DE102021202411A1

DE102021202411A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Austrittstemperatur eines Kühlmittels aus einem Kühler

Info

Publication number: DE102021202411A1
Application number: DE102021202411.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kohr; Michael SOHLER; Volker Schmid
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Austrittstemperatur (TA) eines Kühlmittels aus einem Kühler, wobei das Kühlmittel bei einem Kraftfahrzeug in einem jeweiligen Kreislauf zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente des Kraftfahrzeuges und dem Kühler geführt werden kann. Um eine möglichst genaue Ermittlung der Austrittstemperatur (TA) ohne genaue Kenntnisse über den Kühler zu ermöglichen, wird eine Sammeltemperatur (TS) des Kühlmittels auf einer Primärseite des Kühlers durch einen Temperatursensor erfasst. Des Weiteren wird bei Führung des Kühlmittels über den Kühler die Austrittstemperatur (TA) als Summe aus der Sammeltemperatur (TS) und einem Abzugswert (ΔT1; ΔT2; ΔT3) berechnet, welcher in Abhängigkeit einer aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers gewählt wird. Hierfür wird die aktuell angenommene Kühlstufe des Kühlers aus mehreren, möglichen Kühlstufen des Kühlers bestimmt, indem die Sammeltemperatur (TS) und ein Gradient (gradTS) der Sammeltemperatur (TS) jeweils mit je zugehörigen Grenzwerten der möglichen Kühlstufen abgeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Austrittstemperatur eines Kühlmittels aus einem Kühler, wobei das Kühlmittel bei einem Kraftfahrzeug in einem jeweiligen Kreislauf zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente des Kraftfahrzeuges und dem Kühler führbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, in Computerprogrammprodukt sowie einen Datenträger.
Bei Kraftfahrzeugen werden Komponenten, die im Betrieb eine hohe Wärmeentwicklung aufweisen und/oder eine hohe Reibarbeit verrichten, üblicherweise zur Kühlung mit einem Kühlmittel versorgt. Zu diesem Zweck ist die jeweilige Komponente dabei dann zumeist in einen Kreislauf eingebunden, in welchem Kühlmittel aus einem Sammelbereich entnommen und zu der jeweiligen Komponente geführt werden kann. Da mit Kühlung der jeweiligen Komponente ein zunehmender Wärmeeintrag in das Schmiermittel stattfindet, ist in dem jeweiligen Kreislauf üblicherweise auch ein Kühler vorgesehen, über welchen eine Austrittstemperatur des Kühlmittels aus dem Kühler im Vergleich zu einer Eintrittstemperatur des Kühlmittels in den Kühler abgesenkt werden kann. Da die Austrittstemperatur des Kühlmittels aus dem Kühler im Wesentlichen auch der Temperatur des Kühlmittels entspricht, mit welcher das Kühlmittel zu der jeweiligen Komponente geführt wird, ist eine möglichst genaue Kenntnis der Austrittstemperatur teilweise von großer Bedeutung. Hintergrund ist, dass nämlich häufig ein Betrieb der jeweiligen Komponente dann angepasst wird, wenn eine zu hohe Temperatur des Kühlmittels im Bereich der zu kühlenden Komponente zu erwarten ist, um ein Überhitzen der zu kühlenden Komponente zu verhindern. Dabei kann es aber auch zu einer fehlerhaften Anpassung des Betriebs der Komponente kommen, wenn an dieser Stelle von einem falschen Wert der Temperatur ausgegangen wird. Abgesehen von einer Messung der Austrittstemperatur wird daher häufig versucht, die Austrittstemperatur des Kühlmittels möglichst genau rechnerisch zu ermitteln.
Aus der US 2015080179 A1 geht ein System zur thermischen Regelung eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges hervor, wobei das Getriebe dabei mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist. Komponenten des Getriebes können dabei über ein Kühlmittel gekühlt werden, welches in einem Kreislauf über einen zugehörigen Kühler geführt werden kann. Im Bereich des Getriebes ist zudem ein Temperatursensor vorgesehen, über welchen eine Temperatur des Kühlmittels im Getriebe erfasst werden kann. Dieser Temperatursensor kann dabei auch dazu verwendet werden, eine Temperatur des Kühlmittels vor der Zuführung zum Getriebe und damit nach dem Austritt aus dem Kühler zu bestimmen.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst genaue Ermittlung einer Austrittstemperatur eines Kühlmittels aus einem Kühler zu realisieren, wobei diese Ermittlung dabei ohne detaillierte Kenntnisse über den Kühler möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird aus verfahrenstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Zudem betreffen die Ansprüche 12 und 13 jeweils ein Steuergerät, mit welchem aus vorrichtungstechnischer Sicht eine Lösung der Aufgabe realisierbar ist. Schließlich hat Anspruch 14 ein Computerprogrammprodukt und Anspruch 15 einen Datenträger zum Gegenstand.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Austrittstemperatur eines Kühlmittels aus einem Kühler ermittelt, wobei das Kühlmedium in einem jeweiligen Kreislauf eines Kraftfahrzeuges zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente des Kraftfahrzeuges und dem Kühler geführt werden kann. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also die Temperatur des Kühlmittels bestimmt, welche das Kühlmittel auf einer Ausgangsseite des Kühlers aufweist, die im Rahmen der Erfindung auch als Sekundärseite des Kühlers bezeichnet wird. Das Kühlmittel kann dabei in einem Kreislauf geführt werden, in welchem es zwischen der mindestens einen, zu versorgenden und zu kühlenden Komponente des Kraftfahrzeuges und dem Kühler im Kreis förderbar ist.
