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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, die mit zumindest einem auf einer Fahrbahn aufstehenden Rad gekoppelt oder koppelbar ist, und zumindest ein der Antriebsmaschine zugeordnetes Kühlsystem aufweist, wobei eine Kühlleistung des Kühlsystems in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der zumindest einen Antriebsmaschine eingestellt wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines derartigen Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um die Leistungsfähigkeit von Kraftfahrzeugen mit elektrischer Antriebsmaschine zu verbessern, ist es bekannt, die elektrischen Komponenten der Antriebsmaschine zu kühlen. Dadurch werden die Komponenten vor Überhitzung geschützt und außerdem die Leistungsfähigkeit der einzelnen erhöht. Dabei ist es bekannt, den aktuellen Betriebszustand der Antriebsmaschine zu überwachen, indem beispielsweise in Abhängigkeit vom eingestellten Drehmoment oder einer erfassten Temperatur einer Komponente der Antriebsmaschine eine Kühlleistung optimal eingestellt wird. So ist es bekannt, die Kühlleistung proportional zu dem eingestellten Drehmoment oder zum Gewährleisten einer konstanten Maximaltemperatur der entsprechenden Komponente einzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die maximale Leistung der Antriebsmaschine für einen längeren Zeitraum als bisher abgerufen werden kann, indem die Antriebsmaschine vorkonditioniert wird. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlleistung des Kühlsystems in Abhängigkeit von einem erwarteten Betriebszustand der zumindest einen elektrischen Antriebsmaschine eingestellt wird. Insbesondere wird dabei der erwartete Betriebszustand einer Leistungselektronik als Komponenten der zumindest einen elektrischen Antriebsmaschine berücksichtigt. Durch die Erfindung wird also die Kühlleistung vorausschauend eingestellt, um die Antriebsmaschine in einen Zustand zu versetzen, in welchem die maximale Leistungsfähigkeit maximal lange abgerufen werden kann. Dazu wird die Kühlleistung insbesondere erhöht, wenn erwartet wird, dass die Leistung der elektrischen Antriebsmaschine in Kürze erhöht wird. Dadurch ist die Antriebsmaschine bereits gekühlt, wenn eine erhöhte Drehmomentanforderung oder Leistungsanforderung an die Antriebsmaschine gestellt wird, sodass das Erreichen einer kritischen Maximaltemperatur der Antriebsmaschine, insbesondere einer Leistungselektronik der Antriebsmaschine, mehr Zeit benötigt, im Vergleich zu einem Zustand, in welchem die Antriebsmaschine nicht durch das Kühlsystem vorkonditioniert wurde. Durch die vorausschauende Einstellung der Kühlleistung kann ein besseres kurzfristiges und mittelfristiges Leistungsverhalten erreicht werden. Dadurch, dass die maximale Leistung für eine längere Zeitdauer abgerufen werden kann, kann ein Fahrerwunsch besser erfüllt und die Lebensdauer der Antriebsmaschine erhöht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird als erwarteter Betriebszustand eine erwartete Leistungsanforderung der Antriebsmaschine ermittelt. In Abhängigkeit von der Leistungsanforderung ist insbesondere die Temperaturentwicklung der Antriebsmaschine, insbesondere deren Leistungselektronik, abschätzbar, um in Abhängigkeit davon die Leistung des Kühlsystems vorausschauend anzupassen, wie vorstehend beschrieben.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die erwartete Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer durch eine im Navigationssystem vorgegebenen Fahrstrecke ermittelt wird. In Kenntnis der Fahrstrecke ist abschätzbar, ob ein Fahrabschnitt vorliegt, auf welchem das Kraftfahrzeug beispielsweise mit einer erhöhten Geschwindigkeit oder mit einem erhöhten Drehmoment betrieben werden kann oder muss. Wird beispielsweise erkannt, dass sich die Fahrstrecke entlang eines Autobahnabschnitts erstreckt, so wird erwartet, dass innerhalb des Autobahnabschnitts eine erhöhte Fahrgeschwindigkeit zugelassen und dadurch eine erhöhte Leistungsanforderung zu erwarten sein wird. Umfassen die Daten des Navigationssystems außerdem Höhenmeterangaben oder Steigungsangaben, so wird insbesondere eine erwartete Leistungsanforderung erhöht, wenn erkannt wird, dass auf der Fahrstrecke ein Abschnitt mit einer erhöhten Steigung (Bergauffahrt) vorliegt und von dem Kraftfahrzeug bald oder in Kürze befahren werden soll. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich dabei um eines handeln, das von einem Fahrer gesteuert/gelenkt wird, oder auch um ein solches, das einen autonomen Fahrbetrieb erlaubt, bei welchem das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der vorgegebenen Fahrstrecke automatisiert gesteuert und gelenkt wird, um das angegebene Fahrziel zu erreichen.
