Verfahren und Vorrichtung zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug nach dem Oberbe¬ griff des Patentanspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der DE 102 60 106 Al wird ein Verfahren zum Schutz von Halbleiterendstufen eines elektrischen Antriebs beschrieben, welche über einen Mikrocontroller und Treiber angesteuert werden, wobei eine Vorgabe der Sollspannung des elektrischen Antriebes über einen Sollwertgenerator erfolgt, ausgehend von einer ersten Temperatur der Halleiterendstufen. Eine zweite Temperatur wird innerhalb einer Thermoschutzroutine abhängig vom Lastzustand des elektrischen Antriebs innerhalb eines MikroControllers in verschiedenen Auswerteroutinen wie „Blockieren", „Verstellung", „Linearantrieb" geschätzt. Die erste Temperatur wird durch eine ereignisabhängige geschätzte Temperaturänderung modifiziert. Eine Schätzung der zweiten Temperatur des elektrischen Antriebes erfolgt in einer dessen Abkühlverhalten nachbildenden Auswerteroutine „Abkühlung" unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und das transiente thermische Verhalten der Halbleiterendstufen und deren Umgebung charakterisierender Größen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug anzugeben und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Temperaturschutz von mindestens einem Antrieb in einem Fahrzeug die Schritte: Ermitteln einer aktuellen Motortemperatur des angesteuerten Antriebs, welche in Form eines Energiewertes umgesetzt wird, Vergleichen des aktuellen aus der Motortemperatur umgesetzten Energiewertes mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert, Aktivieren einer Abkühlfunktion, wenn der ermittelte Energiewert den vorgegebenen ersten Schwellwert übersteigt oder wenn die Ansteuerung des Antriebs beendet ist, wobei nach Beendigung der aktuellen Ansteuerung des Antriebs eine weitere Ansteuerung des Antriebs verhindert wird, bis die durch die aktuelle von der Abkühlfunktion bestimmte Motortemperatur, welche aus der aufgenommenen Motorenergie und einer vorgegebenen Abkühlkennlinie ermittelt wird, einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder unterschreitet, und wobei die Abkühlfunktion in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzeugzustand deaktiviert wird.
Durch die Berücksichtigung des Fahrzeugzustandes bei der Deaktivierung der Abkühlfunktion, können in vorteilhafter Weise Ruhestromanforderungen beim Temperaturschutz des Antriebs berücksichtigt werden.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abkühlfunktion bei einem ersten Fahrzeugzustand deaktiviert, wenn eine aus der aufgenommenen Motorenergie geschätzte Motortemperatur eine aktuell gemessene Umgebungstemperatur erreicht oder unterschreitet. Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur bei der Deaktivierung kann auf eine externe Zeitinformation, die beispielsweise auf einem Bus zur Verfügung gestellt wird verzichtet werden.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abkühlfunktion bei einem zweiten Fahrzeugzustand deaktiviert, wenn eine vorgebbare Zeitspanne abgelaufen ist und/oder die ermittelte Motortemperatur einen ersten Schwell- wert und/oder einen zweiten Schwellwert erreicht oder unter¬ schreitet. Die vorgebbare Zeitspanne wird beispielsweise durch Setzen eines Abwärtszählers vorgegeben, der dann auf Null herunterzählt, eine externe Zeitinformation ist nicht erforderlich.
Die vorgebbare Zeitspanne für die Deaktivierung der Abkühl- funktion wird beispielsweise in Abhängigkeit vom Temperatur¬ verhalten des Antriebs vorgegeben. Der zweite Schwellwert wird so gewählt, dass nach Erreichen des Schwellwertes eine erneute Ansteuerung des Antriebs ohne Beschädigung möglich ist . Durch diese Maßnahmen wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass nach der Deaktivierung der Abkühl- funktion und der Freigabe des Antriebs für eine weitere Ansteuerung, der Antrieb so weit abgekühlt ist, dass er bei
einer erneuten Ansteuerung nicht durch eine Überhitzung beschädigt wird.
Der erste Fahrzeugzustand entspricht beispielsweise einem normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs und der zweite Fahrzeug¬ zustand entspricht einem Ruhebetrieb des Fahrzeugs, vorzugs¬ weise einem geparkten Zustand des Fahrzeugs.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Aktivierung des Antriebs der aktuelle Energiewert aus¬ gehend von einem Energiestartwert periodisch geschätzt, zu welchem eine berechnete leistungsabhängige Energiezufuhr addiert wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Energiestartwert aus der aktuell gemessenen Um¬ gebungstemperatur oder aus einer nach der letzten Ansteuerung des Antriebs gespeicherten Motortemperatur gebildet, wobei zur Umgebungstemperatur ein Temperaturoffset addiert wird.
