereiche von zwei oder mehr Gängen können sich überlappen. Das Verfahren kann weiter einen Schritt eines Schaltens in den anderen Gang aufweisen, sofern der derzeitige Betriebspunkt mit dem anderen Gang eine geringere Verlustleistung bewirkt als der derzeit gewählte Gang. Dadurch kann der Antriebsstrang effizienter betrieben werden und auch eine Erwärmung reduziert werden. Das Schalten in den anderen Gang kann beispielsweise erfolgen, bevor die Kühlung erhöht wird oder die Maximalleistung reduziert wird. So kann in vielen Betriebssituationen eine Kühlungserhöhung oder Maximalleistungsreduktion vermieden werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren ferner einen Schritt eines Vorhaltens einer thermischen Reserve, um einen Gangwechsel zu ermöglichen, aufweist. Die thermische Reserve kann einer Erwärmung des Antriebsstrangs bei dem Gangwechsel entsprechen. Beispielsweise kann die thermische Reserve dadurch vorgehalten werden, dass die Kühlung bereits erhöht wird, wenn dies nicht zur Vermeidung der Reduktion der Maximalleistung notwendig ist. Beispielsweise kann auch die Maximalleistung reduziert werden, wenn dies nicht zur Vermeidung einer Beschädigung oder eines Lebensdauerverlustes notwendig ist. Beispielsweise kann die Betriebstemperatur auf einer solchen Temperatur gehalten werden, dass beim Gangwechsel eine Grenztemperatur durch die Betriebstemperatur nicht überschritten wird. Die thermische Reserve kann eine Peakreserve sein. Die thermische Reserve kann durch eine Rückrechnung aus einem Verlustkennfeld und alternativ oder zusätzlich einem thermischen Modell bestimmt werden. Durch das Vorhalten der thermischen Reserve kann auch sichergestellt werden, dass immer in den Gang mit der geringsten Verlustleistung geschaltet werden kann, was thermisch trotz der Aufheizung durch den Gangwechsel am effizientesten sein kann. Der Gangwechsel kann eine Erwärmung des Antriebsstrangs durch eine Aufheizung einer Kupplung beim Gangwechsel aufgrund beispielsweise von Reibung bedingen. Ebenso kann eine Drehzahlerhöhung beim Runterschalten eine Erwärmung bedingen. Diese Erwärmungen könnten ohne das Vorhalten der thermischen Reserve zu einer Überhitzung des Antriebsstrangs führen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Verfahren ferner einen Schritt einer Berechnung einer Lebensdauer aufweist. Die Lebensdauer kann in Abhängigkeit von der derzeitigen Betriebstemperatur und alternativ oder zusätzlich einer Betriebstemperaturhistorie erfolgen. Die Lebensdauer kann ein Zeitraum sein, bei welcher der Antriebsstrang bei einer oder mehreren Betriebszuständen betrieben werden kann. Nach Ablauf der Lebensdauer kann der Antriebsstrang mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit beschädigt sein oder eine Wartung benötigen. Ein Lebensdaueräquivalent kann für unterschiedliche Temperaturen berechnet werden. Beispielsweise kann eine Lebensdauer in einem Temperaturbereich mit einem gewissen Faktor in eine Lebensdauer in einem anderen Temperaturbereich umgerechnet werden. Die Lebensdauer bei höheren Temperaturen kann geringer sein als bei geringeren Temperaturen, beispielsweise weil sich eine Zersetzung einer Isolierung des elektrischen Motors beschleunigt. Die Lebensdauer kann eine Lebensdauer des gesamten Antriebsstrangs sein. Es können aber auch jeweilige Lebensdauern einzelner Komponenten berechnet und bei dem Verfahren für die jeweiligen Schritte berücksichtigt werden.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt eines Reduzierens der Maximalleistung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer aufweisen. Die Maximalleistung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Lebensdauer und der Betriebstemperatur reduziert werden. Dadurch kann eine Betriebstemperatur reduziert werden, um beispielsweise eine Ziellebensdauer zu erreichen.
Das Verfahren kann ferner alternativ oder zusätzlich einen Schritt eines Erhöhens der Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer aufweisen. Die Kühlung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Lebensdauer und der Betriebstemperatur erhöht werden. Dadurch kann eine Betriebstemperatur reduziert werden, um beispielsweise eine Ziellebensdauer zu erreichen.
