DE102019114962A1

DE102019114962A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems, mechatronisches System und Kraftfahrzeug mit einem mechatronischen System

Info

Publication number: DE102019114962A1
Application number: DE102019114962.2A
Authority: DE
Inventors: Lukas Haderer; Mario Harter; Christoph Straub
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems, insbesondere eines in Kraftfahrzeugen untergebrachten mechatronischen Systems, insbesondere einer automatisiert betätigten Reibungskupplung oder einer Elektromaschine eines hybridischen Antriebsstrangs mit einer funktionsbeeinträchtigenden Temperaturabhängigkeit und einer Stilllegung innerhalb eines willkürlichen Zeitintervalls (Δt), wobei aktuelle Betriebstemperaturen des mechatronischen Systems mittels des Temperaturmodells anhand von externen Größen und einem bei einem vorgegebenen Zeitpunkt ermittelten Temperaturwert geschätzt werden und vor der Stilllegung des mechatronischen Systems der Initialwert (T1') für die aktuelle Betriebstemperatur ermittelt und abgespeichert und anhand der externen Größen abhängig von einer Dauer des Zeitintervalls (Δt) der abgespeicherte Initialwert (T1') auf einen aktuellen Initialwert (T2') korrigiert wird. Um das Temperaturmodell zu verbessern, wird der aktuelle Initialwert (T2') abhängig von erfassten Wetterdaten ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems, insbesondere eines in Kraftfahrzeugen untergebrachten mechatronischen Systems, insbesondere einer automatisiert betätigten Reibungskupplung oder einer Elektromaschine eines hybridischen Antriebsstrangs mit einer funktionsbeeinträchtigenden Temperaturabhängigkeit und einer Stilllegung innerhalb eines willkürlichen Zeitintervalls, wobei aktuelle Betriebstemperaturen des mechatronischen Systems mittels des Temperaturmodells anhand von externen Größen und einem bei einem vorgegebenen Zeitpunkt ermittelten Temperaturwert geschätzt werden und vor der Stilllegung des mechatronischen Systems der Initialwert für die aktuelle Betriebstemperatur ermittelt und abgespeichert und anhand der externen Größen abhängig von einer Dauer des Zeitintervalls der abgespeicherte Initialwert auf einen aktuellen Initialwert korrigiert wird.
Mechatronische Systeme, die von Steuereinheiten gesteuert oder überwacht werden, können beispielsweise in ihrer Funktion von der Betriebstemperatur abhängig sein. Beispielsweise ist die zur Verfügung stehende Leistung eines Elektromotors stark eingeschränkt bei hohen Temperaturen.
In Ermangelung eines beispielsweise aus Kosten oder Platzgründen eingesparten eigenen Temperatursensors wird beispielsweise in Elektromotoren oder Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen ein Temperaturmodell angewendet, das heißt in einem Steuergerät des mechatronischen Systems hinterlegt, welches aus Temperaturinformationen anderer Baueinheiten und ermittelten Systemgrößen wie beispielsweise Wärmeflüssen, Wärmeabstrahlung und dergleichen die tatsächlich in dem mechatronischen System herrschende Betriebstemperatur abschätzt.
Die nachfolgend aufgeführten Druckschriften offenbaren jeweils unterschiedliche Ausführungsformen von Temperaturmodellen von mechatronischen Systemen. Die Druckschrift DE 10 2015 214 624 A1 offenbart eine Initialisierung eines Kupplungstemperaturmodells, die Druckschrift DE 196 02 006 A1 ein Kupplungstemperaturmodell, die Druckschrift DE 101 55 459 A1 die Initialisierung eines Kupplungstemperaturmodells anhand einer Motortemperatur, die Druckschrift DE 101 55 462 A1 ein Kupplungstemperaturmodell mit einer Abkühlfunktion, die Druckschrift DE 197 23 393 A1 ein Temperaturmodell eines Elektromotors, die Druckschrift DE 10 2004 006 730 A1 ein Temperaturmodell unter Berücksichtigung einer Korrekturleistung, die Druckschrift DE 10 2005 061 080 A1 ein Temperaturmodel als Schädigungsmodell einer Reibungskupplung, die Druckschriften DE 10 2005 029 566 A1 und DE 10 2011 085 750 A1 weitere Temperaturmodelle.
