DE102010049868B4 - Steuern einer Kühlung einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Kühlung (1) einer Antriebsquelle (3) eines Kraftfahrzeugs (13), wobei die Kühlung (1)- einen einen variabel steuerbaren Querschnitt (7) aufweisenden Lufteintritt (5),- eine dem Lufteintritt (5) vor- oder nachgeschaltete Lüftervorrichtung (9) und- einen auf eine Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt (5) nachgeschalteten und der Antriebsquelle (3) zur Kühlung zugeordneten Kühler (11) aufweist, mit:- Ermitteln eines ersten Vorhersagewerts (19) einer eine relative Leistungsmehraufnahme der Lüftervorrichtung (9) kennzeichnenden Lüfterleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitts (7) eine Ist-Temperatur des Kühlers (11) ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten,- Ermitteln eines zweiten Vorhersagewerts (21) einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle (3) kennzeichnenden Antriebsleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei der Änderung des Querschnitts (7) einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs (13) konstant zu halten,- Ermitteln einer Bilanz (23) des ersten und des zweiten Vorhersagewerts (19,21),- Durchführen der Änderung des Querschnitts (7) in Abhängigkeit von der Bilanz (23).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Kühlung einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kühlung einen einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, eine dem Lufteintritt nachgeschaltete Lüftervorrichtung und einen mit einer Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt nachgeschalteten und der Antriebsquelle zur Kühlung zugeordneten Kühler aufweist, sowie ein vorrichtungs- und/oder verfahrensgemäßes Kraftfahrzeug.
• Steuern einer Kühlung einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs ist bekannt. Das Steuern kann unter Verwendung einer sogenannten Kühlerjalousie, mittels der der Querschnitt des Lufteintritts veränderbar ist, erfolgen, wobei die Veränderung des Querschnitts beispielsweise während einer Warmlaufphase der Antriebsquelle eine schnellere Erwärmung derselben und grundsätzlich während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs eine Veränderung des Luftwiderstands des Kraftfahrzeugs bewirken kann. Der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs wird bei verringertem Querschnitt des Lufteintritts verbessert, wobei im Gegenzug ein durch die Kühlung hindurchgeführter Luftmassenstrom und damit eine Kühlleistung verringert werden, und umgekehrt. Aus der nicht veröffentlichten Anmeldung derselben Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen K17209, ist ein Verfahren zum Steuern einer Blende im Kühlluftstrom eines Kraftfahrzeuges bei in Betrieb befindlicher Klimaanlage in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels einer Steuerung, wobei die Steuerung oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle ein Verkleinern oder Verschließen der Blende und unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle ein Vergrößern oder Öffnen der Blende vorgibt, bekannt. Es sind die Schritte, Bestimmen der Geschwindigkeitsschwelle in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks, Öffnen oder Vergrößern der Blende unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle auch bei Unterschreiten einer Betriebstemperatur des Kühlwassers des Motors und ein Verkleinern oder Verschließen der Blende oberhalb der vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle auch bei einer Umgebungstemperatur > 30° C vorgesehen. Es werden Leistungsvorteile durch Schließen der Blende mit Leistungseinbußen in einer Ansteuerung eines Klimakompressors bilanziert. Aus der DE 10 2005 034 775 A1 ist eine Jalousiesteuerung bekannt, die nicht nur die Temperatur des Verbrennungsmotors oder die Temperatur der Kühlflüssigkeit als Eingangsgröße hat, sondern die als weitere Betriebsgröße die Solltemperatur, das Ansteuersignal für den Lüftermotor, die Ansauglufttemperatur, die Fahrertypklassifizierung, die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den Betriebszustand der