Das Verfahren kann ferner alternativ oder zusätzlich einen Schritt eines vorübergehenden Überschreitens der Maximalleistung durch den Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer aufweisen. Dadurch können beispielsweise Lebensdauerreserven genutzt werden, um kurzfristig eine erhöhte Leistung abrufen zu können. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug häufig bei geringen Temperaturen betrieben worden sein, wodurch die berechnete Lebensdauer gegenüber einer Ziellebensdauer erhöht ist. Die Differenz kann die Lebensdauerreserve sein.
Das Verfahren kann ferner alternativ oder zusätzlich einen Schritt eines vorübergehenden Überschreitens einer maximalen Betriebstemperatur durch den Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer aufweisen. Dadurch können beispielsweise Lebensdauerreserven genutzt werden, um kurzfristig eine erhöhte Betriebstemperatur zuzulassen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug häufig bei geringen Temperaturen betrieben worden sein, wodurch die berechnete Lebensdauer gegenüber einer Ziellebensdauer erhöht ist. Dadurch kann dann der Antriebsstrang oder zumindest einzelne Komponenten davon kurzzeitig einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden, ohne dass das Risiko einer Beschädigung oder eine Nutzungsdauer des Kraftfahrzeugs zwischen Wartungsintervallen gegenüber einem Sollzustand erhöht wird.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Steuervorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang weist einen elektrischen Motor auf. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Betriebstemperatur des Antriebsstrangs zu berechnen. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Maximalleistung des Antriebsstrang in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur zu reduzieren. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur zu erhöhen. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Maximalleistung erst nach einem Erreichen einer maximalen Kühlleistung zu reduzieren. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Entsprechende weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Steuervorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen, Vorteilen und Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Die sich aus den jeweiligen Aspekten ergebenden Merkmale und Vorteile stellen auch jeweilige Merkmale und Vorteile anderer Aspekte dar.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
2 veranschaulicht schematisch in einem Diagramm eine Antriebsstrangsteuerung gemäß 1.
3 veranschaulicht schematisch eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Antriebsstrangs mit einem Verfahren gemäß 1.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang weist einen elektrischen Motor auf, welcher zum Bereitstellen der Antriebskraft des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Verfahren weist einen Schritt 10 eines Bestimmens einer Betriebstemperatur des Antriebstrangs auf. Das Verfahren weist einen Schritt 12 eines Erhöhens einer Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur auf. Sofern die Betriebstemperatur hiermit unterhalb einer Grenztemperatur stabilisiert werden kann, kann das Verfahren damit beendet werden. Wenn eine maximale Kühlleistung durch das Erhöhen der Kühlung aufgrund einer weiteren Betriebstemperaturerhöhung erreicht wurde, wird mit Schritt 14 fortgefahren. In Schritt 14 wird eine Maximalleistung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur reduziert. In einer Ausführungsform wird hierzu die Leistung des elektrischen Motors gederated. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maximalleistung des Antriebsstrangs nur reduziert, falls die bestimmte Betriebstemperatur gleich oder größer als die Grenztemperatur ist.
2 zeigt ein Diagramm, welches das Verfahren gemäß 1 weiter veranschaulicht. Auf der Abszisse 16 des Diagramms ist die bestimmte Betriebstemperatur aufgetragen. Auf der Ordinate 18 des Diagramms ist die Maximalleistung des Antriebsstrangs aufgetragen. Wie zu erkennen ist, ist die verfügbare Maximalleistung des Antriebsstrangs in einem ersten Temperaturbereich bis zu der mit 20 markierten Grenztemperatur 100% der technisch durch den Antriebsstrang bereitstellbaren Leistung. Ab einer gewissen Temperatur, welche mit 22 markiert ist und kleiner als die Grenztemperatur ist, wird die Kühlung gemäß Schritt 12 erhöht. Dadurch wird trotz hoher Leistungsabfrage ein Temperaturanstieg verlangsamt oder sogar verhindert. Die Kühlung kann in einer Ausführungsform bei einer Temperatur zwischen der mit 20 markierten Grenztemperatur und der mit 22 markierten Temperatur maximiert sein oder auch erst bei der mit 20 markierten Grenztemperatur.