Im Sinne der Erfindung wird dabei als Kühlmittel bevorzugt ein Schmiermittel verwendet, bei welchem es sich insbesondere um Öl handelt. Hierdurch kann neben einer Kühlung gleichzeitig auch eine Schmierung der mindestens einen, zu versorgenden Komponente verwirklicht werden, indem das Schmiermittel an die entsprechenden, zu schmierenden Bereiche der Komponente geführt wird. Alternativ dazu kann es sich bei dem Kühlmittel aber auch um eine Kühlflüssigkeit handeln, wie beispielsweise Kühlwasser, welches in dem Kreislauf zwischen der mindestens einen Komponente und dem Kühler geführt werden kann und dabei an der mindestens einen Komponente jeweils Wärme aufnehmen kann.
Bei der „Austrittstemperatur“ des Kühlmittels aus dem Kühler handelt es sich im Sinne der Erfindung um eine Temperatur, welche das Kühlmittel sekundärseitig des Kühlers, d.h. in dem Kreislauf auf der Ausgangsseite des Kühlers, aufweist. Dabei kann es sich konkret um die Temperatur, mit welcher das Kühlmittel aus dem Kühler austritt, oder um eine Temperatur handeln, welche das Kühlmittel in einer Leitung oder einem Leitungsabschnitt aufweist, welche bzw. welcher an dem Kühler an dessen Sekundärseite angebunden ist.
Das Kühlmittel wird zur Versorgung mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeuges verwendet, wobei das Kühlmittel dabei in einem jeweiligen Kreislauf zwischen der mindestens einen Komponente und dem Kühler geführt werden kann. Dabei kann die Versorgung genau einer Komponente oder auch mehrerer Komponenten vorgesehen sein. Im letztgenannten Fall kann dabei jeder Komponente ein Kreislauf zugeordnet sein, wobei den Kreisläufen aber zumindest der Kühler gemeinsam ist. Insofern erfolgt hier eine parallele Versorgung der Komponenten mit dem Kühlmittel, welches zur Kühlung aber über den gemeinsamen Kühler geführt werden kann. Alternativ dazu können aber auch mehrere, zu versorgende Komponenten in einem gemeinsamen Kreislauf in Reihe hintereinander vorgesehen sein, so dass hier eine aufeinanderfolgende Führung des Kühlmittels über die Komponenten stattfindet.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass eine Sammeltemperatur des Kühlmittels auf einer Primärseite des Kühlers durch einen Temperatursensor erfasst wird. Zudem wird bei Führung des Kühlmittels über den Kühler die Austrittstemperatur des Kühlmittels als Summe aus der Sammeltemperatur und einem Abzugswert berechnet, welcher in Abhängigkeit einer aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers gewählt wird. Dabei wird die aktuell angenommene Kühlstufe des Kühlers hierfür aus mehreren, möglichen Kühlstufen des Kühlers bestimmt, indem die Sammeltemperatur und ein Gradient der Sammeltemperatur jeweils mit je zugehörigen Grenzwerten der möglichen Kühlstufe abgeglichen werden.
Mit anderen Worten wird also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst eine Temperatur über einen Sensor gemessen, wobei es sich bei dieser Temperatur dabei um die, auf einer Primärseite des Kühlers, d.h. auf einer Eingangsseite des Kühlers, vorhandene Sammeltemperatur des Kühlmittels handelt. Bevorzugt wird die Temperatur dabei im Bereich eines Sammelbereiches gemessen, in welchem sich das Kühlmittel im Vorfeld einer Zuführung zum Kühler sammelt und aus welchem das Kühlmittel weiter bevorzugt über eine zugehörige Pumpe angesaugt und zum Kühler gefördert werden kann. Aus dieser gemessenen Sammeltemperatur und einem Abzugswert wird dann die Austrittstemperatur des Kühlmittels als Summe errechnet, wenn das Kühlmittel über den Kühler geführt wird, wobei der zu der gemessenen Sammeltemperatur hinzugerechnete Abzugswert dabei von der aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers abhängt. Die Annahme, welche Kühlstufe aktuell im Kühler gewählt ist, wird dabei durch eine Auswahl aus mehreren, möglichen Kühlstufen getroffen, wobei diese Auswahl dabei durch Abgleichen der gemessenen Sammeltemperatur mit je einem zugehörigen Grenzwert und eines Gradienten der Sammeltemperatur mit je einem zugehörigen Grenzwert der möglichen Kühlstufen erfolgt.