Klimaanlage und die Fehlerdiagnose der On-Board-Diagnosesysteme als Eingangsgrößen für die Entscheidungsfindung, ob die Jalousie geöffnet oder geschlossen werden soll, auswertet. Die DE 36 25 375 C2 offenbart eine Kühlluftklappen- und Gebläsesteuerung für den Brennkraftmaschinenraum in einem Kraftfahrzeug. Es ist vorgesehen, dass, wenn das Steuergerät bei Erreichen der Schwelltemperatur die Kühlluftklappen von der teilweise geöffneten Stellung in die voll geöffnete Stellung steuert, der über ein Tastverhältnis eingestellte Spannungswert zur Ansteuerung der Drehzahl des Gebläses vom Steuergerät, um einen bestimmten Betrag abgesenkt wird. Aus der DE 30 43 477 A1 ist eine Regelschaltung für einen Kühlerventilator eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Regelschaltung weist eine magnetisch gesteuerte Kompressorkupplung, einen elektrischen Antriebsmotor für den Kühlerventilator, einen ersten, der Kompressorkupplung zugeordneten thermostatisch gesteuerten Schalter, einen ersten Steuerschalter zum Regeln der elektrischen Leistung des Antriebsmotors für den Kühlerventilator und einen in Reihe mit dem ersten Steuerschalter und dem Motor geschalteten, insbesondere veränderbaren, Widerstand zum Reduzieren des elektrischen Leistungsverbrauchs des Antriebsmotors auf.
• Die DE 32 11 793 C2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlung mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, welches unter anderem auch die Auswirkung des Querschnitts des Lufteintritts auf den Strömungswiderstand des Fahrzeugs berücksichtigt.
• Die DE 197 28 351 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlung mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, welches insbesondere die Temperaturen ausgewählter Bauteile des Fahrzeugs des Fahrzeugs berücksichtigt, deren Temperatur besonders schnell auf einen erhöhten Wärmeanfall hin ansteigt.
• Die DE 197 19 792 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlung mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, welches die Leistung energieverbrauchender Aggregate der Kühlungssteuerung anhand eines vorab bestimmten Kennfeldes einstellt. Hierbei wird ebenfalls der Energiebedarf aufgrund einer Änderung des Strömungswiderstands des Fahrzeugs berücksichtigt.
• Die DE 101 63 943 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlung mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, welches die Leistung energieverbrauchender Aggregate der Kühlungssteuerung bei der Festlegung einer Priorisierung für die Nutzung der unterschiedlichen energieverbrauchenden Aggregate der Kühlungssteuerung berücksichtigt. Hierbei wird ebenfalls der Energiebedarf aufgrund einer Änderung des Strömungswiderstands des Fahrzeugs berücksichtigt.
• Die DE 10 2005 044 559 A1 offenbart ein Kühlmodul mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, bei dem der Querschnitt mittels Klappen und/oder Jalousien steuerbar ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Steuern einer Kühlung einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere eine möglichst energieeffiziente Steuerung der Kühlung bereitzustellen, wobei als Stellelement ein Lufteintritt mit einem variabel steuerbaren Querschnitt verwendet wird.
• Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Steuern einer Kühlung einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kühlung einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, eine dem Lufteintritt vor- oder nachgeschaltete Lüftervorrichtung und einen auf Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt nachgeschalteten und der Antriebsquelle zur Kühlung zugeordneten Kühler aufweist, durch Ermitteln eines ersten Vorhersagewerts einer eine relative Mehrleistungsaufnahme der Lüftervorrichtung kennzeichnenden Lüfterleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitts eine Ist-Temperatur des Kühlers ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten, Ermitteln eines zweiten Vorhersagewerts einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle kennzeichnenden Antriebsleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei der Änderung des Querschnitts einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs konstant zu halten, Ermitteln einer Bilanz des ersten und des zweiten Vorhersagewerts und Durchführen der Änderung des Querschnitts in Abhängigkeit der Bilanz gelöst. Vorteilhaft kann die Bilanz in Form einer Energiebilanz beziehungsweise Leistungsbilanz erstellt werden, so dass diese vorteilhaft eine Aussage über eine Energieeffizienz der Kühlung sowie der damit gekühlten Antriebsquelle ermöglicht. Vorteilhaft erfolgt die Änderung des Querschnitts in Abhängigkeit der Bilanz und damit vorteilhaft hinsichtlich der einfließenden Parameter energieoptimal. Bei der Antriebsleistungsgröße und/oder der Lüfterleistungsgröße kann es sich um eine relative, absolute und/oder als Differenz gebildete Größe handeln. Unter einem konstanten Fahrzustand kann beispielsweise eine, insbesondere vorausgesetzt angenommene, konstante Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung verstanden werden. Unter einem auf eine Solltemperatur regelbaren Kühler wird im Zusammenhang der Erfindung auch eine Regelung verstanden, bei der die Überschreitung einer Höchsttemperatur verhindert wird.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, ist ein Ändern des Querschnitts mittels einer Kühlerjalousie vorgesehen. Die Kühlerjalousie kann vorteilhaft auf einfache Art und Weise angesteuert werden, um den Querschnitt zu vergrößern oder zu verkleinern.
• Die Kühlerjalousie ist vorteilhaft in einen Luftmassenstrom, der dem Lüfter und diesem nachgeschaltet, dem Kühler zugeführt wird, geschaltet.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Lufteinlass die Kühlerjalousie und einen der Kühlerjalousie parallel geschalteten Konstantlufteinlass aufweist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass auch bei komplett geschlossener Kühlerjalousie, stets durch den Konstantlufteinlass ein Mindestluftmassenstrom zum Kühlen des Kühlers gewährleistet ist. Dadurch ist es insbesondere vorteilhaft möglich, die Kühlerjalousie mittels einer zwei Zustände aufweisenden Steuerung, gänzlich geöffnet und gänzlich geschlossen, anzusteuern. Vorteilhaft ist bei gänzlich geschlossener Kühlerjalousie eine Mindestkühlung über den Konstantlufteinlass gewährleistet.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, sind ein Normieren der Vorhersagewerte und/oder ein Normieren der Vorhersagewerte auf einen Primärenergiebedarf der Antriebsquelle vorgesehen. Der Primärenergiebedarf kann beispielsweise als ein Kraftstoffverbrauch der Antriebsquelle, beispielsweise ein Benzin, ein Alkohol, Wasserstoff und/oder Ähnliches, ausgedrückt werden. Vorteilhaft können dadurch insbesondere in einem Triebstrang des Kraftfahrzeugs auftretende Verluste mit berücksichtigt werden, so dass die Steuerung der Kühlung hinsichtlich des Primärenergiebedarfs optimiert werden kann.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, sind ein Durchführen der Änderung des Querschnitts und/oder Einstellen der Lüfterleistungsgröße auf den ersten Vorhersagewert, falls die Bilanz ein erstes Vorzeichen aufweist und, ein Unterdrücken der Änderung des Querschnitts, falls die Bilanz ein dem ersten Vorzeichen entgegengesetztes zweites Vorzeichen aufweist, vorgesehen. Es ist vorteilhaft möglich, die Änderung des Querschnitts mittels einer übergeordneten Steuerung zu berechnen, wobei in Abhängigkeit der Bilanz eine durch die übergeordnete Steuerung anforderbare Änderung des Querschnitts unterdrückt oder freigegeben werden kann. Dies kann vorteilhaft für ein Öffnen, also ein Vergrößern des Querschnitts und ein Schließen, also ein Verkleinern des Querschnitts mittels der Kühlerjalousie erfolgen, wobei vorteilhaft eine Wahl des Querschnitts hinsichtlich der Bilanz energieoptimal ist. Vorteilhaft können Steuerbefehle der übergeordneten Steuerung, die eine Verschlechterung der Energieeffizienz bewirken würden, verhindert werden. Vorteilhaft kann dies mittels eines minimalen Rechenaufwandes, also speicherplatz- und hardwareschonend, erfolgen.