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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Gradienten eines Drehmoments eines elektrischen Antriebs eines Nutzfahrzeugs.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist vorgesehen:
- - ein Verfahren zum Bestimmen eines Gradienten eines Drehmoments eines elektrischen Antriebs eines Nutzfahrzeugs mit den folgenden Schritten: Empfangen eines kommandierten Drehmomentwerts, insbesondere von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle; Vorgeben eines Gradienten des Drehmoments in Abhängigkeit der Zeit mittels eines Gradientenmoduls; Einstellen des Drehmoments in Abhängigkeit des vorgegebenen Gradienten und in Abhängigkeit eines oder mehrerer kommandierter Drehmomentenwerte mittels einer Steuereinheit.
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Ein Sensor, auch als Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische, chemische Eigenschaften oder Zustände, z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geschwindigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, pH-Wert, Ionenstärke, elektrochemisches Potential und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und als Sensordaten in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt. Fahrzeugumgebungsbezogene Sensoren, etwa Lidar, Radar, TOF oder eine Kamera, sind an einem Fahrzeug montiert, um eine Fahrzeugumgebung zu erfassen. Sensordaten, die von fahrzeugumgebungsbezogenen Sensoren erfasst werden, sind fahrzeugumgebungsbezogene Sensordaten. Fahrzeugsensoren sind an einem Fahrzeug montierbar oder montiert. Fahrzeugsensoren umfassen optische Sensoren, beispielsweise Kamera, Lidar, Radar, TOF und weitere Sensortechnologien, beispielsweise Akustiksensoren.
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Nutzfahrzeuge, z.B. Baumaschinen, Pistenraupen, Radlader und dergleichen, sind land- und bauwirtschaftlich nutzbare Fahrzeuge. Sie werden im Allgemeinen mit einer großen Anzahl unterschiedlicher im Front- oder Heckbereich angekuppelter Arbeitsmaschinen, wie Anbaugeräte oder Werkzeugen, betrieben, die zur Ausführung unterschiedlicher Arbeiten dienen.
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Radar (engl. für „radio detection and ranging) ist die Bezeichnung für verschiedene Erkennungs- und Ortungsverfahren und -geräte auf der Basis elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich (Funkwellen). Ein Radargerät ist ein Gerät, das elektromagnetische Wellen gebündelt aussendet, die von Objekten reflektierten Echos empfängt und auswertet. So können Informationen über die Objekte, dem Radarziel, gewonnen werden. Meist handelt es sich um eine Ortung (Bestimmung von Entfernung und Winkel). Aus den empfangenen, vom Objekt reflektierten Wellen können u. a. folgende Informationen gewonnen werden: der Winkel und die Entfernung zum Objekt, die Relativbewegung zwischen Sender und Objekt, die Wegstrecke und die Absolutgeschwindigkeit des Objektes, Konturen oder Bilder des Objektes.
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Lidar (engl. light detection and ranging), auch Ladar (laser detection and ranging), ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. Statt der Radiowellen wie beim Radar werden Laserstrahlen verwendet. Dabei werden Laserstrahlen emittiert, die von einem Objekt, dem Lidarziel reflektiert werden.
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TOF-Sensoren sind 3D-Kamerasysteme, die mit dem Laufzeitverfahren (englisch: time of flight, TOF) Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Die Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Das Prinzip ähnelt dem Laserscanning mit dem Vorteil, dass eine ganze Szene auf einmal aufgenommen wird und nicht abgetastet werden muss.
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Ein elektrischer Antrieb oder Elektroantrieb ist ein Antrieb mit einem oder mehreren Elektromotoren, der von einer Steuerung gesteuert wird. Häufig ist die Steuerung des Elektroantriebs in Gestalt einer Drehzahl-, Drehmoment-, Lage-, Geschwindigkeits- oder mehrvariablen Steuerung ausgeführt. Für den praktischen Betrieb werden zumeist gesonderte Komponenten für das Ein- und Ausschalten des Antriebs sowie notwendige Sicherungs- und Überwachungseinrichtungen, ferner eine Energiequelle in Form eines Generators (etwa in Form einer Brennstoffzelle), einer Batterie oder dergleichen bereitgestellt.
