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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, sowie ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Steuergerät.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs bekannt, wobei eine Abtriebsdrehzahl eines Antriebsmotors gesteuert wird.
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Darstellung der Erfindung
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Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder eine Baumaschine sein. Das Verfahren kann zum Limitieren von der Fahrgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs und alternativ oder zusätzlich zum Limitieren von der Fahrgeschwindigkeit in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs verwendet werden. Das Limitieren kann ein Begrenzen der Fahrgeschwindigkeit auf eine maximale Fahrgeschwindigkeit umfassen. Das Limitieren kann ein Anpassen der Fahrgeschwindigkeit an einen bestimmten Arbeitseinsatz des Fahrzeugs umfassen.
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Die Fahrgeschwindigkeit skaliert direkt mit einer Abtriebsdrehzahl eines das Fahrzeug antreibenden Elektromotors. Die Abtriebsdrehzahl kann die Abtriebsdrehzahl einer Motorabtriebswelle des Elektromotors sein. Alternativ kann die Abtriebsdrehzahl eine Abtriebsdrehzahl eines Getriebes sein, welches mit der Motorabtriebswelle des Elektromotors verbunden ist. Der Elektromotor kann ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor sein. Das Fahrzeug kann Räder aufweisen, welche mit dem Elektromotor wirkverbunden sein können. Die Räder können mit dem Elektromotor angetrieben werden. Die Räder können über eine feste Getriebeübersetzung mit der Motorabtriebswelle wirkverbunden sein und so kann die Fahrgeschwindigkeit direkt mit der Abtriebsdrehzahl des Elektromotors skalieren. Die Fahrgeschwindigkeit kann dabei linear mit der Abtriebsdrehzahl des Elektromotors skalieren.
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Das Verfahren weist einen Schritt eines Erfassens einer Benutzereingabe bezüglich einer maximalen Fahrgeschwindigkeit auf. Die Benutzereingabe kann durch einen Fahrer des Fahrzeugs erfolgen. Das Fahrzeug kann eine Benutzerschnittstelle, wie ein Touchdisplay, einen Joystick oder einen Schalthebel aufweisen, worüber die Benutzereingabe erfolgen kann. Das Erfassen der Benutzereingabe erfolgt mit einer ersten Auflösung. Beispielsweise kann der Benutzer aus einer Auswahl aus fünf maximalen Fahrgeschwindigkeiten auswählen, sodass gemäß dieses Beispiels die Auflösung fünf wäre. Beispielsweise kann der Schalthebel fünf Stellungen vorsehen, welche jeweils einer maximalen Fahrgeschwindigkeit zugeordnet ist. So kann eine erste Stellung des Schalthebels fünf Kilometer pro Stunde als maximale Fahrgeschwindigkeit bedeuten, eine zweite Stellung könnte zehn Kilometer pro Stunde bedeuten, und weitere Stellungen könnten linear maximale Fahrgeschwindigkeiten bis 25 Kilometer pro Stunde bedeuten. Die erste Auslösung der maximalen Fahrgeschwindigkeit kann linear sein, beispielsweise kann zwischen jeder Stellung des Schalthebels ein konstanter Geschwindigkeitsunterschied bezüglich der damit verbundenen maximalen Fahrgeschwindigkeit sein. Im vorherigen Beispiel ist der konstante Geschwindigkeitsunterschied fünf Kilometer pro Stunde zwischen den verschiedenen Stellungen des Schalthebels. So kann die Auflösung konstant fein über alle maximalen Fahrgeschwindigkeiten sein. Alternativ kann zwischen wenigstens zwei Stellungen des Schalthebels ein erster Geschwindigkeitsunterschied sein, und zwischen zwei weiteren Stellungen ein zweiter Geschwindigkeitsunterschied, welcher ungleich dem ersten Geschwindigkeitsunterschied ist. So kann die Auflösung für bestimmte Geschwindigkeitsbereiche feiner sein, und für andere Geschwindigkeitsbereiche gröber.