Sofern die bestimmte Betriebstemperatur die Grenztemperatur überschreitet, wird die durch den Antriebsstrang bereitstellbare Maximalleistung gemäß Schritt 14 reduziert und damit auf einen Anteil der technisch durch den Antriebsstrang bereitstellbaren Leistung limitiert. In einem ersten Bereich 24 wird die Maximalleistung linear proportional zu einem Temperaturanstieg reduziert. In einem zweiten Bereich 26 wird die Maximalleistung nicht-linear und progressiv proportional zu einem Temperaturanstieg reduziert. In einem dritten Bereich 28 wird die Maximalleistung im Vergleich zum zweiten Bereich 26 stärker proportional mit einem Temperaturanstieg reduziert. Bei einer mit 30 markierten Maximaltemperatur wird der elektrische Motor abgeschaltet und keine Leistung mehr bereitgestellt, um eine Beschädigung zu verhindern.
3 veranschaulicht schematisch eine Steuervorrichtung 40 zum Steuern eines Antriebsstrangs mit einem Verfahren gemäß 1. Eine Recheneinheit 42 der Steuervorrichtung 40 bildet einen Derating-Manager. Ein Modul 44 der Steuervorrichtung 40 bestimmt eine derzeitige Betriebstemperatur und übermittelt diese an die Recheneinheit 42. In einer Ausführungsform prognostiziert das Modul 44 eine Betriebstemperatur in Abhängigkeit von einer vorhergehenden Temperaturhistorie und übermittelt diese prognostizierte Betriebstemperatur der Recheneinheit 42 alternativ oder zusätzlich zu der derzeitigen Betriebstemperatur. Ein Modul 46 der Steuervorrichtung 40 erfasst einen derzeitigen Betriebspunkt des Antriebsstrangs und übermittelt diesen an die Recheneinheit 42. Ein Modul 48 der Steuervorrichtung 40 erfasst ein Betriebsverhalten eines vorhergehenden Zeitintervalls und übermittelt dieses an die Recheneinheit 42. Ein Modul 50 der Steuervorrichtung 40 erfasst eine Fahrerinteraktion, mit welcher eine Fahrbereichsschaltung erfolgt, und übermittelt diese an die Recheneinheit 42. Ein Modul 52 der Steuervorrichtung 40 berechnet eine Lebensdauer des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der Temperaturhistorie und übermittelt diese an die Recheneinheit 42. Ein Modul 54 der Steuervorrichtung 40 prüft, ob ein derzeitiger Betriebspunkt des Antriebsstrangs bei Auswahl eines anderen als des derzeit gewählten Gangs mit geringerer Verlustleistung möglich ist. Das Ergebnis dieser Prüfung übermittelt das Modul 54 an die Recheneinheit 42. Ein Modul 56 der Steuervorrichtung 40 berechnet eine thermische Reserve, um einen Gangwechsel zu ermöglichen. Das Ergebnis dieser Berechnung übermittelt das Modul 56 an die Recheneinheit 42.
In Abhängigkeit dieser Eingangssignale erzeugt die Recheneinheit 42 jeweilige Steuersignale 60, 62, 64, 66, 68 und 70. Das Steuersignal 60 erhöht die Kühlung des Antriebsstrangs, wie für Schritt 12 beschrieben. Das Steuersignal 60 bewirkt in einer Ausführungsform eine Auswahl aus einer Erhöhung eines Ölvolumenstroms, einer Erhöhung eines Luftvolumenstroms, einer Erhöhung einer Lüfterdrehzahl und einer Veränderung einer Leistung einer Getriebepumpe. Das Steuersignal 62 begrenzt ein Drehmoment des elektrischen Motors. Das Steuersignal 64 bewirkt einen Gangwechsel und wird ausgegeben, falls die Prüfung des Moduls 54 ergeben hat, dass der derzeitige Betriebspunkt des Antriebsstrangs bei Auswahl des anderen als des derzeit gewählten Gangs mit geringerer Verlustleistung möglich ist. Es wird dann in diesen anderen Gang geschaltet. Das Steuersignal 66 begrenzt eine Dynamik des Antriebsstrangs. Das Steuersignal 68 ändert eine Zugkraftklasse des Antriebsstrangs durch einen Wechsel einer Kennlinie. In einer Ausführungsform wird dadurch eine Motorkennlinie des elektrischen Motors gewechselt. Die Steuersignale 62, 64, 66 und 68 reduzieren die Maximalleistung des Antriebsstrangs, wie für Schritt 14 beschrieben.