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Die Drehzahl ist eine Größe, die bei - vorzugsweise mechanischen - Drehbewegungen die Anzahl der Umdrehungen in einer Zeitspanne angibt. Sie ist beispielsweise eine wesentliche Eigenschaft bei der Kennzeichnung der Leistungsparameter für Motoren.
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Das Drehmoment ist eine physikalische Größe in der klassischen Mechanik, die die Drehwirkung einer Kraft auf einen Körper bezeichnet. Ein Drehmoment kann die Rotation eines Körpers beschleunigen oder bremsen und den Körper verbiegen oder verwinden. In Antriebswellen bestimmt das Drehmoment zusammen mit der Drehzahl die übertragene Leistung.
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Ein kommandiertes Drehmoment wird von einem Fahrer vorgegeben. Wird das kommandierte Drehmoment von einem Fahrer vorgegeben, ist gewöhnlich vorgesehen, dass der Fahrer das Drehmoment, mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), beispielsweise ein Pedal oder ein anderweitiges Bedienfeld, vorgibt.
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Dementsprechend ist eine kommandierte Bremswirkung eine angestrebte Verzögerung, die ein Benutzer, mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), beispielsweise ein Pedal oder ein anderweitiges Bedienfeld, vorgibt.
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Maschinelles Lernen oder künstliche Intelligenz (KI) ist ein Oberbegriff für die „künstliche“ Generierung von Wissen aus Erfahrung: Ein künstliches System lernt aus Beispielen und kann diese nach Beendigung der Lernphase verallgemeinern. Dazu bauen Algorithmen beim maschinellen Lernen ein statistisches Modell auf, das auf Trainingsdaten beruht. Das heißt, es werden nicht einfach die Beispiele auswendig gelernt, sondern Muster und Gesetzmäßigkeiten in den Lerndaten erkannt. So kann das System auch unbekannte Daten beurteilen (Lerntransfer) oder aber am Lernen unbekannter Daten scheitern (Überanpassung; englisch overfitting).
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Bei künstlicher Intelligenz bzw. maschinellen Lernen spielen Art und Mächtigkeit der Wissensrepräsentation eine wichtige Rolle. Man unterscheidet zwischen symbolischen Ansätzen, in denen das Wissen - sowohl die Beispiele als auch die induzierten Regeln - explizit repräsentiert ist, und nicht-symbolischen Ansätzen, wie neuronalen Netzen, denen zwar ein berechenbares Verhalten „antrainiert“ wird, die jedoch keinen Einblick in die erlernten Lösungswege erlauben; hier ist Wissen implizit repräsentiert.
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Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt.
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Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, ein von einem Benutzer kommandiertes Drehmoment für einen elektrischen Antrieb eines Nutzfahrzeugs, insbesondere mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zu empfangen und zu ermitteln, auf welche Art und Weise das kommandierte Drehmoment bestmöglich erreicht werden kann.
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Hierfür sieht die Erfindung vor, einen geeigneten Gradienten des Drehmoments in Abhängigkeit der Zeit mittels eines Gradientenmoduls vorzugeben und das Drehmoment bzw. eine Kurve des Drehmoments in Abhängigkeit des vorgegebenen Gradienten und in Abhängigkeit eines oder mehrerer kommandierter Drehmomentwerte mittels einer Steuereinheit einzustellen.