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Das Verfahren weist einen Schritt eines Zuordnens der Benutzereingabe zu einem virtuellen Gang von mehreren virtuellen Gängen auf. Jeder virtuelle Gang entspricht einer maximalen Fahrgeschwindigkeit gemäß einer zweiten Auflösung. Beispielsweise können 125 virtuelle Gänge vorgesehen sein, wobei jeder virtuelle Gang einer von 125 verschiedenen, maximalen Fahrgeschwindigkeit entsprechen kann. Die zweite Auflösung kann konstant über alle maximalen Fahrgeschwindigkeiten sein, alternativ kann die zweite Auflösung für unterschiedliche maximale Fahrgeschwindigkeiten unterschiedlich fein sein. Die zweite Auflösung kann unterschiedlich zur ersten Auflösung sein. So kann die erste Auflösung gröber sein, beispielsweise kann der Schalthebel fünf Positionen und damit fünf maximale Fahrgeschwindigkeiten aufweisen. Die zweite Auflösung kann feiner sein und 125 verschiedene Fahrgeschwindigkeiten auflösen.
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Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Bestimmens einer maximalen Abtriebsdrehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit von dem virtuellen Gang auf. Die maximale Abtriebsdrehzahl kann über eine Tabelle oder alternativ oder zusätzlich über einen funktionalen Zusammenhang aus dem virtuellen Gang bestimmt werden. Jeder virtuellen Gang kann einer maximalen Abtriebsdrehzahl zugewiesen werden. Dabei kann einer bestimmten maximalen Abtriebsdrehzahl maximal ein virtueller Gang zugewiesen werden. In anderen Worten kann jeder virtuelle Gang einer anderen maximalen Abtriebsdrehzahl zugewiesen werden. Die maximale Abtriebsdrehzahl kann die maximale Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmen oder vorgeben.
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Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Abbildens eines Abtriebsdrehzahlbereichs bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl auf einen Stellweg eines Fahrpedals des Fahrzeugs auf. Das Fahrpedal kann eingerichtet sein, die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs und alternativ oder zusätzlich eine momentane Abtriebsdrehzahl des Elektromotors zu beeinflussen. Der Stellweg des Fahrpedals kann den Bereich beschreiben, in welchem das Fahrpedal bewegt werden kann. Unterschiedliche Fahrpedalstellungen innerhalb des Stellwegs können zu unterschiedlichen Abtriebsdrehzahlen führen. Der Abtriebsdrehzahlbereich kann von 0 bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl reichen. So kann eine Fahrpedalstellung innerhalb des Stellwegs die Abtriebsdrehzahl zwischen Stillstand, also Abtriebsdrehzahl gleich 0, bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl beeinflussen. Innerhalb des Stellwegs kann der Abtriebsdrehzahlbereich linear auf den gesamten Stellweg des Fahrpedals abgebildet werden. So kann bei einem Betätigen des Fahrpedals bis zur Hälfte des Stellwegs die Hälfte der maximalen Abtriebsdrehzahl erreichbar sein. Alternativ kann der Abtriebsdrehzahlbereich nichtlinear auf den Stellweg des Fahrpedals abgebildet werden. So kann beispielsweise bei einem Betätigen des Fahrpedals bis zur Hälfte des Stellwegs ein Viertel der maximalen Abtriebsdrehzahl erreichbar sein, und beim Betätigen des Fahrpedals von der Hälfte des Stellwegs bis zum Ende des Stellwegs kann der restliche Abtriebsdrehzahlbereich erreichbar sein. So können bestimmte Abtriebsdrehzahlbereiche feiner auf den Stellweg abgebildet werden. Dadurch kann ein Beeinflussen der Abtriebsdrehzahl durch Betätigen des Fahrpedals durch den Fahrer in diesen Bereichen besser dosiert werden.
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Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Bestimmens einer Zieldrehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit von der momentanen Fahrpedalstellung des Fahrpedals auf. Die Zieldrehzahl kann einer Zielfahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechen. Der Schritt des Bestimmens der Zieldrehzahl kann einen Schritt eines Erfassens der momentanen Fahrpedalstellung des Fahrpedals aufweisen. Beispielsweise kann das Erfassen der momentanen Fahrpedalstellung über einen Sensor am Fahrpedal erfolgen. Der Stellweg des Fahrpedals ist für den Schritt des Bestimmens der Zieldrehzahl auf den Abtriebsdrehzahlbereich bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl abgebildet. Beispielsweise ist die maximale Abtriebsdrehzahl 5000, und der Abtriebsdrehzahlbereich ist zwischen 0 und 5000. Der Abtriebsdrehzahlbereich kann linear auf den Stellweg des Fahrpedals abgebildet sein. Wenn das Fahrpedal nun bis zur Hälfte des Stellwegs betätigt wird, kann die Zieldrehzahl zu 2500 bestimmt werden.