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, sind ein Einstellen des Querschnitts auf einen Minimalwert, falls sich das Kraftfahrzeug in einer Warmlaufphase befindet, und ein Durchführen der Änderung des Querschnitts in Abhängigkeit von der Bilanz, falls sich das Kraftfahrzeug in einer Betriebsphase befindet, vorgesehen. Vorteilhaft kann gewährleistet werden, dass sich die Antriebsquelle während der Warmlaufphase möglichst schnell erwärmt, also möglichst schnell eine Betriebstemperatur erreicht. Außerdem kann in der Betriebsphase die vorab beschriebene Energieeffizienz erzielt werden.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln des zweiten Vorhersagewerts mittels der Formel ΔP_L = ½ Δc_W*A*ρ*v*v*v vorgesehen, wobei ΔP_L eine von der Änderung des Querschnitts abhängige Änderung einer Luftwiderstandsleistung des Kraftfahrzeugs, Δc_w eine Änderung eines Luftwiderstandsbeiwerts, verursacht durch die Änderung des Querschnitts, A eine Querschnittsfläche des Kraftfahrzeugs, p eine das Kraftfahrzeug umgebende Luftdichte und v eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sind. Vorteilhaft kann die mittels der Kühlerjalousie bewirkte Änderung des Querschnitts über die damit bewirkte Änderung des Luftwiderstandsbeiwerts in die Änderung der Luftwiderstandsleistung des Kraftfahrzeugs umgerechnet werden.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln des ersten Vorhersagewerts mittels eines Kennfelds und/oder ein Ermitteln des ersten Vorhersagewerts mittels des Kennfelds, wobei das Kennfeld die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Luftdichte p und eine aktuelle Leistungsaufnahme P_KL der Lüftervorrichtung als Eingangsgrößen aufweist, vorgesehen. Vorteilhaft kann der erste Vorhersagewert auf einfache Art und Weise mittels des Kennfelds ermittelt werden, wobei das Kennfeld im Vorfeld, beispielsweise durch Versuche, ermittelt und bereitgestellt werden kann. Vorteilhaft ist eine vergleichsweise geringe Ressourcenbelastung, insbesondere Speicherbedarf und Rechenzeit, möglich.
• Die Aufgabe ist außerdem bei einer Kühlungseinrichtung (im folgenden als Kühlung bezeichnet), einer Antriebsquelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen variabel steuerbaren Querschnitt aufweisenden Lufteintritt, einer dem Lufteintritt vor- oder nachgeschalteten Lüftervorrichtung und einem mit einer Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt nachgeschalteten und der Antriebsquelle zur Kühlung zugeordneten Kühler durch eine Steuerung, mittels der ein erster Vorhersagewert einer eine relative Mehrleistungsaufnahme der Lüftervorrichtung kennzeichnenden Lüfterleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitts eine Ist-Temperatur des Kühlers ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten, ermittelbar und ein zweiter Vorhersagewert einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle kennzeichnenden Antriebsleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei der Änderung des Querschnitts eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs konstant zu halten, ermittelbar und eine Bilanz des ersten und des zweiten Vorhersagewerts ermittelbar und die Änderung des Querschnitts in Abhängigkeit von der Bilanz durchführbar ist, gelöst. Die Kühlung ist insbesondere eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
• Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Kühlung und/oder eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Ansicht einer Kühlung eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Querschnitt eines Lufteintritts maximal ist;
• 2 die schematische Ansicht der in 1 gezeigten Kühlung, wobei im Unterschied der Querschnitt des Lufteintritts minimal ist;
• 3 ein Schaubild einer Lüfterleistung über einem Tastverhältnis einer Lüftervorrichtung der in den 1 und 2 gezeigten Kühlung; und
• 4 ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln einer Bilanz zur Steuerung der in den 1 und 2 gezeigten Kühlung.
• 1 zeigt eine Kühlung 1 einer Antriebsquelle 3 eines Kraftfahrzeugs 13. Die Kühlung 1 weist einen Lufteintritt 5 auf, über den ein mittels Pfeilen 33 symbolisierter Luftmassenstrom der Kühlung 1 zuführbar ist. Der Lufteintritt 5 weist einen den mittels der Pfeile 33 symbolisierten Luftmassenstrom führenden Querschnitt 7 auf. Der Querschnitt 7 ist variabel steuerbar.