Die externen Größen eines Temperaturmodells können beispielsweise bei Reibungskupplungen die eingetragene Reibleistung, die Motortemperatur, die Materialeigenschaften der Reibungskupplung mit Wärmeflüssen und dergleichen sein. Hierbei wird das Temperaturmodell mit einem Initialwert gestartet. Dieser Initialwert wird beispielsweise beim Anschalten eines Kraftfahrzeugs nach Stilllegung in das Temperaturmodell eingespeist. Beispielsweise kann bei langer Stilllegungszeit als aktueller Initialwert bei Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs die Umgebungstemperatur eines Temperaturfühlers des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Wird beispielsweise das Kraftfahrzeug mit einer Reibungskupplungseinrichtung als mechatronisches System bei einer vorgegebenen ersten Temperatur der Kupplungseinrichtung stillgelegt wie ausgeschaltet oder abgestellt und bei einer hierzu veränderten Temperatur wieder in Betrieb genommen wie eingeschaltet, erfolgt eine Initialisierung des Temperaturmodells anhand der Umgebungstemperatur. Hierbei entspricht die Temperatur der Kupplung nicht zwangsläufig der Umgebungstemperatur.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems, eines mechatronischen Systems, insbesondere einer Elektromaschine und eines Kraftfahrzeugs mit einem mit einem Temperaturmodell betriebenen mechatronischen System. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung ein Kupplungstemperaturmodell, eine Kupplungseinrichtung mit einem Temperaturmodell und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kupplungseinrichtung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 9, 10 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems. Unter einem mechatronischen System im Sinne der Erfindung sind Einrichtungen zu verstehen, die mechanische, von einer Steuereinheit gesteuerte oder überwachte Elemente aufweisen, beispielsweise Elektromotoren, Elektromaschine eines hybridischen Antriebsstrangs, Aktoren mit einem Elektromotor und einer Mechanik zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Kreis- oder Transversalbewegung. Das mechatronische System ist bevorzugt für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und in diesem beispielsweise als Aktor untergebracht. In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem mechatronischen System um eine Kupplungseinrichtung mit einer Reibungskupplung und einem diese betätigenden Aktor.
Das vorgeschlagene mechatronische System kann mit einer funktionsbeeinträchtigenden Temperaturabhängigkeit belastet sein, zu dessen einwandfreien Funktion eine Temperaturkompensation vorgesehen wird. Die Temperaturkompensation erfolgt insbesondere ohne einen internen Temperatursensor anhand eines Temperaturmodells. Das vorgeschlagene Temperaturmodell kann auch für Bauteile verwendet werden, die keine temperaturabhängige Funktionsbeeinträchtigung besitzen, welche Bauteile jedoch wichtig sind beispielsweise wegen Wärmeflüssen, um die Temperatur eines weiteren temperaturabhängigen Bauteils zu modellieren. Das Temperaturmodell ermittelt, beispielsweise schätzt anhand algorithmischer Berechnungen eine aktuelle Betriebstemperatur des mechatronischen Systems beziehungsweise einem ortsaufgelösten Teil dessen aus externen Größen, beispielsweise einer Umgebungstemperatur, im Falle einer Kupplungseinrichtung einer Motortemperatur einer Brennkraftmaschine und/oder einer Elektromaschine eines hybridischen Antriebsstrangs, einer Kühlwasser - oder Öltemperatur und/oder dergleichen. Dabei können Wärmeflüsse innerhalb des mechatronischen Systems, die Wärmeabstrahlung und Wärmeflüsse außerhalb des mechatronischen Systems berücksichtigt werden. Weiterhin können durch Leistung abhängig im mechatronischen System entstehende, zeitabhängige Wärmeentwicklungen, beispielsweise eine Erwärmung eines Elektromotors oder eine Erwärmung einer Reibungskupplung einer Kupplungseinrichtung infolge ihrer Reibleistung eine Temperaturabhängigkeit begründen. Beispielsweise kann zur Ermittlung der Reibleistung ein über die Reibungskupplung übertragenes Moment und ein Schlupf der Reibungskupplung herangezogen werden.
In dem Temperaturmodell ist eine Berücksichtigung von Stilllegungszeiten des mechatronischen Systems, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs mit diesem vorgesehen. Hierbei wird bei einer Stilllegung innerhalb eines willkürlichen Zeitintervalls zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der Stilllegung ein Initialwert für die aktuelle Betriebstemperatur ermittelt und abgespeichert. Anhand der sich über das Zeitintervall entwickelnden externen Größen wird abhängig von einer Dauer des Zeitintervalls der abgespeicherte Initialwert auf einen aktuellen Initialwert korrigiert. Um die Entwicklung des abgespeicherten gegenüber dem aktuellen Initialwert besser abzuschätzen, wird der aktuelle Initialwert abhängig von erfassten Wetterdaten ermittelt.