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Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Erfassens der momentanen Abtriebsdrehzahl des Elektromotors auf. Beispielsweise kann das Erfassen der momentanen Abtriebsdrehzahl mit einem Sensor an der Motorabtriebswelle erfolgen. Der Schritt des Erfassens der momentanen Abtriebsdrehzahl kann in periodischen Abständen erfolgen. Beispielsweise kann das Erfassen der momentanen Abtriebsdrehzahl alle 10, 100 oder 1000 ms erfolgen.
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Das Verfahren weist ferner einen Schritt eines Steuerns eines Abtriebsmoments des Elektromotors in Abhängigkeit von der momentanen Abtriebsdrehzahl und der Zieldrehzahl auf. Das Abtriebsmoment kann ein Abtriebsmoment an der Motorabtriebswelle sein. Das Steuern des Abtriebsmoments des Elektromotors kann durch ein Ansteuern eines Inverters des Elektromotors erfolgen. Beispielsweise kann der Inverter so angesteuert werden, dass das Abtriebsmoment erhöht wird, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl sich mit der Zeit von der Zieldrehzahl entfernt. So kann beispielsweise durch ein höheres Abtriebsmoment die momentane Abtriebsdrehzahl an die Zieldrehzahl angenähert werden. So kann die Zielfahrgeschwindigkeit durch Steuern des Abtriebsmoments erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Inverter so angesteuert werden, dass das Abtriebsmoment verringert wird, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl sich der Zieldrehzahl nähert. Das Abtriebsmoment kann gleich 0 gesetzt werden, wenn die Abtriebsdrehzahl gleich der Zieldrehzahl ist. So kann die Zielfahrgeschwindigkeit kleiner oder gleich der maximalen Fahrgeschwindigkeit bleiben.
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Es wird somit ein Verfahren bereitgestellt, bei welchem die Fahrgeschwindigkeit auf eine maximale Fahrgeschwindigkeit limitiert werden kann. Durch Abbilden des Abtriebsdrehzahlbereichs auf den Stellweg des Fahrpedals kann ein Fahrer des Fahrzeugs die Fahrgeschwindigkeit durch Betätigen des Fahrpedals innerhalb eines Bereichs von Stillstand bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit beeinflussen. Dadurch, dass der gesamte Stellweg des Fahrpedals für das Beeinflussen der Fahrgeschwindigkeit verwendet werden kann, kann der Fahrer, wenn er als maximale Fahrgeschwindigkeit beispielsweise die geringste maximale Fahrgeschwindigkeit auswählt, die Fahrgeschwindigkeit sehr genau mittels Betätigen des Fahrpedals beeinflussen und somit die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs sehr genau an einen jeweiligen Arbeitseinsatz anpassen. Durch Zuordnen der Benutzereingabe zu einem virtuellen Gang können eine Vielzahl von Benutzerschnittstellen, welche jeweils unterschiedliche erste Auflösungen haben können, mit einem festen Satz an virtuellen Gängen kombinierbar sein. So kann beispielsweise ein Schalthebel fünf Positionen und damit als eine erste Auflösung fünf haben. Ein Joystick kann beispielsweise zehn Positionen und damit als eine erste Auflösung zehn haben. Durch das Zuordnen kann das Verfahren mit vielen verschiedenen ersten Auflösungen und damit mit vielen verschiedenen Benutzerschnittstellen verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Zuordnens über einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Benutzereingabe und dem virtuellen Gang erfolgen. Der funktionale Zusammenhang kann ein linearer Zusammenhang sein, beispielsweise eine lineare Funktion, welche die Benutzereingabe in der ersten Auflösung auf einen virtuellen Gang in der zweiten Auflösung abbilden kann. Der funktionale Zusammenhang kann eine injektive Abbildung sein, also dass jedem virtuellem Gang maximal eine Benutzereingabe der ersten Auflösung zugewiesen wird.