• Der mittels den Pfeilen 33 symbolisierte Luftmassenstrom dient zum Kühlen der Antriebsquelle 3 und ist über eine Lüftervorrichtung 9 und einen mittels eines Thermostaten 3a mit Bypass auf eine Solltemperatur regelbaren Kühler 11 der Antriebsquelle 3 zuführbar. Die Regelung auf Solltemperatur kann auch mit anderen Mitteln erfolgen. Die Lüftervorrichtung 9 ist dem Lufteintritt 5 nachgeschaltet. Der Kühler 11 ist der Lüftervorrichtung 9 vorgeschaltet, kann ihr allerdings auch nachgeschaltet sein.
• Mittels der Lüftervorrichtung 9 ist der mittels der Pfeile 33 symbolisierte Luftmassenstrom zusätzlich antreibbar. Eine weitere Antriebsquelle des Luftmassenstroms stellt ein mittels eines Fahrtwindes auftretender Staudruck an dem Lufteintritt 5 dar.
• Zum variablen Steuern des Querschnitts 7 weist der Lufteintritt 5 eine Kühlerjalousie 15 und dieser parallel geschaltet einen Konstantlufteinlass 17 auf. Gemäß der Darstellung der 1 strömen 80 % des Luftmassenstroms durch die in 1 geöffnete Kühlerjalousie 15 und 20 % des Luftmassenstroms durch den Konstantlufteinlass 17. Dies ist mittels zwei Pfeilen für den Konstantlufteinlass 17 und mittels acht Pfeilen für die Kühlerjalousie 15 in 1 symbolisiert. Die den Konstantlufteinlass 17 und die Kühlerjalousie 15 passierenden Teilluftmassenströme werden vor dem Kühler 9 vereinigt und passieren gemeinsam die Lüftervorrichtung 9, den Kühler 11 und die Antriebsquelle 3. Ein entsprechender Luftauslass der Kühlung 1 ist in 1 nicht näher dargestellt.
• 2 zeigt die schematische Ansicht gemäß 1 der Kühlung 1. Im Unterschied ist die Kühlerjalousie 15 gänzlich geschlossen und die Lüftervorrichtung 9 mit einer höheren Leistung betrieben. Mittels drei Pfeilen 33 ist in 2 symbolisiert, dass in diesem Schaltzustand der Kühlung 1 30 % des in 1 symbolisierten Luftmassenstroms durch den Konstantlufteinlass 17 und damit durch den Kühler 11 zur Kühlung der Antriebsquelle 3 strömen. Die Erhöhung des Teilluftmassenstroms durch den Konstantlufteinlass 17 rührt von einer Leistungserhöhung der Lüftervorrichtung 9. Alternativ und/oder zusätzlich kann dies auch eine höhere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, also ein höherer Staudruck an dem Lufteintritt 5 bewirken.
• Die Antriebsquelle 3 ist dem Kühler 11 der Kühlung 1 zugeordnet, insbesondere mittels Kühlwasserschläuchen, wobei beispielsweise eine Wasserkühlung der Antriebsquelle 3 erfolgt.
• 3 zeigt ein Schaubild einer Lüfterleistung P_KL in % über einem Tastverhältnis zur Ansteuerung der in den 1 und 2 gezeigten Lüftervorrichtung 9. Das Tastverhältnis in % ist auf einer x-Achse 25 und die Lüfterleistung P_KL auf einer y-Achse 27 des in 3 gezeigten Schaubildes aufgetragen. Ein Graph 29 verdeutlicht einen quadratischen Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis und der Lüfterleistung P_KL.
• Insbesondere zur Steuerung der Lüfterleistung, also zur Vorgabe des Tastverhältnisses, wie in 3 dargestellt, weist die Kühlung 1 eine in den 1 und 2 dargestellte Steuerung 31 auf. Die Steuerung dient zum variablen Steuern des Querschnitts 7, also zur Ansteuerung der Kühlerjalousie 15, zum Vorgeben des auf der in 3 dargestellten y-Achse 27 dargestellten Tastverhältnisses, also der Lüfterleistung P_KL der Lüftervorrichtung 9 sowie gegebenenfalls zur Ansteuerung weiterer Stellelemente der Kühlung 1, beispielsweise Stellelementen zum Einstellen einer Ist-Temperatur des Kühlers 11 gemäß einer vorgebbaren Solltemperatur. Bei den Stellelementen kann es sich beispielsweise um eine Wasserpumpe, Ventile und/oder Ähnliches handeln. Eine Ansteuerung der Kühlerjalousie 15 und der Lüftervorrichtung 9, also eine Beeinflussung des mittels der Pfeile 33 dargestellten Luftmassenstroms wirkt ebenfalls auf die Ist-Temperatur des Kühlers 11.
• Im Folgenden wird ein Verfahren zum Steuern der Kühlung 1, insbesondere unter Berücksichtigung beziehungsweise als Teil einer Gesamtregelung der Ist-Temperatur des Kühlers 11 beziehungsweise der Antriebsquelle 3 näher erläutert.