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Der Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass eine zeitliche Veränderung des Drehmoments pro Zeiteinheit, also des Gradienten des Drehmoments, beschränkt sein sollte, um die Komponenten des Nutzfahrzeugs zu schonen und/oder einen günstigen Wirkungsgrad zu erreichen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Nutzfahrzeug zumindest einen elektrischen Fahrantrieb und insbesondere zumindest einen elektrischen Antrieb einer Arbeitsmaschine auf, wobei das Drehmoment des Fahrantriebs bzw. des Antriebs der Arbeitsmaschine eingestellt wird.
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Dementsprechend lässt sich mit dem beschriebenen Verfahren sowohl der Gradient eines Arbeitsmaschinenantriebs als auch eines Fahrantriebs vorgeben.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Gradient in Abhängigkeit einer Fahraufgabe bzw. Arbeitsaufgabe vorgegeben. Somit lässt sich ein geeigneter Gradient des Drehmoments in Abhängigkeit einer Fahraufgabe und/oder einer Arbeitsaufgabe, für die oft bestimmte vorteilhafte Gradienten bekannt sind, vorgeben.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Gradient in Abhängigkeit einer kommandierten Bremswirkung eingestellt. Somit lässt sich beispielsweise berücksichtigen, ob ein Benutzer ein bereits kommandiertes Manöver abbrechen möchte und deshalb eine Bremswirkung kommandiert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Gradient in Abhängigkeit einer Benutzereingabe, etwa ein Pedal, in eine Mensch-Maschine-Schnittstelle vorgegeben. Somit kann ein Benutzer aus möglicherweise mehreren günstigen Drehmomentgradienten auswählen oder den Gradient direkt vorgeben.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Gradient in Abhängigkeit von fahrzeugumgebungsbezogenen Sensordaten eingestellt. Demnach ist es denkbar, dass sich aus fahrzeugumgebungsbezogenen Sensordaten eine bestimmte Fahraufgabe bzw. Arbeitsaufgabe ableiten lässt. Eine beispielhafte Fahraufgabe, die sich aus Sensordaten ergibt, ist beispielsweise eine Bergauffahrt bzw. das Anfahren des Fahrzeugs am Hang und dergleichen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der vorgegebene Gradient darauf ausgelegt, die Lebensdauer des Antriebs und/oder eines Getriebes des Nutzfahrzeugs zu verlängern.
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Es ist bekannt, dass sich besonders große Gradienten negativ auf die Lebensdauer des Antriebs und/oder des Getriebes auswirken. Dementsprechend kann vorgesehen sein, den vorgegebenen Gradient auf eine Schonung des Antriebs und/oder des Getriebes auszulegen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Gradientenmodul eine künstliche Intelligenz auf, um den Gradient vorzugeben. Beispielsweise ist es denkbar, dass die KI eingerichtet ist, Sensordaten, etwa fahrzeugumgebungsbezogene Sensordaten, auszuwerten, um einen geeigneten Gradient für das Drehmoment vorzugeben.
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Es versteht sich, dass ein Steuergerät für ein Nutzfahrzeug mit einer Schnittstelle zu einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, einer Schnittstelle zu einem Gradientenmodul und mit einer Steuereinheit, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, das Verfahren wie es vorstehend beschrieben wurde, durchzuführen, vorteilhaft ist.
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Ein Computerprogrammprodukt gemäß einem Verfahren einer Ausführungsform der Erfindung führt die Schritte eines Verfahrens gemäß der vorangehenden Beschreibung aus, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer, insbesondere einem fahrzeuginternen Computer, läuft. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt einen Effekt hervor, nämlich das Verändern des Gradienten des Drehmoments in einen bevorzugten Bereich.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt ein Diagramm mit einer y-Achse 1, an welcher eine Reaktion auf eine Benutzereingabe über ein Pedal in Prozent, und mit einer x-Achse 2, an welcher die Drehzahl des Antriebs angetragen ist. Dementsprechend zeigt das Diagramm zwei Kurven 4 und 5 in Abhängigkeit der Reaktion auf die Benutzereingabe und der Motordrehzahl. Zudem umfasst das Diagramm eine Vielzahl von drehzahlabhängigen Drehmomentkennlinien 3.