Das Steuersignal 70 bewirkt, dass die durch Modul 56 berechnete thermische Reserve vorgehalten wird. Zu diesem Zweck kann die Kühlung gemäß Schritt 12 und alternativ oder zusätzlich die Maximalleistung gemäß Schritt 14 bei modifizierten Temperaturen erhöht bzw. reduziert werden. Das Steuersignal 70 kann in einer Ausführungsform die Maximalleistung begrenzen und alternativ oder zusätzlich die Kühlung erhöhen und alternativ oder zusätzlich jeweilige Temperaturgrenzen modifizieren.
Bezugszeichenliste

10: Bestimmen einer Betriebstemperatur
12: Erhöhen einer Kühlung
14: Reduzieren einer Maximalleistung
16: Abszisse / Betriebstemperatur
18: Ordinate / Maximalleistung
20: Grenztemperatur
22: Temperatur ab der Kühlung erhöht wird
24: linear proportionale Reduzierung der Maximalleistung
26: nicht-linear progressiv proportionale Reduzierung der Maximalleistung
28: proportionale Reduzierung der Maximalleistung
30: Maximaltemperatur
40: Steuervorrichtung
42: Recheneinheit
44 - 56: Modul
60 - 70: Steuersignal

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welcher einen elektrischen Motor aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Bestimmen (10) einer Betriebstemperatur des Antriebsstrangs; - Reduzieren (14) einer Maximalleistung des Antriebsstrang in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur; - Erhöhen (12) einer Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur, wobei das Reduzieren (14) der Maximalleistung erst nach einem Erreichen einer maximalen Kühlleistung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Erhöhung (12) der Kühlung wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: - Erhöhung eines Ölvolumenstroms; - Erhöhung eines Luftvolumenstroms; - Erhöhung einer Lüfterdrehzahl; und - Verändern einer Leistung einer Getriebepumpe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reduzieren (14) der Maximalleistung die folgenden Schritte aufweist: - Reduzieren (14) der Maximalleistung gemäß einer ersten Reduktionsfunktion, wenn die erfasste Betriebstemperatur in einem ersten Temperaturbereich liegt; und - Reduzieren (14) der Maximalleistung gemäß einer zweiten Reduktionsfunktion, wenn die erfasste Betriebstemperatur in einem zweiten Temperaturbereich liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Reduktion (14) der Maximalleistung wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: - Wechsel einer Zugkraftklasse des Antriebsstrangs; - Begrenzen einer Antriebsdynamik; - Blockieren eines Gangwechsels - Begrenzen eines Drehmoments
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung (10) der Betriebstemperatur durch ein Prognostizieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Prognostizieren der Betriebstemperatur wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: - Extrapolation eines Temperaturanstiegs eines vorherigen Zeitintervalls; - Berechnung der Betriebstemperatur mittels eines thermischen Modells in Abhängigkeit von einer durchschnittlichen Belastung des Antriebsstrangs in einem vorherigen Zeitintervall; und - Interpolation einer parametrierbaren hinterlegten Temperaturkurve.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Prognostizieren in Abhängigkeit von einer Fahrbereichsschaltung durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: - Prüfen, ob ein derzeitiger Betriebspunkt des Antriebsstrangs bei Auswahl eines anderen als des derzeit gewählten Gangs mit geringerer Verlustleistung möglich ist; und - Schalten in den anderen Gang, sofern der derzeitige Betriebspunkt mit dem anderen Gang eine geringere Verlustleistung bewirkt als der derzeit gewählte Gang.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: - Vorhalten einer thermischen Reserve, um einen Gangwechsel zu ermöglichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: - Berechnung einer Lebensdauer; und wenigstens einen der folgenden Schritte: - Reduzieren der Maximalleistung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer; - Erhöhen der Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer; - Vorübergehendes Überschreiten der Maximalleistung durch den Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer; und - Vorübergehendes Überschreiten einer maximalen Betriebstemperatur durch den Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der berechneten Lebensdauer.
Steuervorrichtung (40) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welcher einen elektrischen Motor aufweist, wobei die Steuervorrichtung (40) dazu ausgebildet ist, eine Betriebstemperatur des Antriebsstrangs zu berechnen, eine Maximalleistung des Antriebsstrang in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur zu reduzieren und eine Kühlung des Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der bestimmten Betriebstemperatur zu erhöhen, wobei die Steuervorrichtung (40) dazu ausgebildet ist, die Maximalleistung erst nach einem Erreichen einer maximalen Kühlleistung zu reduzieren.