Dieses erfindungsgemäße Vorgehen hat dabei den Vorteil, dass auch ohne Kenntnis über den genauen Aufbau des Kühlers, über dessen Ansteuerung und auch hinsichtlich weiterer Faktoren, wie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eine modellbasierte Annäherung an die tatsächliche Austrittstemperatur mit geringer Abweichung verwirklicht werden kann. Denn in dem Modell wird von der gemessenen Sammeltemperatur, welche das Kühlmittel primärseitig des Kühlers aufweist, ein Wert abgezogen, welcher die über den Kühler erzielte Temperaturabsenkung des Kühlmittels repräsentiert. Da die Temperaturabsenkung von einer aktuell im Kühler gewählten Kühlstufe abhängig ist, genaue Kenntnisse hinsichtlich des Kühlers aber nicht vorhanden sind bzw. für das Verfahren nicht vorhanden sein müssen, wird im Rahmen des Modells dann eine Abschätzung hinsichtlich der aktuell gewählten Kühlstufe vorgenommen. Diese Abschätzung wird dabei anhand der erfassten Sammeltemperatur und auch anhand eines Gradienten der Sammeltemperatur vorgenommen, wodurch mit guter Annäherung und ohne genaue Kenntnisse hinsichtlich des Kühlers auf eine aktuell gewählte Kühlstufe des Kühlers geschlossen werden kann.
Denn anhand einer Beobachtung der Sammeltemperatur kann dann von einem Betrieb des Kühlers ausgegangen werden, wenn die Sammeltemperatur einen jeweiligen Grenzwert übersteigt, da üblicherweise auch ein Betrieb des Kühlers in Abhängigkeit der Sammeltemperatur vorgenommen wird. Je höher also die Sammeltemperatur ist, umso höher ist wahrscheinlich auch eine gewählte Kühlstufe des Kühlers. Anhand des Gradienten der Sammeltemperatur kann die Abschätzung der angenommenen Kühlstufe dann plausibilisiert werden, da ein Betrieb des Kühlers und damit eine Kühlung des Kühlmittels in der Folge nur noch eine geringfügige Erhöhung der Sammeltemperatur oder sogar deren Absenkung zur Folge hat. Insgesamt ist es dementsprechend im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, eine genaue Ermittlung einer Austrittstemperatur des Kühlmittels ohne genaue Kenntnisse hinsichtlich des Kühlers durchzuführen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dabei mehrere unterschiedliche, mögliche Kühlstufen des Kühlers angenommen, wobei hierbei in dem zugrunde liegenden Modell mindestens zwei unterschiedliche Kühlstufen des Kühlers hinterlegt sind, mit deren zugehörigen Grenzwerten die Sammeltemperatur und der Gradient der Sammeltemperatur zur Bestimmung der aktuell angenommenen Kühlstufe abgeglichen werden und denen jeweils je ein Abzugswert für die Berechnung der Austrittstemperatur zugeordnet ist. Besonders bevorzugt werden drei mögliche Kühlstufen angenommen, von denen eine Kühlstufe einer niedrigen Kühlleistung des Kühlers, eine Kühlstufe einer mittleren Kühlleistung des Kühlers und eine Kühlstufe einer hohen Kühlleistung des Kühlers entspricht.
Bevorzugt liegen die zugehörigen Grenzwerte als Übergangswerte vor, die jeweils eine Grenze für einen Übergang von einer möglichen Kühlstufe des Kühlers in eine andere mögliche Kühlstufe definieren. Somit wird durch Abgleich der Sammeltemperatur und des Gradienten der Sammeltemperatur auch überprüft, ob bei dem Kühler ein Übergang von einer Kühlstufe in eine andere Kühlstufe zu erwarten ist.
Unter „Führung des Kühlmittels über den Kühler“ ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass das Kühlmittel so durch den Kühler geleitet wird, dass eine Kühlung des Kühlmittels erfolgt bzw. erfolgen kann. Bei dem Kühler kann es sich im Rahmen der Erfindung um einen prinzipiell bekannten Wärmetauscher handeln, in welchem das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit einem anderen Medium gebracht werden kann.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird der Abgleich der Sammeltemperatur und des Gradienten der Sammeltemperatur mit den je zugehörigen Grenzwerten in Form von Übergangswerten zwischen den möglichen Kühlstufen nach einer Reihenfolge vorgenommen, welche entsprechend einer größenmäßigen Sortierung von Kühlleistungen der möglichen Kühlstufen gewählt wird. In diesem Fall wird also eine Bestimmung der aktuell gewählten Kühlstufe des Kühlers dadurch vorgenommen, indem die Sammeltemperatur und der Gradient der Sammeltemperatur der Reihe nach mit zugehörigen Übergangswerten zwischen den möglichen Kühlstufen als Grenzwerten abgeglichen werden, wobei die Reihenfolge der möglichen Kühlstufen dabei entsprechend der Kühlleistungen in den Kühlstufen gestaltet ist. Besonders bevorzugt wird dabei mit der möglichen Kühlstufe mit der niedrigsten Kühlleistung begonnen und im Weiteren dann aufeinanderfolgend zu der oder den Kühlstufen mit den nächsthöheren Kühlleistungen übergegangen.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform wird die aktuell angenommene Kühlstufe gleich der möglichen Kühlstufe gesetzt, für die ein Unterschreiten des zugehörigen Übergangswerts zur benachbart liegenden, höheren Kühlstufe durch die Sammeltemperatur und/oder ein Überschreiten des zugehörigen Übergangswerts zur benachbart liegenden, höheren Kühlstufe durch den Gradienten der Sammeltemperatur erfasst wird. Mit anderen Worten wird also die aktuell gewählte Kühlstufe dadurch bestimmt, indem diese gleich der möglichen Kühlstufe gesetzt wird, für die als letzte Stufe bei dem aufeinanderfolgenden Abgleich bezüglich der Übergangswerte zur nächsten möglichen Kühlstufe sowohl ein Unterschreiten durch die Sammeltemperatur, als auch ein Überschreiten durch den Gradienten der Sammeltemperatur erkannt worden ist.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird die Sammeltemperatur pro Übergang zwischen zwei möglichen Kühlstufe mit je einem zugehörigen Grenzwert in Form eines jeweiligen Übergangswerts als Temperaturgrenze abgeglichen, die dem jeweiligen Übergang zugeordnet ist und welche jeweils fest hinterlegt wurde. Jedem Übergang zwischen zwei möglichen Kühlstufen ist also hinsichtlich der Sammeltemperatur jeweils ein Grenzwert als Temperaturgrenze zugeordnet, wobei diese jeweilige Temperaturgrenze dabei im Vorfeld bestimmt und fest hinterlegt wurde. Besonders bevorzugt kann die einzelne Grenze dabei empirisch ermittelt worden sein.
Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der Gradient der Sammeltemperatur pro Übergang zwischen zwei möglichen Kühlstufe mit je einem zugehörigen Grenzwert in Form eines jeweiligen Übergangswerts abgeglichen wird, welcher im Vorfeld jeweils für den zugeordneten Übergang als Funktion einer aktuellen, in das Kühlmittel eingebrachten Verlustleistung berechnet wurde. Die Bestimmung des dem Gradienten zugehörigen Übergangswerts als Funktion der aktuellen, in das Kühlmedium eingebrachten Verlustleistung hat den Vorteil, dass somit auch Berücksichtigung finden kann, welche Energie letztendlich in das Kühlmittel im Kreislauf eingebracht wird. Wird dementsprechend eine hohe Verlustleistung in das Kühlmittel eingebracht, so deutet bereits ein kleiner Gradient der Sammeltemperatur auf eine hohe Kühlleistung und damit einen hohen Betrieb des Kühlers hin, während im Falle einer niedrigen Verlustleistung erst ein hoher negativer Gradient der Sammeltemperatur auf eine hohe Kühlleistung des Kühlers schließen lässt. Durch Berechnung des Grenzwerts aus der Funktion kann somit zuverlässig plausibilisiert werden, ob die Überschreitung des zugehörigen Übergangswerts durch die Sammeltemperatur tatsächlich einer möglichen Kühlstufe des Kühlers zuzuordnen ist. In Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die aktuelle Verlustleistung bevorzugt im Vorfeld berechnet, insbesondere basierend auf einem hinterlegten Rechenmodell für die zu versorgende Komponente.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wurde für jede einzelne mögliche Kühlstufe je ein Abzugswert fest hinterlegt. Es ist also jeder der möglichen Kühlstufen jeweils ein Abzugswert für die Ermittlung der Austrittstemperatur zugeordnet, wobei durch diesen Abzugswert dabei die in der einzelnen Kühlstufe zu erwartende Temperaturreduzierung des Kühlmittels über den Kühler abgebildet wird. Besonders bevorzugt ist der einzelne, fest hinterlegte Abzugswert dabei im Vorfeld empirisch ermittelt worden.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Austrittstemperatur im Anschluss an die Berechnung aus der Sammeltemperatur und dem Abzugswert über ein Übertragungsglied gefiltert, bei welchem es sich insbesondere um ein PT1-Glied handelt. In vorteilhafter Weise können hierdurch die Trägheit des Kühlers abgebildet und Temperatursprünge vermieden werden.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird als Komponente des Kraftfahrzeuges eine Elektromaschine in dem jeweiligen Kreislauf mit dem Kühlmittel versorgt. Dabei wird über das Kühlmittel bei Führung desselbigen im Kreislauf zwischen der Elektromaschine und dem Kühler eine Kühlung der Elektromaschine vorgenommen. Im Rahmen der Erfindung kann es sich dabei bei der Elektromaschine um eine Antriebsmaschine einer elektrisch antreibbaren Fahrzeugachse oder um eine Elektromaschine eines Kraftfahrzeuggetriebes handeln.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform wird als mindestens eine Komponente des Kraftfahrzeuges je ein Bauteil eines Kraftfahrzeuggetriebe in dem Kreislauf versorgt. In diesem Fall handelt es sich bei dem Kühlmittel bevorzugt um Öl, über welches das jeweilige Bauteil des Kraftfahrzeuggetriebes geschmiert und gekühlt werden kann. Bei dem je einen Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Schaltelement des Getriebes oder einen Zahneingriffe oder ein Anfahrelement des Kraftfahrzeuggetriebes. Besonders bevorzugt werden mehrere derartige Bauteile des Getriebes gemeinsam in einem Kreislauf mit dem Kühlmittel und hierbei insbesondere Öl versorgt. In Kombination mit der vorhergehenden Ausführungsform kann auch gleichzeitig eine Kühlung einer Elektromaschine des Kraftfahrzeuggetriebes über das Kühlmittel realisiert sein.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Führung des Kühlmittels über den Kühler angenommen, sobald ein Überschreiten einer Starttemperaturgrenze durch die ermittelte Sammeltemperatur erfasst wird. Eingangs der Ermittlung der Austrittstemperatur wird also zunächst überprüft, ob die über den Temperatursensor erfasste Sammeltemperatur eine hinterlegte Temperaturgrenze übersteigt. Liegt die erfasste Sammeltemperatur dabei unterhalb dieser Temperaturgrenze, so wird von einem inaktiven Zustand des Kühlers ausgegangen, so dass in der Folge eine Ermittlung der Austrittstemperatur unterlassen wird. Besonders bevorzugt wird in diesem Fall vielmehr die Austrittstemperatur gleich der gemessenen Sammeltemperatur gesetzt.