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Es kann somit ein Verfahren gezeigt sein, wodurch über einen funktionalen Zusammenhang eine Zuordnung von einer Benutzereingabe in der ersten Auflösung zu einem virtuellen Gang in der zweiten Auflösung leicht und wenig rechenintensiv erfolgen kann. Somit kann in einer einfachen Weise die maximale Fahrgeschwindigkeit mittels unterschiedlicher funktionaler Zusammenhänge jeweils zwischen einer Benutzereingabe einer von mehreren ersten Auflösungen in einen virtuellen Gang der zweiten Auflösung umgerechnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt eines Bestimmens eines Zieldrehzahlbereichs in Abhängigkeit von dem virtuellen Gang aufweisen, wobei das Steuern des Abtriebsmoments des Elektromotors in Abhängigkeit von dem Zieldrehzahlbereich erfolgen kann. Der Zieldrehzahlbereich kann einen Drehzahlbereich um die Zieldrehzahl definieren. Das Bestimmen des Zieldrehzahlbereichs in Abhängigkeit von dem virtuellen Gang kann über eine Tabelle erfolgen. So kann jedem virtuellen Gang ein absoluter und alternativ oder zusätzlich ein relativer Zieldrehzahlbereich zugeordnet sein. Beispielsweise kann einem virtuellen Gang mit der maximalen Abtriebsdrehzahl von 10000 ein Zieldrehzahlbereich von 9000 bis 10000 und alternativ oder zusätzlich von 90 - 100 % zugeordnet sein. Alternativ kann der Zieldrehzahlbereich in Abhängigkeit von der Zieldrehzahl bestimmt werden, beispielsweise kann der Zieldrehzahlbereich immer 90 - 100 % von der Zieldrehzahl betragen. Das Abtriebsmoment kann beispielsweise erhöht werden, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl nicht innerhalb des Zieldrehzahlmoments liegt, und das Abtriebsmoment kann verringert werden, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlbereichs liegt. Der Elektromotor kann bei einer momentanen Abtriebsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlbereichs mit einem ersten Abtriebsmoment angesteuert werden, und der Elektromotor kann bei einer momentanen Abtriebsdrehzahl außerhalb des Zieldrehzahlbereichs mit einem zweiten Abtriebsmoment angesteuert werden, wobei das erste und zweite Abtriebsmoment unterschiedlich sind. Gemäß einer Ausführungsform kann genau ein Zieldrehzahlbereich bestimmt werden. Alternativ können mindestens zwei Zieldrehzahlbereiche bestimmt werden, wobei das Steuern des Abtriebsmoments des Elektromotors in Abhängigkeit von beiden Zieldrehzahlbereichen erfolgen kann. Das Steuern des Abtriebsmoments in den beiden Zielbereichen kann unterschiedlich erfolgen.
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Es kann ein Verfahren gezeigt sein, bei welchem das Steuern des Abtriebsmoments in Abhängigkeit von einem Zieldrehzahlbereich erfolgen kann. Somit kann der Elektromotor mit einem hohen Abtriebsmoment angesteuert werden, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl noch nicht den Zieldrehzahlbereich erreicht hat, also noch nicht die Zieldrehzahl oder einen Drehzahlbereich um die Zieldrehzahl erreicht hat. Somit kann die Zieldrehzahl schneller erreicht werden. Wenn die momentane Abtriebsdrehzahl bereits den Zieldrehzahlbereich erreicht hat, kann der Elektromotor mit einem niedrigeren Abtriebsmoment angesteuert werden, sodass die Zieldrehzahl noch erreicht, aber nicht überschritten werden kann, und somit die maximale Fahrgeschwindigkeit erreicht, aber nicht überschritten werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Steuerns des Abtriebsmoments des Elektromotors ein Limitieren des Abtriebsmoments erfolgen, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl des Elektromotors innerhalb des Zieldrehzahlbereichs um die Zieldrehzahl ist. Der Zieldrehzahlbereich kann beispielsweise über und unter der Zieldrehzahl liegen. Beispielsweise kann die Zieldrehzahl 10000 sein und der Zieldrehzahlbereich kann beispielsweise von 9000 bis 11000 liegen. Wenn die momentane Abtriebsdrehzahl des Elektromotors 9000 erreicht, kann das Limitieren des Abtriebsmoments erfolgen. Unterhalb der momentanen Abtriebsdrehzahl von 9000 kann ein Limitieren des Abtriebsmoments unabhängig von dem Zieldrehzahlbereich sein.