Befindet sich das Fahrzeug für einen längeren Zeitraum im Ruhezustand, beispielsweise länger als ein Tag, dann wird die aktuell gemessene Umgebungstemperatur bei der Berechnung des Energiestartwerts berücksichtigt. Ansonsten wird die nach der letzten Ansteuerung des Antriebs gespeicherte Motortemperatur bei der Berechnung des Energiestartwertes berücksichtigt.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Berechnung der leistungsabhängigen Energiezufuhr aus einer Motorperiode ein zugehöriger Motorstrom bestimmt, wel¬ cher mit der zugehörigen Motorspannung multipliziert wird. Die Motorperiode entspricht dabei dem Kehrwert der Motor¬ drehzahl.
Durch die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Steuergerät lassen sich Hardwarekomponenten zum Tempe¬ raturschutz eines Antriebs einsparen und das Verhalten des Antriebs im Reversierfall verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise mit und ohne Zeitinfor¬ mation von einem Bussystem funktionsfähig und kann daher auch relativ kostengünstig umgesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens umfasst eine Auswerte- und Steuereinheit zum Ermitteln einer aktuellen Motortemperatur des angesteuerten Antriebs, welche in Form eines Energiewertes umgesetzt wird, zum Aktivieren und Ausführen einer Abkühlfunktion, wenn der ermittelte Energiewert einen vorgegebenen ersten Schwellwert übersteigt oder wenn die Ansteuerung des Antriebs beendet ist, und zum Deaktivieren der Abkühlfunktion in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzeugzustand, und Mittel zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugstandes und der Umgebungstemperatur, wobei der Antrieb über einen zugeordneten Schalter gesperrt oder freigegeben wird. Der Schalter kann beispielsweise als Halb¬ leiterschalter oder als Relais ausgeführt sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines ersten Teils eines
Verfahrens zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug, Fig. 2 ein Flussdiagramm eines zweiten Teils des
Verfahrens zum Temperaturschutz für mindestens einen Antrieb in einem Fahrzeug,
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Teilverfahrens zum
Bestimmen eines aktuellen Energiewertes aus Fig. 1,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung von Kennlinien für eine Abkühlfunktion,
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung einer Strom- Motorperiodenkennlinie, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens aus Fig. 1 und 2.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Temperaturschutz von mindestens einem Antrieb 1 in einem Fahrzeug 3 eine Auswerte- und Steuereinheit 2, welche beispielsweise einen nicht dargestellten Mikroprozessor umfasst, zum Ermitteln einer aktuellen Motortemperatur TM des angesteuerten Antriebs 1, welche in Form eines Energiewertes WE umgesetzt wird, zum Aktivieren und Ausführen einer Abkühlfunktion Fκ, wenn der ermittelte Energiewert WE einen vorgegebenen ersten Schwell- wert Sl übersteigt oder wenn die Ansteuerung des Antriebs 1 beendet ist, und zum Deaktivieren der Abkühlfunktion Fκ in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzeugzustand, und Mitteln 5, 6 zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugstandes und der Umge¬ bungstemperatur TA, wobei der Antrieb 1 über einen zugeord¬ neten Schalter 4 gesperrt oder freigegeben wird. Der Schalter 4 kann beispielsweise als Halbleiterschalter und/oder als Relais ausgeführt sein.
Wie auf Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird bei dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren zum Temperaturschutz von mindestens einem von einer Auswerte- und Steuereinheit 2 über einen Schalter 4 angesteuerten Antrieb 1 in einem Fahrzeug 3, nach der Ansteuerung des Antriebs 1 im Schritt SlOO im Schritt S200 ein aktueller Energiewert WE des Antriebs 1 ausgehend
von einem Startwert Ws bestimmt. Der Schritt S200 wird nach¬ folgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 detaillierter beschrie¬ ben. Im Schritt S300 wird der ermittelte Energiewert WE mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert Sl verglichen, der bei¬ spielsweise eine maximale zulässige Energiemenge repräsen¬ tiert, welche der Antrieb 1 ohne Schaden zu nehmen aufnehmen kann. Ergibt der Vergleich im Schritt S300, dass der vorgege¬ bene Schwellwert noch nicht erreicht ist, dann wird im Schritt S350 überprüft, ob eine weitere Ansteuerungsanfor¬ derung vorliegt. Liegt eine weitere Ansteuerung vor, dann kehrt das Verfahren zum Ausgangspunkt zurück und es wird im Schritt S200 erneut der aktuelle Energiewert WE ermittelt. Vor der Wiederholung des Schrittes S200 kann eine Wartezeit vorgegeben werden, die beispielsweise von einem entsprechend programmierten Zähler umgesetzt wird. Ergibt der Vergleich im Schritt 300, dass der ermittelte Energiewert WE den vorgege¬ benen ersten Schwellwert Sl übersteigt, dann wird im Schritt S400 der Antrieb 1 für eine weitere Ansteuerung gesperrt. Anschließend wird im Schritt S500 eine Abkühlfunktion Fκ aktiviert. Die Abkühlfunktion Fκ wird auch aktiviert, wenn bei der Überprüfung im Schritt S350 festgestellt wird, dass keine weitere Ansteuerung des Antriebs 1 vorliegt. Anschließend wird im Schritt S600 durch Auswerten der Signale der Mittel 5, 6 zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugstandes der aktuelle Fahrzeugzustand ermittelt.