• Mittels der Steuerung 31 ist es möglich, eine Anforderung zum Schließen oder zum Öffnen der Kühlerjalousie 15 zu generieren. Dabei ist es möglich, dass diese Anforderung von weiteren Parametern, beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeit, eines Betriebszustandes im Allgemeinen des Kraftfahrzeugs 13, einer Fahrererkennung, einer Außentemperatur, der Ist-Temperatur des Kühlers 11 und/oder Ähnlichem abhängt. Dabei kann es grundsätzlich vorkommen, dass diese Anforderung hinsichtlich vorgebbaren Kriterien einen Energieverbrauch, insbesondere einen Primärenergieverbrauch der Antriebsquelle 3 positiv oder negativ beeinflusst. Im Folgenden wird beschrieben, wie vorteilhaft eine solche Anforderung zum Öffnen oder Schließen der Kühlerjalousie 15 hinsichtlich eines Energieverbrauchs der Antriebsquelle 3 optimiert beziehungsweise bilanziert werden kann. Dazu zeigt 4 einen schematischen Ablauf zum Ermitteln einer Bilanz 23, wobei in Abhängigkeit der Bilanz 23 die Änderung des Querschnitts 7 des Lufteintritts 5, also ein Schließen oder ein Öffnen der Kühlerjalousie 15, erfolgt.
• Zum Berechnen der Bilanz 23 werden ein erster Vorhersagewert 19 und ein zweiter Vorhersagewert 21 prädiziert beziehungsweise ermittelt. Der erste Vorhersagewert 19 kennzeichnet eine Lüfterleistungsgröße ΔP_KL beziehungsweise sagt diese vorher, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitt 7 die Ist-Temperatur des Kühlers 11 ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten. Der erste Vorhersagewert 19 kennzeichnet also eine Wirkung eines Stelleingriffes der Steuerung 13 an der Lüftervorrichtung 9, die gerade einen geplanten Stelleingriff an der Kühlerjalousie 15 kompensiert.
• Zur Ermittlung des ersten Vorhersagewerts 19 wird zunächst das Tastverhältnis 35 der Lüftervorrichtung 9 zur Verfügung gestellt. Hieraus ergibt sich eine aktuelle Kühlanforderung 37. Die aktuelle Kühlanforderung 37 wird mit einer Ausgangsgröße eines Kennfeldes 39 addiert. Das Kennfeld 39 weist als Eingangsgrößen eine das Fahrzeug umgebende Luftdichte p und eine Fahrzeuggeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs 13 auf. Aus der Summe der aktuellen Kühlanforderung 37 und der Ausgangsgröße des Kennfeldes 39 ergibt sich eine erhöhte Kühlanforderung 41. Die erhöhte Kühlanforderung 41 wird quadriert. Von dem Quadrat der erhöhten Kühlanforderung 41 wird das Quadrat der aktuellen Kühlanforderung 37 abgezogen. Als Ergebnis ergibt sich ein Faktor Δ Kühlleistung 43. Der Faktor Δ Kühlleistung 43 kann in % vorliegen, was in 3 beispielhaft mit Δ 20 % angegeben ist. In 3 ist zu erkennen, dass eine Erhöhung von 0 auf 20 % eine Erhöhung der Lüfterleistung um 4 % erforderlich macht. Eine Erhöhung des Faktors Δ Kühlleistung 43 um 20 % von 40 % auf 60 % bewirkt eine Erhöhung der Lüfterleistung von 20 %. Um dies zu ermitteln, also zum Ermitteln des ersten Vorhersagewerts 19, der eine absolute elektrische Mehrleistung an der Lüftervorrichtung 9 darstellt, wird eine maximale elektrische Lüfterleistung 45 mit dem Faktor Δ Kühlleistung 43 multipliziert. Der erste Vorhersagewert 19 gibt also eine absolute elektrische Mehrleistung an, die erforderlich wäre, um eine Wirkung auf die Ist-Temperatur des Kühlers 11 der Veränderung des Querschnitts 7, also beispielsweise einem Schließen der Kühlerjalousie 15, exakt zu kompensieren.
• Zum Ermitteln des zweiten Vorhersagewerts 21 wird eine erwartete Veränderung einer Luftwiderstandsleistung ΔP_L im Sinne einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle 3 kennzeichnenden beziehungsweise vorhersagenden Antriebsleistungsgröße berechnet, die sich aufgrund der Veränderung des Querschnitts 7, also beispielsweise dem Schließen der Kühlerjalousie 15, ergeben würde. Die erwartete Erhöhung der Luftwiderstandsleistung ΔP_L des zweiten Vorhersagewerts 21 lässt sich mittels der Formel: $$\Delta {\text{P}}_{\text{L}}=\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.*\Delta {\text{c}}_{\text{w}}*\text{A}*\mathrm{\rho }*\text{v}*\text{v}*\text{v}$$