Dabei kann der Initialwert direkt abhängig von den Wetterdaten und/oder unter Berücksichtigung der die externen Größen beeinflussenden Wetterdaten ermittelt werden. Beispielsweise können Wetterdaten über das gesamte Zeitintervall der Stilllegung erfasst und anhand des Temperaturmodells der aktuelle Initialwert abhängig von den erfassten Wetterdaten ermittelt werden, indem zwischen den beiden Initialwerten bei einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs der komplette modellierte Verlauf der Betriebstemperatur mittels des Temperaturmodells abhängig von den Wetterdaten rekonstruiert wird. Alternativ können die Wetterdaten laufend über das Zeitintervall erfasst werden und das Temperaturmodell kann über das Zeitintervall laufend anhand der Wetterdaten und der externen Größen nachgeführt werden.
Die Wetterdaten enthalten beispielsweise die Umgebungstemperatur außerhalb einer Einwirkung des mechatronischen Systems, die Luftfeuchte, den Luftdruck, den Niederschlag, Luftbewegungen und/oder Sonneneinstrahlung. Weiterhin kann eine Einrichtung vorgesehen sein, welche erfasst, ob das mechatronische System beziehungsweise ein Kraftfahrzeug mit dem mechatronischen System dem Wetter mit den erfassten Wetterdaten direkt oder indirekt ausgesetzt ist oder beispielsweise überdacht oder in einer Garage abgestellt wurde.
Die Wetterdaten können aus lokale Wetterdaten bereithaltenden Messstationen im Internet erfasst werden. Hierbei kann beispielsweise ein GPS-System den exakten Ort des mechatronischen Systems ermitteln und auf das mechatronische System übertragen. Beispielsweise kann bei einem in ein Kraftfahrzeug integrierten mechatronischen System ein Navigationsgerät die Verortung übernehmen. Das Kraftfahrzeug kann sich direkt mit dem Internet über eine eingebaute Schnittstelle verbinden.
Alternativ kann sich ein internetfähiges Kommunikationsgerät, beispielsweise ein Smartphone eines Insassen mit dem Internet verbinden und die Wetterdaten und/oder den Aufenthaltsort beispielsweise über eine Schnittstelle des Kraftfahrzeugs oder direkt mit dem mechatronischen System verbinden.
Alternativ kann ein Kraftfahrzeug mit dem mechatronischen System und/oder das mechatronische System selbst die Wetterdaten aufzeichnen und bereitstellen. Dies bedeutet, dass diese entsprechende Erfassungseinrichtungen für die zu verwendenden Wetterdaten aufweisen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens können in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug mit dem mechatronischen System während eines Ladevorgangs eines Akkumulators in einem Standby-Modus laufend und gegebenenfalls mit verringerter Abtastrate Wetterdaten ermittelt und ausgewertet werden.
Die Aufgabe wird auch durch ein mechatronisches System insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Kupplungseinrichtung mit einem Steuergerät gelöst, wobei in dem mechatronischen System Wetterdaten erfasst und in dem vorgeschlagenen Verfahren in einem Temperaturmodell angewendet werden.
Die Aufgabe wird auch von einem Kraftfahrzeug mit dem vorgeschlagenen mechatronischen System und einer Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens in diesem gelöst.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt ein Diagramm der Funktionsweise eines Temperaturmodells zwischen einer Abschaltung und einer Wiederinbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs.
Das Diagramm 1 zeigt die beiden Teildiagramme I, II mit der Temperatur T über die Zeit t. In Teildiagramm I ist das Verhalten eines Temperaturmodells ohne Berücksichtigung der Wetterdaten dargestellt. Die Kurve 2 zeigt den Verlauf der tatsächlichen Betriebstemperatur eines ausgewählten Bauteils eines mechatronischen Systems, hier beispielsweise die Betriebstemperatur einer Gegendruckplatte einer Reibungskupplung einer Kupplungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät, in dem das Temperaturmodell berechnet wird, über das Zeitintervall Δt zwischen dem Zeitpunkt t1 der Stilllegung des Kraftfahrzeugs und dem Zeitpunkt t2 der Wiederinbetriebnahme. In dem Zeitintervall Δt kühlt die Gegendruckplatte von dem Initialwert T1 abhängig von der Außentemperatur ab, wobei der Verlauf der Kurve 3 mit der Außentemperatur nicht ausgewertet wird. In dem Zeitintervall Δt kühlt das Bauteil auf die Betriebstemperatur T3 ab.
Bei der Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs zum Zeitpunkt t2 wird anhand der Außentemperatur der Initialwert T2 ermittelt und das Temperaturmodell mit dem Initialwert T2 weitergeführt. Dies führt zu dem Temperaturfehler ΔT. Der Temperaturfehler ΔT ist dabei auf die unbekannte Entwicklung der Außentemperatur in Form der linear extrapolierten Kurve 4 innerhalb des Zeitintervalls Δt zurückzuführen.
