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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperaturschutz für mindestens
einen Antrieb in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und eine zugehörige
Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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In
der
DE 102 60 106
A1 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.
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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.
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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.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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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.
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Durch
die Berücksichtigung
des Fahrzeugzustandes bei der Deaktivierung der Abkühlfunktion, können in
vorteilhafter Weise Ruhestromanforderungen beim Temperaturschutz
des Antriebs berücksichtigt
werden.
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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.
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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 Schwellwert und/oder einen zweiten Schwellwert erreicht
oder unterschreitet. Die vorgebbare Zeitspanne wird beispielsweise
durch Setzen eines Abwärtszählers vorgegeben,
der dann auf Null herunterzählt,
eine externe Zeitinformation ist nicht erforderlich.
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Die
vorgebbare Zeitspanne für
die Deaktivierung der Abkühlfunktion
wird beispielsweise in Abhängigkeit
vom Temperaturverhalten 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
Abkühlfunktion
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.
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Der
erste Fahrzeugzustand entspricht beispielsweise einem normalen Fahrbetrieb
des Fahrzeugs und der zweite Fahrzeugzustand entspricht einem Ruhebetrieb
des Fahrzeugs, vorzugsweise einem geparkten Zustand des Fahrzeugs.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nach der Aktivierung des Antriebs der aktuelle Energiewert
ausgehend von einem Energiestartwert periodisch geschätzt, zu
welchem eine berechnete leistungsabhängige Energiezufuhr addiert
wird.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Energiestartwert
aus der aktuell gemessenen Umgebungstemperatur oder aus einer nach
der letzten Ansteuerung des Antriebs gespeicherten Motortemperatur
gebildet, wobei zur Umgebungstemperatur ein Temperaturoffset addiert wird.
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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.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Berechnung
der leistungsabhängigen
Energiezufuhr aus einer Motorperiode ein zugehöriger Motorstrom bestimmt,
welcher mit der zugehörigen
Motorspannung multipliziert wird. Die Motorperiode entspricht dabei
dem Kehrwert der Motordrehzahl.
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Durch
die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Steuergerät lassen sich
Hardwarekomponenten zum Temperaturschutz eines Antriebs einsparen
und das Verhalten des Antriebs im Reversierfall verbessern. Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist in vorteilhafter Weise mit und ohne Zeitinformation von einem
Bussystem funktionsfähig
und kann daher auch relativ kostengünstig umgesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens 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 Halbleiterschalter oder als Relais ausgeführt sein.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Flussdiagramm eines ersten Teils eines Verfahrens zum Temperaturschutz
für mindestens
einen Antrieb in einem Fahrzeug,
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2 ein
Flussdiagramm eines zweiten Teils des Verfahrens zum Temperaturschutz
für mindestens
einen Antrieb in einem Fahrzeug,
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3 ein Flussdiagramm eines Teilverfahrens
zum Bestimmen eines aktuellen Energiewertes aus 1,
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4 ein
Diagramm zur Darstellung von Kennlinien für eine Abkühlfunktion,
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5 ein
Diagramm zur Darstellung einer Strom-Motorperiodenkennlinie, und
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6 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus 1 und 2.
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Wie
aus 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
FK, wenn der ermittelte Energiewert WE einen vorgegebenen ersten Schwellwert S1 übersteigt oder
wenn die Ansteuerung des Antriebs 1 beendet ist, und zum
Deaktivieren der Abkühlfunktion
FK in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzeugzustand,
und Mitteln 5, 6 zur Bestimmung des aktuellen
Fahrzeugstandes und der Umgebungstemperatur TA,
wobei der Antrieb 1 über
einen zugeordneten Schalter 4 gesperrt oder freigegeben
wird. Der Schalter 4 kann beispielsweise als Halbleiterschalter
und/oder als Relais ausgeführt
sein.