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Weiterhin wird bevorzugt die erwartete Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Erhöhung einer zugelassenen Höchstgeschwindigkeit auf der vorgegebenen Fahrstrecke ermittelt. Die Erhöhung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit ist beispielsweise mithilfe der Daten des Navigationssystems erfasst. Alternativ oder zusätzlich wird die Höchstgeschwindigkeit mithilfe einer Umfeldsensorik, insbesondere Kamerasensorik, ermittelt, die eine Auswertung von erkannten Verkehrszeichen ermöglicht. Dadurch ist zwar eine verhältnismäßig kurzfristige Erhöhung der Kühlleistung möglich, dennoch kann dadurch die Leistungsfähigkeit der Antriebsmaschine in dem Abschnitt mit erhöhter zugelassener Höchstgeschwindigkeit verbessert werden.
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Weiterhin wird bevorzugt für die Fahrstrecke ein Soll-Temperaturverlauf oder ein Soll-Temperaturprofil für die Antriebsmaschine, insbesondere für die Leistungselektronik der Antriebsmaschine, bestimmt, und die erwartete Leistungsanforderung in Abhängigkeit von dem Soll-Temperaturverlauf ermittelt. Der Soll-Temperaturverlauf ergibt sich insbesondere aus einem Leistungssoll-Verlauf der Antriebsmaschine entlang der Fahrstrecke und wird bevorzugt berechnet und/oder mithilfe von Kennlinien abgeschätzt.
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Weiterhin wird bevorzugt die erwartete Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einem erfassten Fahrerverhalten eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ermittelt. Wird das Kraftfahrzeug durch einen Fahrer gesteuert/gelenkt, so ist dessen Fahrverhalten erfassbar, sodass das Verhalten des Fahrers aus der Vergangenheit Aufschluss darüber gibt, wie er das Kraftfahrzeug in Zukunft bedient. Insbesondere wird dadurch ermittelt, ob der Fahrer ein sportliches beziehungsweise leistungsorientiertes Fahrprofil, ein verbrauchsorientiertes Fahrprofil oder ein durchschnittliches Fahrprofil aufweist. In Abhängigkeit von dem entsprechend erkannten Fahrprofil wird die erwartete Leistungsanforderung erhöht oder reduziert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich dadurch aus, dass sie als Steuergerät ausgebildet ist, das speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektrofahrzeug, das einen rein elektrischen Antriebsstrang, also einen Antriebsstrang ohne eine Verbindungskraftmaschine, aufweist.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht, und
- 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben des Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das als Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Dazu weist das Kraftfahrzeug 1 zumindest eine elektrische Antriebsmaschine 2 auf, die vorliegend mit zwei Antriebsrädern 3 einer Hinterradachse des Kraftfahrzeugs 1 mechanisch wirkverbunden ist. Die Antriebsmaschine 2 weist eine Leistungselektronik 4 auf, welche mehrere Phasen der elektrischen Maschine 2 ansteuert. Die Leistungselektronik 4 wird durch ein Steuergerät 5 betrieben, das insbesondere Halbleiterschalter der Leistungselektronik 4 betätigt, um beispielsweise den von einem Energiespeicher bereitgestellten Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betrieb der Antriebsmaschine 2 zu wandeln.
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Der Antriebsmaschine 2 ist außerdem ein Kühlsystem 6 zugeordnet, das insbesondere der Leistungselektronik 4 zugeordnet ist und beispielsweise ein Flüssigkeitskühlsystem ist. Dieses umfasst einen Kühlkreis 7 für die Kühlflüssigkeit, welche eine Kühleinrichtung 8 sowie eine Fördereinrichtung 9 zum Fördern des Kühlmittels aufweist. Die Fördereinrichtung 9, insbesondere Kühlmittelpumpe, sowie die Kühleinrichtung 8 sind durch das Steuergerät 5 ansteuerbar, um eine Kühlleistung des Kühlsystems 6 zu variieren beziehungsweise einzustellen.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist außerdem ein Navigationssystem 10 auf, das in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Ziel eine Fahrstrecke errechnet und dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 entweder anzeigt oder für einen autonomen Fahrbetrieb dazu nutzt, das Kraftfahrzeug 1 vollautomatisiert anzutreiben. Darüber hinaus weist das Kraftfahrzeug 1 eine Einrichtung 11 zur Überwachung eines Fahrverhaltens des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 auf, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Fahrprofil des Fahrers zu erkennen. So wird insbesondere zwischen einem leistungsorientierten, einem verbrauchsorientierten und einem durchschnittlichen Fahrprofil unterschieden.