Wird im Schritt S600 ein erster Fahrzeugzustand erkannt, welcher beispielsweise einem normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 3 entspricht, dann wird zum Knoten 10 in Fig. 2 verzweigt und im Schritt S700 beispielsweise aus dem ermittelten Energiewert WE und einer vorgegebenen antriebs- abhängigen Abkühlkennlinie WK2 (siehe Fig. 4) , welche das Abkühlverhalten des zugehörigen Antriebs 1 abbildet, die
aktuelle Motortemperatur TM bestimmt. Im Schritt S800 wird überprüft, ob die im Schritt S700 ermittelte aktuelle Motortemperatur TM den ersten Schwellwert Sl erreicht hat oder unterschreitet. Ist der Vergleich im Schritt S800 positiv, dann wird der Antrieb 1 im Schritt S900 für eine erneute Ansteuerung freigegeben. Ist der Vergleich im Schritt S800 negativ, dann werden die Schritte S700 bis S800 wieder¬ holt, wobei vor der Wiederholung eine Wartezeit vorgegeben werden kann. Im Schritt SlOOO wird die aktuelle Umgebungs¬ temperatur TA gemessen, beispielsweise mit einem Temperatur¬ sensor 6. Im Schritt S1100 wird überprüft, ob die bestimmte aktuelle Motortemperatur TM niedriger als die gemessene aktuelle Umgebungstemperatur TA ist. Ergibt der Vergleich im Schritt S1100, dass die aktuelle Motortemperatur TM nicht niedriger als die gemessene aktuelle Umgebungstemperatur TA ist, dann kehrt das Verfahren nach einer erneuten Bestimmung der aktuellen Motortemperatur TM im Schritt 1200 zum Schritt SlOOO zurück und es wird erneut die aktuelle Außentemperatur TA bestimmt. Vor dem Schritt S1200 kann eine Wartezeit vorge¬ geben werden, die beispielsweise von einem entsprechend programmierten Zähler umgesetzt wird. Ergibt der Vergleich im Schritt 1100, dass die aktuelle Motortemperatur TM niedriger als die gemessene aktuelle Umgebungstemperatur TA ist, dann werden im Schritt S1800 die aktuelle Motortemperatur TM und die aktuelle Außentemperatur TA gespeichert und anschließend wird im Schritt S1900 die Abkühlfunktion Fκ deaktiviert.
Wird im Schritt S600 ein zweiter Fahrzeugzustand erkannt, welcher beispielsweise einem Ruhebetrieb des Fahrzeugs 3 entspricht, vorzugsweise einem geparkten Zustand des Fahrzeugs 3, dann wird im Schritt S1300 überprüft, ob die aktuelle Motortemperatur kleiner oder gleich einem zweiten Schwellwert S2 ist, welcher kleiner als der erste Schwellwert
Sl ist. Ist die Überprüfung im Schritt S1300 positiv, dann wird im Schritt S1330 anlog zum Schritt S900 der Antrieb wieder freigegeben, wenn er vorher gesperrt war. Anschließen wird zum Knoten 30 in Fig. 2 verzweigt. Ist die Überprüfung im Schritt S1300 negativ, dann wird im Schritt S1350 eine NachlaufZeitspanne TN gestartet, für welche das zugehörige Steuergerät zur Ausführung der Abkühlfunktion Fκ mindestens noch aktiviert bleibt, bevor es in einen Ruhezustand wechselt. Dann wird zum Knoten 20 in Fig. 2 verzweigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird nach dem Knoten 20 im Schritt S1400 überprüft, ob die vorgebbare Zeitspanne TN abgelaufen ist. Ist die Zeitspanne TN noch nicht abgelaufen, dann wird im Schritt S1500 analog zum Schritt S700, beispielsweise aus dem aktuellen Energiewert WE und der vorgegebenen antriebsabhängigen Abkühlkennlinie WK2, die aktuelle Motortemperatur TM bestimmt. Im Schritt S1600 wird überprüft, ob die aktuelle Motortemperatur TM den ersten Schwellwert Sl unterschreitet. Ergibt der Vergleich im Schritt S1600, dass die aktuelle Motortemperatur TM den ersten Schwellwert Sl noch nicht erreicht hat, dann wird zum Knoten 20 zurück gesprungen und der Schritt S1400 wird wiederholt. Vor der Wiederholung des Schritts S1400 kann beispielsweise eine Wartezeit vorgegeben werden, die beispielsweise von einem entsprechend programmierten Zähler umgesetzt wird. Ergibt der Vergleich S1600, dass die aktuelle Motortemperatur TM den ersten Schwellwert Sl unterschreitet, dann wird im Schritt S1700 analog zum Schritten S900 der Antrieb wieder freigegeben und anschließend zum Knoten 20 zurück gesprungen und der Schritt S1400 wird wiederholt. Zusätzlich kann vor dem Rücksprung eine programmierbare Wartezeit vorgesehen sein.