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Wie
auf 1 und 2 ersichtlich ist, wird bei
dem erfindungsgemäßen 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
S100 im Schritt S200 ein aktueller Energiewert WE des
Antriebs 1 ausgehend von einem Startwert WS bestimmt.
Der Schritt S200 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 detaillierter beschrieben. Im Schritt
S300 wird der ermittelte Energiewert WE mit einem
vorgebbaren ersten Schwellwert S1 verglichen, der beispielsweise
eine maximale zulässige Energiemenge
repräsentiert,
welche der Antrieb 1 ohne Schaden zu nehmen aufnehmen kann.
Ergibt der Vergleich im Schritt S300, dass der vorgegebene Schwellwert
noch nicht erreicht ist, dann wird im Schritt S350 überprüft, ob eine
weitere Ansteuerungsanforderung 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 vorgegebenen ersten Schwellwert
S1 übersteigt,
dann wird im Schritt S400 der Antrieb 1 für eine weitere
Ansteuerung gesperrt. Anschließend
wird im Schritt S500 eine Abkühlfunktion
FK aktiviert. Die Abkühlfunktion FK 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.
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Wird
im Schritt S600 ein erster Fahrzeugzustand erkannt, welcher beispielsweise
einem normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 3 entspricht,
dann wird zum Knoten 10 in 2 verzweigt
und im Schritt S700 beispielsweise aus dem ermittelten Energiewert
WE und einer vorgegebenen antriebsabhängigen Abkühlkennlinie
WK2 (siehe 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 S1 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 wiederholt,
wobei vor der Wiederholung eine Wartezeit vorgegeben werden kann.
Im Schritt S1000 wird die aktuelle Umgebungstemperatur TA gemessen, beispielsweise mit einem Temperatursensor 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 S1000 zurück und es wird erneut die aktuelle
Außentemperatur
TA bestimmt. Vor dem Schritt S1200 kann eine
Wartezeit vorgegeben 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
FK deaktiviert.
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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 S1 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 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
FK mindestens noch aktiviert bleibt, bevor
es in einen Ruhezustand wechselt. Dann wird zum Knoten 20 in 2 verzweigt.
Wie aus 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
S1 unterschreitet. Ergibt der Vergleich im Schritt S1600, dass die
aktuelle Motortemperatur TM den ersten Schwellwert
S1 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 S1 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.
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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
FK deaktiviert. Die vorgegebene Zeitspanne
TN und der vorgegebene erste und zweite Schwellwert S1 und S2 sind
so gewählt,
dass nach der Freigabe des Antriebs 1 eine erneute Ansteuerung
des Antriebs 1 ohne Beschädigung möglich ist.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, wird im Schritt S200
der aktuelle Energiewert WE ausgehend von
einem Energiestartwert WS 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 WS wird aus einer aktuell gemessenen Umgebungstemperatur
TA oder aus einer nach der letzten Ansteuerung
des Antriebs 1 gespeicherten Motortemperatur TM gebildet,
wobei im Schritt S210 zur gemessenen Umgebungstemperatur TA, welche beispielsweise von einem Bussystem
zur Verfügung
gestellt wird, ein Temperaturoffset To addiert
wird. Der Temperaturoffset dient als Sicherheitsaufschlag. Im anschließenden Schritt
S220 wird die im Schritt 210 bestimmte Temperatur mittels einer
zugehörigen
Kennlinie in den entsprechenden Energiestartwert WS 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.
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Zur
Berechnung der leistungsabhängigen Energiezufuhr
WZ wird im Schritt S240 mittels einer entsprechenden
Kennlinie (siehe
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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.
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4 zeigt
eine erste Kennlinie Wo, welche den Temperaturoffset
als Energiewert Wo umsetzt. Eine zweite
Kennlinie WK1 zeigt einen realen Verlauf einer
antriebsabhängigen
Abkühlkurve
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 erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung
der aktuellen Motortemperatur TM während der
aktivierten Abkühlfunktion
FK verwendet wird.
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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
WZ verwendet.