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Es kann somit ein Verfahren gezeigt sein, wobei durch ein Limitieren des Abtriebsmoments für Abtriebsdrehzahlen innerhalb des Zieldrehzahlbereichs sichergestellt werden kann, dass die Zieldrehzahl, und damit die maximale Fahrgeschwindigkeit, nicht durch ein zu hohes Abtriebsmoment überschritten werden kann. Ist die momentane Abtriebsdrehzahl noch nicht in dem Zieldrehzahlbereich, so kann der Elektromotor noch mit einem von dem Abtriebsdrehzahlbereich unabhängigen Abtriebsmoment gesteuert werden, sodass die Zieldrehzahl, und alternativ oder zusätzlich der Zieldrehzahlbereich, mit einem höheren Abtriebsmoment schneller erreichbar sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Steuerns das Limitieren des Abtriebsmoments regressiv erfolgen. Ein regressives Limitieren kann ein Limitieren sein, wobei für erste Abtriebsdrehzahlen, welche näher an der Zieldrehzahl sind als zweite Abtriebsdrehzahlen, das Abtriebsmoment stärker limitiert wird. Das Limitieren des Abtriebsmoments kann in Abhängigkeit von dem Zieldrehzahlbereich und in Abhängigkeit von der momentanen Abtriebsdrehzahl erfolgen. Das Limitieren des Abtriebsmoments kann stärker erfolgen, je näher die momentane Abtriebsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlbereichs sich an die Zieldrehzahl annähert. So kann, wie in dem vorherigen Beispiel, das Abtriebsmoment lediglich etwas limitiert werden, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl den Zieldrehzahlbereich bei 9000 erreicht, wohingegen das Limitieren des Abtriebsmoment stärker erfolgen kann, je näher die momentane Abtriebsdrehzahl der Zieldrehzahl von 10000 kommt. Das regressive Limitieren kann kontinuierlich regressiv, beispielsweise als eine Exponentialfunktion als Funktion des Unterschieds zwischen der momentanen Abtriebsdrehzahl und der Zieldrehzahl erfolgen. Das regressive Limitieren kann über Unterbereiche des Zieldrehzahlbereichs diskret erfolgen. So kann in einem Unterbereich, welcher an der unteren Grenze des Zieldrehzahlbereichs liegt, das Limitieren des Abtriebsmoments weniger stark erfolgen als in einem Unterbereich, welcher näher an der Zieldrehzahl liegt. Das Limitieren innerhalb eines dieser Unterbereiche kann konstant sein. Wenn die momentane Abtriebsdrehzahl die Zieldrehzahl erreicht, kann das Abtriebsmoment auf 0 limitiert werden.
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Es kann damit ein Verfahren gezeigt sein, wobei das Limitieren des Abtriebsmoments in Abhängigkeit von der momentanen Abtriebsdrehzahl und in Abhängigkeit von dem Zieldrehzahlbereich unterschiedlich stark erfolgt. So kann, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl zwar schon innerhalb des Zieldrehzahlbereichs, aber noch relativ weit von der Zieldrehzahl entfernt ist, das Abtriebsmoment weniger stark limitiert werden. So kann die Zieldrehzahl schneller erreicht werden. Gleichzeitig kann, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl schon relativ nahe an der Zieldrehzahl ist, das Abtriebsmoment stärker limitiert werden. So kann sichergestellt werden, dass die Abtriebsdrehzahl nicht durch ein zu hohes Abtriebsmoment die Zieldrehzahl übersteigt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Fahrgeschwindigkeit unterhalb oder gleich der maximalen Fahrgeschwindigkeit bleibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Steuerns des Abtriebsmoments des Elektromotors in Abhängigkeit von einem Fahrwiderstand erfolgen, indem der Elektromotor mit einem zusätzlichen Schubwiderstandsmoment angesteuert wird. Der Fahrwiderstand kann einen Rollwiderstand der Reifen auf einem Untergrund und einen Luftwiderstand des Fahrzeugs umfassen. Der Fahrwiderstand kann abhängig von der momentanen Fahrgeschwindigkeit, und damit abhängig von der momentanen Abtriebsdrehzahl sein. Das Schubwiderstandsmoment kann von dem Fahrwiderstand abhängig sein. Bei höherem Fahrwiderstand kann ein höheres Schubwiderstandsmoment bestimmt werden, und bei niedrigerem Fahrwiderstand kann ein niedrigeres Schubwiderstandsmoment bestimmt werden. Durch Ansteuern des Elektromotors mit dem zusätzlichen Schubwiderstandsmoment kann der Fahrwiderstand kompensiert werden. So kann, falls die momentane Abtriebsdrehzahl gleich der Zieldrehzahl ist, das eigentliche Abtriebsmoment auf 0 limitiert werden. Durch den Fahrwiderstand kann jedoch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, und damit die Abtriebsdrehzahl, verringert werden. Um das zu verhindern, kann das zusätzliche Schubmoment diesen Fahrwiderstand ausgleichen.