Wird im Schritt S1400 festgestellt, dass die vorgegebene Zeitspanne TN abgelaufen ist, dann wird zum Knoten 30 verzweigt. Am Knoten 30 wird das Verfahren mit dem Schritt S1800 fortgesetzt und die aktuelle Motortemperatur TM und die aktuelle Außentemperatur TA gespeichert. Anschließend wird im Schritt S1900 die Abkühlfunktion Fκ deaktiviert. Die vorgege¬ bene Zeitspanne TN und der vorgegebene erste und zweite Schwellwert Sl und S2 sind so gewählt, dass nach der Freigabe des Antriebs 1 eine erneute Ansteuerung des Antriebs 1 ohne Beschädigung möglich ist.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird im Schritt S200 der aktuelle Energiewert WE ausgehend von einem Energiestartwert W8 periodisch geschätzt, zu welchem in einem Schritt S230 eine berechnete leistungsabhängige Energiezufuhr Wz addiert wird. Der aktuelle Energiewert wird dann im Schritt S260 ausgegeben. Der Energiestartwert W5 wird aus einer aktuell gemessenen Umgebungstemperatur TA oder aus einer nach der letzten Ansteuerung des Antriebs 1 gespeicherten Motor¬ temperatur TM gebildet, wobei im Schritt S210 zur gemessenen Umgebungstemperatur TA, welche beispielsweise von einem Bussystem zur Verfügung gestellt wird, ein Temperaturoffset T0 addiert wird. Der Temperaturoffset dient als Sicherheits¬ aufschlag. Im anschließenden Schritt S220 wird die im Schritt 210 bestimmte Temperatur mittels einer zugehörigen Kennlinie in den entsprechenden Energiestartwert W3 umgewandelt. Die aktuell gemessene Umgebungstemperatur TA wird insbesondere nach Ablauf einer längeren Zeitspanne, z.B. von einem Tag, im Ruhezustand bei der Berechnung des Energiestartwerts Ws berücksichtigt.
Zur Berechnung der leistungsabhängigen Energiezufuhr Wz wird im Schritt S240 mittels einer entsprechenden Kennlinie (siehe
Fig. 5) aus einer Motorperiode MP ein zugehöriger Motorstrom I bestimmt, welcher zur Leistungsberechnung im Schritt S250 mit der zugehörigen Motorspannung U multipliziert wird. Aus der berechneten Leistung P und einer Zeitspanne wird dann die leistungsabhängige Energiezufuhr Wz berechnet, die im Schritt S230 aufsummiert wird.
Fig. 4 zeigt eine erste Kennlinie W0, welche den Temperatur¬ offset als Energiewert W0 umsetzt. Eine zweite Kennlinie WKi zeigt einen realen Verlauf einer antriebsabhängigen Abkühl- kurve ausgehend von einem Energiewert WE des Antriebs 1, wobei der reale Verlauf der Abkühlkurve einer Überlagerung von mindestens zwei e-Funktionen entspricht. Eine dritte Kennlinie WK2 zeigt einen durch Geradenstücke an den realen Verlauf angenäherten Kennlinienverlauf, welcher vom erfin¬ dungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Motor¬ temperatur TM während der aktivierten Abkühlfunktion Fκ verwendet wird.
Fig. 5 zeigt eine Strom-Motorperiodenkennlinie, aus welcher im Schritt S240 aus einer aktuellen Motorperiode MP, welche dem Kehrwert der Motordrehzahl entspricht, der aktuelle Motorstrom I bestimmt wird. Der Motorstrom wird wie bereits beschrieben ist, zur Bestimmung der leistungsabhängigen Energiezunahme W2 verwendet.