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Steuergerät, bei welchem es sich um ein Getriebesteuergerät handeln kann, wenn die mindestens eine zu versorgende Komponente Teil eines Kraftfahrzeuggetriebes ist. Dabei ist dieses Steuergerät dazu eingerichtet, eine Austrittstemperatur eines Kühlmittels aus einem Kühler zu ermitteln, wobei das Kühlmittel in einem jeweiligen Kreislauf eines Kraftfahrzeuges zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente des Kraftfahrzeuges und dem Kühler geführt werden kann. Des Weiteren ist das Steuergerät ausgebildet, eine Sammeltemperatur des Kühlmittels auf einer Primärseite des Kühlers über einen Temperatursensor zu bestimmen und bei Führung des Kühlmittels über den Kühler die Austrittstemperatur als Summe aus der Sammeltemperatur und einem Abzugswert zu berechnen, welcher in Abhängigkeit einer aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers gewählt ist. Zudem ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die aktuell angenommene Kühlstufe des Kühlers aus mehreren, möglichen Kühlstufen des Kühlers zu bestimmen, indem das Steuergerät die Sammeltemperatur und einen Gradienten der Sammeltemperatur jeweils mit je zugehörigen Grenzwerten der möglichen Kühlstufen abgleicht. Im Weiteren ist das Steuergerät ferner bevorzugt dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Varianten durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor, beispielsweise einem Prozessor eines vorgenannten Steuergeräts läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen Verfahrensschritte durchzuführen. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes; und
2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Austrittstemperatur von Kühlmittel bei dem Kraftfahrzeuggetriebe aus 1.

Aus 1 geht eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes 1 hervor, bei welchem es sich prinzipiell um ein Einzelgetriebe oder auch ein in Gruppenbauweise ausgeführtes Getriebe handeln kann. Das Einzelgetriebe oder auch die Getriebegruppen des Getriebes können dabei im Einzelnen als Stirnradstufengetriebe, als Getriebe in Planetenbauweise, eine Mischung dieser Varianten oder auch als stufenloses Getriebe ausgeführt sein.
In 1 sind zwei Kreisläufe 2 und 3 angedeutet, in welchen Komponenten 4 und 5 des Kraftfahrzeuggetriebes 1 mit Kühlmittel versorgt werden können, wobei es sich bei dem Kühlmittel dabei vorliegend um Öl handelt. Während die Komponente 4 mindestens ein mechanisches Bauteil des Kraftfahrzeuggetriebes 1 repräsentiert, wie beispielsweise zumindest ein Schaltelement und/oder zumindest einen Zahneingriff, das bzw. der in dem Kreislauf 2 über das Kühlmittel zu schmieren und zu kühlen ist, handelt es sich bei der Komponente 5 um eine Elektromaschine, welche in das Kraftfahrzeuggetriebe 1 integriert ist und in dem Kreislauf 3 im Betrieb über das Kühlmittel gekühlt werden kann.
Beiden Kreisläufen 2 und 3 ist ein gemeinsamer Sammelbereich 6 für das Kühlmittel in Form eines Ölsumpfes zugeordnet, in welchen das Kühlmittel im Anschluss an einer Zuführung zu der jeweiligen Komponente 4 bzw. 5 gelangt und sich dort sammeln kann. Dabei ist im Bereich des Sammelbereichs 6 ein Temperatursensor 7 vorgesehen, über welchen eine Sammeltemperatur des Schmiermittels im Sammelbereich 6 gemessen werden kann. Aus dem Sammelbereich 6 kann das Kühlmittel dann über eine - vorliegend nicht weiter dargestellte - Pumpe entnommen und in dem einzelnen Kreislauf 2 bzw. 3 in Richtung der jeweiligen Komponente 4 bzw. 5 gefördert werden, wobei hierbei eine Führung des Kühlmittels zum einen über einen Kühler 8 möglich ist, welcher beiden Kreisläufen 2 und 3 zugeordnet ist. Zum anderen ist aber auch ein Bypass 9 vorgesehen, über welchen das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers 8 direkt innerhalb des jeweiligen Kreislaufs 2 bzw. 3 zu der jeweiligen Komponente 4 bzw. 5 gefördert werden kann.
Der Bypass 9 kann im vorliegenden Fall als separate und parallel zum Kühler 8 verlaufende Leitung ausgebildet sein, über welche eine Primärseite 10 des Kühlers 8 und eine Sekundärseite 11 des Kühlers 8 unter Umgehung des Kühlers 8 direkt miteinander verbunden sind. Alternativ dazu kann der Bypass 9 aber auch in einem Gehäuse des Kühlers 8 als Verbindungskanal ausgeführt sein, der ebenfalls Primärseite 10 und Sekundärseite 11 miteinander verbindet, ohne das Kühlmittel in die Bereiche des Kühlers 8 zu führen, in welchen ein Wärmeaustausch des Kühlmittels zur Kühlung desselbigen stattfinden kann.