  

  berechnen, wobei,
  ΔP_L die Änderung der Luftwiderstandsleistung,
  Δc_w die Änderung eines Luftwiderstandsbeiwerts des Kraftfahrzeugs 13, bewirkt durch das Schließen der Kühlerjalousie 15,
  A eine Querschnittsfläche des Kraftfahrzeugs 13,
  p eine das Kraftfahrzeug 13 umgebende Luftdichte und
  v eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 13 sind, berechnen.
• Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, einen Wirkungsgrad eines nicht näher dargestellten Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs 13 mit einzurechnen. In diesem Fall kann vorteilhaft die Lüfterleistung beziehungsweise die Änderung der Lüfterleistung ΔP_KL und/oder die Luftwiderstandsleistung beziehungsweise die Änderung der Luftwiderstandsleistung ΔP_L auf einen Primärenergieverbrauch der Antriebsquelle 3 zurückgerechnet werden, also beispielsweise einen Kraftstoffverbrauch.
• Wie in 4 zu erkennen, werden der erste Vorhersagewert 19 und der zweite Vorhersagewert 21 in einem Subtraktionsschritt, abhängig von einer Vorzeichenwahl von vorgelagerten Berechnungsschritten auch in einem Additionsschritt, zu der Bilanz 23 verarbeitet. Die Bilanz 23 weist entweder ein positives oder ein negatives Vorzeichen auf. Vorteilhaft kann anhand der Vorzeichen entschieden werden, ob es energetisch günstiger ist, die Anforderung zum Schließen der Kühlerjalousie 15 durchzuführen oder zu ignorieren.
• Vorteilhaft kann bei der Ansteuerung der Kühlerjalousie 15 eine Prädiktion erfolgen, welche Erhöhung der Lüfterleistung der Lüftervorrichtung 9 vorgenommen werden muss, um ein Kühlmittel des Kühlers 11 bei einem Schließen der Kühlerjalousie 15 konstant zu halten, also die Ist-Temperatur des Kühlmittels des Kühlers 11 auf der Solltemperatur des Kühlmittels des Kühlers 11 zu halten. Diese wird mit dem Leistungsvorteil der geschlossenen Kühlerjalousie 15 mittels der Bilanz 23 bilanziert. Bei positiver Leistungsbilanz wird dann das Schließen der Kühlerjalousie 15 freigegeben. Gibt es von möglichen anderen Funktionen eines übergeordneten Systems beziehungsweise der Steuerung 31 der Kühlerjalousie 15 kein Verbot, wird die Kühlerjalousie 15 geschlossen und die Ansteuerung des Lüfters um den prädizierten Wert, also den ersten Vorhersagewert 19, erhöht. Für ein Öffnen der Kühlerjalousie 15 kann der Vorgang analog erfolgen.
• Neben einem Fehlerzustand wird in einer Ansteuerungsfunktion mittels der Steuerung 31 zum Steuern der Kühlerjalousie 15 zwischen zwei Betriebszuständen des laufenden Kraftfahrzeugs 13 unterschieden. Erstens eine Warmlaufphase des Kraftfahrzeugs 13 beziehungsweise der Antriebsquelle 3 des Kraftfahrzeugs 13 und zweitens einem normalen Betriebszustand.
• In der Warmlaufphase besteht keine Kühlanforderung an die Kühlung 1. Das Schließen der Kühlerjalousie 15 kann hier stets freigegeben werden.
• Im normalen Betriebszustand werden vorteilhaft Leistungsvorteile durch Schließen der Kühlerjalousie 15 mit einer Mehrleistungsaufnahme in der Ansteuerung der Lüftervorrichtung 9 mittels der Bilanz 23 bilanziert.
• Für die Ansteuerung der Kühlerjalousie 15 erfolgt vorteilhaft die Prädiktion, welche Lüftermehrleistung ΔP_KL = f (P_KL,aktuell, ρ, v) benötigt wird. Hierzu wird das Kennfeld 39 verwendet, dessen Eingangsgrößen aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Luftdichte p besteht. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Kennfeld als zusätzliche Eingangsgröße auch den Wert der aktuellen Lüfteransteuerung, also das Tastverhältnis Kühler-Lüfter 35 aufweisen. Als Ausgangsgröße erhält man die erhöhte Kühlanforderung 41 beziehungsweise ein Mehrlüftertastverhältnis in %, das in 3 beispielhaft mit Δ 20 % gekennzeichnet ist. Vorteilhaft muss der genaue Zusammenhang nicht mittels einer Formel aufwändig numerisch berechnet werden, sondern kann in Versuchen ermittelt und dem Kennfeld 39 hinterlegt werden.
• Gemäß der Darstellung der 3 steigt die Leistungsaufnahme der Lüftervorrichtung 9 mit dem Quadrat des auf der x-Achse 25 aufgetragenen Tastverhältnisses. Die absolute elektrische Mehrleistung ΔP_KL 19 wird unter Zuhilfenahme des aktuellen Tastverhältnisses Kühler-Lüfter 35 und der maximalen elektrischen Lüfterleistung 45, wie in 4 dargestellt berechnet. Für den Fall, dass die Lüftervorrichtung 9 nicht angesteuert ist, also das Tastverhältnis 0 % beträgt, kann gegebenenfalls auf eine Prädiktion einer Mehrleistung verzichtet werden. Gegebenenfalls wird abhängig von der aktuellen Lüfteransteuerung durch das Kennfeld 39 die absolute Mehrleistung 19 ausgegeben, die umso größer ist, je niedriger die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 13 ist.
• Anschließend erfolgt anhand der Bilanz 23 eine Überprüfung, ob $$\Delta {\text{P}}_{\text{L}}>\Delta {\text{P}}_{\text{KL}}$$