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Das Steuergerät 5 ist speziell dazu hergerichtet, dass die Kühlleistung des Kühlsystems 6 in Abhängigkeit von einer erwarteten Leistungsanforderung an die Antriebsmaschine 2 einzustellen. Dazu führt das Steuergerät 5 insbesondere das in 2 vereinfacht dargestellte Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 durch.
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In einem ersten Schritt S1 wird das Kraftfahrzeug 1 in Betrieb genommen. Anschließend wird in einem Schritt S2 abgefragt, ob eine vorgegebene Fahrstrecke durch das Navigationssystem 10 bereits vorgegeben ist. Erst wenn dies der Fall ist (j), wird in einem darauffolgenden Schritt S3 in Abhängigkeit von der vorgegebenen Fahrstrecke ein Fahrprofil des Kraftfahrzeugs 1 entlang der Fahrstrecke ermittelt, bei welchem insbesondere Steigungen entlang der Fahrstrecke sowie zulässige Höchstgeschwindigkeiten berücksichtigt werden, um im darauffolgenden Schritt S4 für die Fahrstrecke Leistungsanforderungen an das Kraftfahrzeug 1 vorherzubestimmen. Wird beispielsweise entlang der Fahrstrecke erkannt, dass die zulässige Höchstgeschwindigkeit in einem Abschnitt erhöht wird, so wird für diesen Zeitpunkt eine erhöhte Leistungsanforderung angenommen. Hierdurch lässt sich außerdem ein Temperaturverlauf einer Betriebstemperatur der Antriebsmaschine 2, insbesondere Leistungselektronik 4 vorherbestimmen. Vorzugsweise wird dazu außerdem das durch die Einrichtung 11 erkannte Fahrerprofil berücksichtigt, um die erwartete Leistungsanforderung an das Fahrerprofil anzupassen. Wird beispielsweise erkannt, dass es sich bei dem Fahrer um einen verbrauchsoptimiert fahrenden Fahrer handelt, so wird die erwartete Leistungsanforderung reduziert. Wird hingegen ein leistungsorientierter Fahrer erkannt, so wird die Leistungsanforderung und damit die erwartete Betriebstemperatur der Antriebsmaschine 2, insbesondere der Leistungselektronik 4, erhöht.
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In Abhängigkeit von der ermittelten erwarteten Leistungsanforderung und/oder Betriebstemperatur wird im Schritt S5 das Kühlsystem 6 dazu angesteuert, die Kühlleistung zu erhöhen, bevor das Kraftfahrzeug 1 einen Fahrabschnitt erreicht, für welchen eine erhöhte Leistungsanforderung erwartet wird. Dadurch wird das Kraftfahrzeug 1, insbesondere der elektrische Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1, bereits vor Erreichen des Fahrabschnitts vorkonditioniert, sodass die Antriebsmaschine 2 beziehungsweise die Leistungselektronik 4 auf eine optimale Starttemperatur heruntergekühlt werden, sodass mit Erreichen des Fahrabschnitts die Leistungsanforderung des Fahrers und/oder des autonomen Fahrsystems maximal lang erfüllt werden kann, beispielsweise bevor Antriebsmaschine 2 und/oder Leistungselektronik 4 eine kritische Temperatur erreichen.
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Durch die Vorschau auf das anstehende Soll-Temperaturprofil beziehungsweise die zu erwartende Leistungsanforderung kann ein besseren kurzfristiges und mittelfristiges Leistungsverhalten erreicht werden, das darüber hinaus die Beanspruchung der elektrischen Komponenten des Antriebsstrangs reduziert und dadurch die Lebensdauer dessen erhöht.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Berücksichtigen der Daten des Navigationssystems 10 ist es auch denkbar, mittels einer Umfeldsensorik Verkehrszeichen zu erkennen und vor Erreichen eines Verkehrszeichnens, das insbesondere eine Höchstgeschwindigkeit vorgibt, das Kühlsystem 6 einzustellen, sodass mit Erreichen des Verkehrszeichens eine Leistungsanforderung optimal, wie vorstehend beschrieben, umsetzbar ist. Insbesondere werden die erwartete Leistungsanforderung auch in Abhängigkeit von einer ermittelten höchsten Wahrscheinlichkeit für das kommende Fahrmanöver aufgrund von Fahrdaten, die in der Vergangenheit gewonnen wurden, oder der momentanen Fahrroute vorhergesagt.