Auf der Primärseite 10 des Kühlers 8 und damit dem Sammelbereich 6 nachgeschaltet kann zudem ein Anfahrelement des Kraftfahrzeuggetriebes 1 vorgesehen sein, wie beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. In diesem Fall wird das Kühlmittel dann nach einem Ansaugen aus dem Sammelbereich 6 zunächst diesem Anfahrelement zugeführt, bevor es im Weiteren zu dem Kühler 8 oder in den Bypass 9 geleitet wird.
Ein Betrieb der Komponenten 4 und 5 wird im vorliegenden Fall über ein Steuergerät 12 geregelt, bei welchem es sich um ein Getriebesteuergerät des Kraftfahrzeuggetriebes 1 handelt. Dieses Steuergerät 12 steht dabei auch mit dem Temperatursensor 7 in Verbindung und kann über diesen permanent die aktuelle Sammeltemperatur des Kühlmittels im Sammelbereich 6 abrufen. Abgesehen davon wird die gemessenen Sammeltemperatur auch dazu verwendet, einen Betrieb des Kühlers 8 zu regeln, welcher zur Kühlung des Kühlmittels in unterschiedlichen Kühlstufen mit voneinander abweichenden Kühlleistungen betrieben werden kann.
Im vorliegenden Fall sind in dem Steuergerät 12 aber keine Informationen hinsichtlich des Aufbaus des Kühlers 8 und dessen Ansteuerung hinterlegt, so dass eine direkte Ermittlung einer Austrittstemperatur des Kühlmittels aus dem Kühler 8 nicht möglich ist. Aus diesem Grund wird im vorliegenden Fall eine Ermittlung der Austrittstemperatur modellbasiert und ohne genaue Kenntnisse hinsichtlich des Aufbaus und der Ansteuerung des Kühlers 8 durchgeführt, wobei dies entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, dessen Ablaufdiagramm in 2 dargestellt ist.
Zu Beginn des Verfahrens wird in einem Schritt S1 zunächst von einem inaktiven Zustand des Kühlers 8 ausgegangen, wobei in diesem Zustand das Kühlmittel über den Bypass 9 geführt wird. Darauffolgend wird in einem zweiten Schritt S2 abgefragt, ob die gemessene Sammeltemperatur Ts eine Starttemperaturgrenze T_Grenz,start überschreitet. Diese Starttemperaturgrenze T_Grenz,start definiert dabei eine Temperatur, ab welcher das Kühlmittel eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat und ab der üblicherweise mit einem Betrieb des Kühlers 8 begonnen wird. Ist das Ergebnis in Schritt S2 negativ, so wird zu Schritt S1 zurückgesprungen und damit weiterhin von einem inaktiven Zustand des Kühlers 8 ausgegangen, während in einem zu bejahenden Fall zu einem Schritt S3 gewechselt wird.
In diesem Schritt S3 wird dann zunächst festgesetzt, dass eine angenommene Kühlstufe des Kühlers 8 einer ersten möglichen Kühlstufe entspricht, in welcher eine niedrige Kühlleistung über den Kühler 8 dargestellt wird. Dabei wird in Schritt S3 die Austrittstemperatur T_A des Kühlmittels aus dem Kühler 8 berechnet, indem von der gemessenen Sammeltemperatur Ts ein der ersten Kühlstufe zugeordneter Abzugswert ΔT₁ abgezogen wird.
Im Anschluss an die Berechnung in Schritt S3 wird dann in einem Schritt S4 überprüft, ob die gemessene Sammeltemperatur T_S einen Übergangswert T₁₂ von der ersten Kühlstufe in eine zweite Kühlstufe überschreitet. Zudem wird in Schritt S4 ein Gradient gradT_S der Sammeltemperatur T_S ermittelt und ebenfalls mit einem zugehörigen Übergangswert gradT₁₂ des Übergangs von der ersten Kühlstufe in die zweite Kühlstufe abgeglichen. Dabei wird überprüft, ob der Gradient gradT_S den zugehörigen Übergangswert gradT₁₂ unterschreitet. Im Vorfeld ist der Übergangswert gradT₁₂ dabei als Funktion der in das Kühlmittel über die Komponenten 4 und 5 eingeleiteten Verlustleistung P_Verl berechnet worden, welche das Steuergerät 12 durch Abfrage der entsprechenden, aktuellen Betriebsdaten der Komponenten 4 und 5 ermitteln kann. Der Abgleich des Gradienten gradT_S der Sammeltemperatur T_S mit dem zugehörigen Übergangswert gradT₁₂ dient dabei einer Plausibilisierung des Ergebnisses des Abgleichs der gemessenen Sammeltemperatur T_S mit dem Übergangswert T₁₂. Denn die gleichzeitige Betrachtung des Gradienten, als auch die Einbeziehung der Verlustleistung P_Verl lassen auf die über den Kühler 8 dargestellte Kühlleistung schließen.