Das Teildiagramm II zeigt das Verhalten des Temperaturmodells unter Berücksichtigung der Wetterdaten, denen das Kraftfahrzeug während des Zeitintervalls Δt ausgesetzt ist. Bei Stilllegung des Kraftfahrzeugs zum Zeitpunkt t1 wird derselbe Initialwert T1' ermittelt und abgespeichert. In dem Zeitintervall Δt werden zudem die auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Wetterdaten, beispielsweise örtliche Wetterdaten aus dem Internet, die Temperatur eines Garagentemperatursensors oder dergleichen in Form der Kurve 3' erfasst, so dass das unter Berücksichtigung der Wetterdaten in Form der Kurve 3' von dem Temperaturmodell geschätzte Temperaturverhalten in der Kurve 4' mit dem Initialwert T2' im Wesentlichen und bis auf den geringen Temperaturfehler ΔT' der tatsächlichen Betriebstemperatur T3' des Bauteils gemäß Kurve 2' entspricht. Bei einem Standby-Zustand des Kraftfahrzeugs kann dabei das Temperaturmodell live die tatsächliche Bauteiltemperatur innerhalb des Zeitintervalls Δt abbilden. Alternativ kann ausschließlich eine Aufzeichnung der Wetterdaten innerhalb des Zeitintervalls Δt erfolgen und bei einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs am Zeitpunkt t2 eine Nachführung des Temperaturmodells mit den Wetterdaten auf den Initialwert T2' entlang der Kurve 4' vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Diagramm
2: Kurve
2': Kurve
3: Kurve
3': Kurve
4: Kurve
4': Kurve
t: Zeit
t1: Zeitpunkt
t2: Zeitpunkt
T: Temperatur
T1: Initialwert
T1': Initialwert
T2: Initialwert
T2': Initialwert
T3: Betriebstemperatur
T3': Betriebstemperatur
Δt: Zeitintervall
ΔT: Temperaturfehler
ΔT': Temperaturfehler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015214624 A1 [0004]
DE 19602006 A1 [0004]
DE 10155459 A1 [0004]
DE 10155462 A1 [0004]
DE 19723393 A1 [0004]
DE 102004006730 A1 [0004]
DE 102005061080 A1 [0004]
DE 102005029566 A1 [0004]
DE 102011085750 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Initialwerts eines Temperaturmodells eines mechatronischen Systems, insbesondere eines in Kraftfahrzeugen untergebrachten mechatronischen Systems, insbesondere einer automatisiert betätigten Reibungskupplung oder einer Elektromaschine eines hybridischen Antriebsstrangs mit einer funktionsbeeinträchtigenden Temperaturabhängigkeit und einer Stilllegung innerhalb eines willkürlichen Zeitintervalls (Δt), wobei aktuelle Betriebstemperaturen des mechatronischen Systems mittels des Temperaturmodells anhand von externen Größen und einem bei einem vorgegebenen Zeitpunkt ermittelten Temperaturwert geschätzt werden und vor der Stilllegung des mechatronischen Systems der Initialwert (T1') für die aktuelle Betriebstemperatur ermittelt und abgespeichert und anhand der externen Größen abhängig von einer Dauer des Zeitintervalls (Δt) der abgespeicherte Initialwert (T1') auf einen aktuellen Initialwert (T2') korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Initialwert (T2') abhängig von erfassten Wetterdaten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wetterdaten innerhalb des Zeitintervalls (Δt) erfasst werden und anhand des Temperaturmodells mittels der Wetterdaten der aktuelle Initialwert (T2') ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wetterdaten laufend über das Zeitintervall erfasst werden und das Temperaturmodell über das Zeitintervall (Δt) laufend anhand der Wetterdaten und der externen Größen nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wetterdaten die Außentemperatur, die Luftfeuchte, den Luftdruck, den Niederschlag, Luftbewegungen und/oder Sonneneinstrahlung enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wetterdaten aus lokale Wetterdaten bereithaltenden Messstationen im Internet erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftfahrzeug mit dem mechatronischen System einen eigenen Internetzugriff enthält und/oder sich mit einem internetfähigen Kommunikationsgerät verbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftfahrzeug mit dem mechatronischen System und/oder das mechatronische System selbst die Wetterdaten aufzeichnet und bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug mit dem mechatronischen System während eines Ladevorgangs eines Akkumulators in einem Standby-Modus laufend gegebenenfalls mit verringerter Abtastrate Wetterdaten ermittelt und ausgewertet werden.
Mechatronisches System insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektromaschine und/oder Kupplungsbetätigungssystem mit einem Steuergerät, welches Wetterdaten erfasst und in einem Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 8 umsetzt.
Kraftfahrzeug mit einem mechatronischen System gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.