  

  ist. Für den Fall ja, wird die Kühlerjalousie 15 geschlossen und die Lüftervorrichtung 9 mit dem erhöhten Tastverhältnis angesteuert.
• Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, sobald die vorab beschriebene Ungleichung beziehungsweise Bedingung nicht mehr erfüllt ist, analog ein Öffnen der Kühlerjalousie 15 und eine Reduzierung des Kühler-Lüfter-Tastverhältnisses zu bewirken beziehungsweise mittels der Steuerung 31 zu steuern.
• Bezugszeichenliste

1

Kühlung

3

Antriebsquelle

3a

Thermostat

5

Lufteintritt

7

Querschnitt

9

Lüftervorrichtung

11

Kühler

13

Kraftfahrzeug

15

Kühlerjalousie

17

Konstantlufteinlass

19

erster Vorhersagewert

21

zweiter Vorhersagewert

23

Bilanz

25

x-Achse

27

y-Achse

29

Graph

31

Steuerung

33

Pfeil

35

Tastverhältnis

37

aktuelle Kühlanforderung

39

Kennfeld

41

erhöhte Kühlanforderung

43

Faktor Δ Kühlleistung

45

maximale elektrische Lüfterleistung

Claims (11)

1. Verfahren zum Steuern einer Kühlung (1) einer Antriebsquelle (3) eines Kraftfahrzeugs (13), wobei die Kühlung (1) - einen einen variabel steuerbaren Querschnitt (7) aufweisenden Lufteintritt (5), - eine dem Lufteintritt (5) vor- oder nachgeschaltete Lüftervorrichtung (9) und - einen auf eine Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt (5) nachgeschalteten und der Antriebsquelle (3) zur Kühlung zugeordneten Kühler (11) aufweist, mit: - Ermitteln eines ersten Vorhersagewerts (19) einer eine relative Leistungsmehraufnahme der Lüftervorrichtung (9) kennzeichnenden Lüfterleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitts (7) eine Ist-Temperatur des Kühlers (11) ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten, - Ermitteln eines zweiten Vorhersagewerts (21) einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle (3) kennzeichnenden Antriebsleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei der Änderung des Querschnitts (7) einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs (13) konstant zu halten, - Ermitteln einer Bilanz (23) des ersten und des zweiten Vorhersagewerts (19,21), - Durchführen der Änderung des Querschnitts (7) in Abhängigkeit von der Bilanz (23).
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit: - Ändern des Querschnitts (7) mittels einer Kühlerjalousie (15).
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Lufteintritt (5) die Kühlerjalousie (15) und einen der Kühlerjalousie (15) parallel geschalteten Konstantlufteinlass (17) aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: - Normieren der Vorhersagewerte (19,21), - Normieren der Vorhersagewerte (19,21) auf einen Primärenergiebedarf der Antriebsquelle (3).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: - Durchführung der Änderung des Querschnitts (7), - Einstellen der Lüfterleistungsgröße auf den ersten Vorhersagewert (19) oder in Abhängigkeit des ersten Vorhersagewerts (19), falls die Bilanz (23) ein erstes Vorzeichen aufweist, und - Unterdrücken der Änderung oder Durchführen einer Rückänderung des Querschnitts (7), falls die Bilanz (23) ein dem ersten Vorzeichen entgegengesetztes zweites Vorzeichen aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: - Einstellen des Querschnitts (7) auf einen Minimalwert, falls sich das Kraftfahrzeug (13) in einer Warmlaufphase befindet, - Durchführen der Änderung des Querschnitts (7) in Abhängigkeit von der Bilanz (23), falls sich das Kraftfahrzeug (13) in einer Betriebsphase befindet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: - Ermitteln des zweiten Vorhersagewertes (21) mittels der Formel: $$\Delta {\text{P}}_{\text{L}}=\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.*\Delta {\text{c}}_{\text{w}}*\text{A *}\mathrm{\rho }\text{ * v * v * v}$$

   

   wobei ΔP_L eine erwartete Veränderung einer Luftwiderstandsleistung des Kraftfahrzeugs (13), Δc_W eine erwartete Änderung eines Luftwiderstandsbeiwerts des Kraftfahrzeugs (13), A eine Querschnittsfläche des Kraftfahrzeugs (13), p eine das Kraftfahrzeug (13) umgebende Luftdichte, und v eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (13) sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: - Ermitteln des ersten Vorhersagewerts (19) mittels eines Kennfelds (39), - Ermitteln des ersten Vorhersagewerts (19) mittels des Kennfelds (39), wobei das Kennfeld (39) die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Luftdichte p und eine aktuelle Leistungsaufnahme P_KL der Lüftervorrichtung (9) als Eingangsgrößen aufweist.
9. Kühlung (1) einer Antriebsquelle (3) eines Kraftfahrzeugs (13), mit: - einem einen variabel steuerbaren Querschnitt (7) aufweisenden Lufteintritt (5), - einer dem Lufteintritt (5) vor- oder nachgeschalteten Lüftervorrichtung (9), und - einem auf eine Solltemperatur regelbaren, dem Lufteintritt (5) nachgeschalteten und der Antriebsquelle (3) zur Kühlung zugeordneten Kühler (11), und - einer Steuerung (31), mittels der ein erster Vorhersagewert (19) einer eine relative Mehrleistungsaufnahme der Lüftervorrichtung (9) kennzeichnenden Lüfterleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei einer Änderung des Querschnitts (7) eine Ist-Temperatur des Kühlers (11) ohne weitere Stelleingriffe auf der Solltemperatur zu halten, ermittelbar ist und ein zweiter Vorhersagewert (21) einer eine Antriebsleistung der Antriebsquelle (3) kennzeichnenden Antriebsleistungsgröße, die voraussichtlich erforderlich sein wird, um bei der Änderung des Querschnitts (7) einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs (13) konstant zu halten, ermittelbar ist und eine Bilanz (23) des ersten und des zweiten Vorhersagewerts (19,21) ermittelbar ist und die Änderung des Querschnitts (7) in Abhängigkeit von der Bilanz (23) durchführbar ist.
10. Kühlung nach dem vorhergehenden Anspruch, eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
11. Kraftfahrzeug (13) mit einer Kühlung (1) nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche und/oder eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-8.

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