Wird in Schritt S4 sowohl ein Überschreiten des Übergangswerts T₁₂ durch die Sammeltemperatur T_S, als auch ein Unterschreiten des Übergangswerts gradT₁₂ durch den Gradienten gradT_S der Sammeltemperatur Ts erfasst, so wird im Folgenden zu einem Schritt S5 übergegangen, während nur bei einer oder keiner der beiden Kriterien zu Schritt S3 zurückgegangen wird. Im letztgenannten Fall regelt das Steuergerät 12 dann im Folgenden zunächst anhand der in Schritt S3 berechneten Austrittstemperatur T_A, wobei bevorzugt nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitfensters erneut von Schritt S1 startend mit einer Ermittlung der Austrittstemperatur T_A begonnen wird.
Wird hingegen nach Schritt S4 zu Schritt S5 übergegangen, so wird die angenommene Kühlstufe des Kühlers 8 einer zweiten möglichen Kühlstufe gleichgesetzt, in der eine mittlere Kühlleistung des Kühlers 8 dargestellt wird. Hierbei wird die Austrittstemperatur T_A durch Subtraktion eines der zweiten Kühlstufe zugeordneten Abzugswerts ΔT₂ von der gemessenen Sammeltemperatur Ts errechnet.
Hierauf folgend wird dann in einem Schritt S6 zum einen abgefragt, ob die gemessene Sammeltemperatur Ts einen Übergangswert T₂₃ von der zweiten Kühlstufe in eine dritte Kühlstufe überschreitet. Außerdem wird erneut ein Gradient gradT_S der Sammeltemperatur T_S gebildet und mit einem zugehörigen Übergangswert gradT₂₃ des Übergangs von der zweiten Kühlstufe in die dritte Kühlstufe abgeglichen, wobei dieser Übergangswert dabei wiederum als Funktion der in das Kühlmittel über die Komponenten 4 und 5 eingeleiteten Verlustleistung P_Verl berechnet wurde. Wird dabei in Schritt S6 sowohl ein Überschreiten des Übergangswerts T₂₃ durch die Sammeltemperatur T_S erfasst, als auch ein Unterschreiten des Übergangswerts gradT₂₃ durch den Gradienten gradT_S der Sammeltemperatur Ts erkannt, so wird im Anschluss an Schritt S6 zu einem Schritt S7 übergegangen, während die Erfüllung nur eines oder keines der beiden vorgenannten Kriterien eine Rückkehr zu Schritt S5 zur Folge hat. In diesem Fall nimmt das Steuergerät 12 dann im Weiteren eine Regelung anhand der in Schritt S5 berechneten Austrittstemperatur T_A vor, wobei auch hier bevorzugt nach Verstreichen einer definierten Zeit erneut mit Schritt S1 begonnen wird, um die Austrittstemperatur T_A erneut zu bestimmen.
Ist hingegen zu Schritt S7 übergegangen worden, so wird die Austrittstemperatur T_A dadurch berechnet, indem von der gemessenen Sammeltemperatur T_S ein Abzugswert ΔT₃ abgezogen wird. Dieser Abzugswert ΔT₃ ist dabei einer dritten möglichen Kühlstufe des Kühlers 8 zugeordnet, die bei Erreichen von Schritt S7 gleich der angenommenen Kühlstufe des Kühlers 8 gesetzt wird. Die dritte Kühlstufe entspricht dabei einer hohen, maximalen Kühlleistung des Kühlers 8. In der Folge verwendet das Steuergerät 12 dann die in Schritt S7 ermittelte Austrittstemperatur T_A. Auch im Anschluss an Schritt S7 wird dann bevorzugt nach Verstreichen eines definierten Zeitfensters das Verfahren erneut von Schritt S1 beginnend gestartet, um die Austrittstemperatur T_A stets möglichst aktuell zu bestimmen.
Im Anschluss an eine jeweilige Bestimmung der Austrittstemperatur T_A kann diese jeweils zudem über ein Übertragungsglied gefiltert werden, bei welchem es sich insbesondere um ein PT1 Glied handelt. Dadurch kann zusätzlich eine Trägheit des Kühlers 8 abgebildet und Temperatursprünge vermieden werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Vorgehens kann die Austrittstemperatur ohne genaue Kenntnisse des Aufbaus des Kühlers und von dessen Ansteuerung mit guter Näherung bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeuggetriebe
2: Kreislauf
3: Kreislauf
4: Komponente
5: Komponente
6: Sammelbereich
7: Temperatursensor
8: Kühler
9: Bypass
10: Primärseite
11: Sekundärseite
12: Steuergerät
TS: Sammeltemperatur
TA: Austrittstemperatur
gradTS: Gradient
T12: Übergangswert
T23: Übergangswert
gradT12: Übergangswert
gradT23: Übergangswert
ΔT1: Abzugswert
ΔT2: Abzugswert
ΔT3: Abzugswert
TGrenz,start: Starttemperaturgrenze
PVerl: Verlustleistung