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2 zeigt ein Diagramm mit einer y-Achse 1, an welcher das Drehmoment, und mit einer x-Achse 2, an welchem die Zeit angetragen ist. Dementsprechend zeigt das Diagramm zwei Kurven 8 und 9 in Abhängigkeit des Drehmoments und der Zeit. Dementsprechend zeigt 2 den Verlauf des Drehmoments, also Kurven 8 bzw. 9 für die Kurven 4 bzw. 5 gemäß 1.
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Aus den Kurven 4 und 5 ist der Verlauf von Drehzahl, Reaktion auf die Benutzereingabe bzw. Drehmoment für ein kommandiertes Drehmoment ablesbar. Dementsprechend kommandiert ein Benutzer gemäß der Kurve 4 an der Stelle A ruckartig eine große Veränderung des Drehmoments, erkennbar an dem Durchkreuzen vieler Drehmomentkennlinien in einer sehr kurzen Zeit, sodass sich in der Kurve 8 an der entsprechenden Stelle A` im Gradient des Drehmoments über die Zeit eine Sprungstelle ergibt. Dementsprechend weist auch die Reaktion auf die Benutzereingabe über die Drehzahl eine Sprungstelle an der Stelle A auf. Nachdem der Benutzer begonnen hat, dass Pedal zu betätigen, bleibt das Pedal für kurze Zeit in dieser Stellung, erkennbar an einem Plateau 6 in der Kurve 4 bzw. 8, bis der Benutzer das Pedal langsam löst, d. h. das Pedal mit nachlassender Kraft drückt, sobald ein bestimmtes Drehmoment erreicht wurde, erkennbar am Absinken der Reaktion auf die Benutzereingabe. An der Stelle B bzw. B` hört der Benutzer auf, das Pedal zur Beschleunigung zu betätigen bzw. kommandiert eine Bremswirkung, solange bis ein negatives Drehmoment erreicht ist. Danach sinkt die Drehzahl bis der Benutzer die Bremse löst und die Kurve 4 bzw. 8 im Ursprung bzw. in einem Punkt auf der x-Achse endet.
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Demgegenüber zeigen die Kurven 5 bzw. 9 den Verlauf der Reaktion auf die Benutzereingabe über die Drehzahl bzw. des Drehmoments über die Zeit, wobei der Gradient des Drehmoments über die Zeit von einem Steuergerät vorgegeben wird.
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Dementsprechend durchkreuzt die Kurve 5 die gleiche Anzahl an Drehmomentkennlinien wie die Kurve 4, jedoch in einer Längeren Zeit. Im Vergleich hierzu ist die Kurve 5, die Kurve, die sich aufgrund eines vorgegebenen Gradienten ergibt.
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Dementsprechend wird der Gradient des Drehmoments in der Kurve 5 limitiert, was einer verzögerten Reaktion auf die Benutzereingabe entspricht.
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3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Gradienten eines Drehmoments eines elektrischen Antriebs eines Nutzfahrzeugs mit den Schritten S1 bis S3. In dem Schritt S1 wird ein kommandierter Drehmomentwert, insbesondere mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, empfangen. In dem Schritt S2 wird ein Gradient des Drehmoments in Abhängigkeit der Zeit, mittels eines Gradientenmoduls vorgegeben. In dem Schritt S3 wird das Drehmoment in Abhängigkeit des vorgegebenen Gradienten und in Abhängigkeit eines oder mehrerer kommandierter Drehmomentwerte mittels einer Steuereinheit eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- S1-S3
- Verfahrensschritte
- 1
- y-Achse
- 2
- x-Achse
- 3
- Kennlinie
- 4
- Kurve
- 5
- Kurve
- 6
- Plateau
- 8
- Kurve
- 9
- Kurve
- A, A`
- Sprungstelle
- B, B`
- Stelle