S1 bis S7: Einzelschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015080179 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Austrittstemperatur (T_A) eines Kühlmittels aus einem Kühler (8), wobei das Kühlmittel bei einem Kraftfahrzeug in einem jeweiligen Kreislauf (2, 3) zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente (4, 5) des Kraftfahrzeuges und dem Kühler (8) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sammeltemperatur (T_S) des Kühlmittels auf einer Primärseite (10) des Kühlers (8) durch einen Temperatursensor (7) erfasst wird, dass bei Führung des Kühlmittels über den Kühler (8) die Austrittstemperatur (T_A) als Summe aus der Sammeltemperatur (T_S) und einem Abzugswert (ΔT₁; ΔT₂; ΔT₃) berechnet wird, welcher in Abhängigkeit einer aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers (8) gewählt wird, und dass die aktuell angenommene Kühlstufe des Kühlers (8) hierfür aus mehreren, möglichen Kühlstufen des Kühlers (8) bestimmt wird, indem die Sammeltemperatur (T_S) und ein Gradient (gradT_S) der Sammeltemperatur (T_S) jeweils mit je zugehörigen Grenzwerten der möglichen Kühlstufen abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich der Sammeltemperatur (T_S) und des Gradienten (gradT_S) der Sammeltemperatur (T_S) mit den je zugehörigen Grenzwerten in Form von Übergangswerten (T₁₂, T₂₃, gradT₁₂, gradT₂₃) zwischen den möglichen Kühlstufen nach einer Reihenfolge vorgenommen wird, welche entsprechend einer größenmäßigen Sortierung von Kühlleistungen der möglichen Kühlstufen gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell angenommene Kühlstufe gleich der möglichen Kühlstufe gesetzt wird, für die ein Unterschreiten des zugehörigen Übergangswerts (T₁₂; T₂₃) zur benachbart liegenden, höheren Kühlstufe durch die Sammeltemperatur (T_s) und/oder ein Überschreiten des zugehörigen Übergangswerts (gradT₁₂; gradT₂₃) zur benachbart liegenden, höheren Kühlstufe durch den Gradienten (gradT_S) der Sammeltemperatur (T_S) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeltemperatur (T_S) pro Übergang zwischen zwei möglichen Kühlstufe mit je einem zugehörigen Grenzwert in Form eines jeweiligen Übergangswerts (T₁₂; T₂₃) als Temperaturgrenze abgeglichen wird, die dem jeweiligen Übergang zugeordnet ist und welche jeweils fest hinterlegt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient (gradT_S) der Sammeltemperatur (T_S) pro Übergang zwischen zwei möglichen Kühlstufe mit je einem zugehörigen Grenzwert in Form eines jeweiligen Übergangswerts (gradT₁₂; gradT₂₃) abgeglichen wird, welcher im Vorfeld jeweils für den zugeordneten Übergang als Funktion einer aktuellen, in das Kühlmittel eingebrachten Verlustleistung (P_Verl) berechnet wurde.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Verlustleistung (P_Verl) im Vorfeld berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede einzelne mögliche Kühlstufe je ein Abzugswert (ΔT₁; ΔT₂; ΔT₃) fest hinterlegt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittstemperatur (T_A) im Anschluss an die Berechnung aus der Sammeltemperatur und dem Abzugswert über ein Übertragungsglied, insbesondere ein PT1-Glied, gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (5) des Kraftfahrzeuges eine Elektromaschine in dem jeweiligen Kreislauf (3) mit dem Kühlmittel versorgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (4; 5) des Kraftfahrzeuges je ein Bauteil eines Kraftfahrzeuggetriebes (1) in dem jeweiligen Kreislauf (2; 3) mit dem Kühlmittel versorgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Kühlmittels über den Kühler (8) angenommen wird, sobald ein Überschreiten einer Starttemperaturgrenze (T_Grenz,start) durch die ermittelte Sammeltemperatur (T_S) erfasst wird.
Steuergerät (12), insbesondere Getriebesteuergerät, welches dazu eingerichtet ist, eine Austrittstemperatur (T_A) eines Kühlmittels aus einem Kühler (8) zu ermitteln, wobei das Kühlmittel in einem jeweiligen Kreislauf (2, 3) eines Kraftfahrzeuges zwischen mindestens einer zu versorgenden Komponente (4, 5) des Kraftfahrzeuges und dem Kühler (8) führbar ist, wobei das Steuergerät (12) ausgebildet ist, eine Sammeltemperatur (T_S) des Kühlmittels auf einer Primärseite (10) des Kühlers (8) über einen Temperatursensor (7) zu bestimmen und bei Führung des Kühlmittels über den Kühler (8) die Austrittstemperatur (T_A) als Summe aus der Sammeltemperatur (T_S) und einem Abzugswert (ΔT₁- ΔT₂; ΔT₃) zu berechnen, welcher in Abhängigkeit einer aktuell angenommenen Kühlstufe des Kühlers (8) gewählt ist, und wobei das Steuergerät (12) dazu eingerichtet ist, die aktuell angenommene Kühlstufe des Kühlers (8) aus mehreren, möglichen Kühlstufen des Kühlers zu bestimmen, indem das Steuergerät (12) die Sammeltemperatur (T_S) und einen Gradienten (gradT_S) der Sammeltemperatur (T_S) jeweils mit je zugehörigen Grenzwerten der möglichen Kühlstufen abgleicht.
Steuergerät (12) nach Anspruch 12, welches ferner dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt für ein Steuergerät (12) nach Anspruch 12 oder 13, durch welches ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 durchführbar ist, wobei eine Routine zur Ermittlung der Austrittstemperatur (T_A) des Kühlmittels aus dem Kühler (8) durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14.