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Es ist ein Verfahren gezeigt, welches beim Limitieren der Fahrgeschwindigkeit den Fahrwiderstand berücksichtigen kann und somit die vorgegeben maximale Fahrgeschwindigkeit erreichen und halten kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, falls im Schritt des Zuordnens ein niedrigerer virtueller Gang als der aktuelle virtuelle Gang aufgrund eines Schaltvorgangs bestimmt worden ist, und im Schritt des Bestimmens eine niedrigere Zieldrehzahl nach dem Schaltvorgang bestimmt worden ist, der Schritt des Steuerns des Abtriebsmoments in Abhängigkeit von einem zusätzlichen Schubmoment erfolgen. Falls die momentane Abtriebsdrehzahl größer ist als die neue, niedrigere Zieldrehzahl, kann das zusätzliche Schubmoment negativ sein, sodass die Abtriebsdrehzahl aktiv durch den Elektromotor verringert wird. Alternativ kann, falls die momentane Abtriebsdrehzahl kleiner ist als die neue, niedrigere Zieldrehzahl, das zusätzliche Schubmoment positiv sein, sodass die neue Zieldrehzahl schneller erreicht werden kann.
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Es kann somit ein Verfahren gezeigt sein, wodurch durch ein Schalten des virtuellen Gangs das Steuern des Abtriebsmoment mit einem zusätzlichen Schubmoment erfolgen kann. Somit kann der Fahrer durch Betätigen des Schalthebels und Ändern des virtuellen Gangs ein zusätzliches Schubmoment erzeugen. Somit kann eine Dynamik des Fahrzeugs durch den Fahrer aktiv beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Steuerns des Abtriebsmoments in Abhängigkeit von einer Performancekurve des Elektromotors erfolgen. Die Performancekurve kann einen Zusammenhang zwischen der Abtriebsdrehzahl und dem Abtriebsmoment des Elektromotors darstellen und eine Leistungskurve des Elektromotors widerspiegeln. Die Performancekurve kann von dem virtuellen Gang abhängig sein. Durch die Performancekurve kann ein Limitieren des Abtriebsmoments erfolgen. Zusätzlich zu diesem Limitieren durch die Performancekurve kann ein Limitieren des Abtriebsmoments erfolgen, wenn die momentane Abtriebsdrehzahl des Elektromotors innerhalb des Zieldrehzahlbereichs um die Zieldrehzahl ist.
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Es ist somit ein Verfahren gezeigt, welches mit der Leistungskurve der Elektromaschine kompatibel ist und wobei das Abtriebsmoment in Abhängigkeit von der Leistungskurve des Elektromotors gesteuert wird. Eine Überbeanspruchung des Elektromotors mit dem Verfahren kann somit vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Performancekurve von der Fahrpedalstellung des Fahrpedals abhängig sein. So kann bei einer ersten Fahrpedalstellung eine erste Performancekurve bestimmt werden, und bei einer zweiten Fahrpedalstellung eine zweite Performancekurve. Die erste und zweite Fahrpedalstellung können dabei innerhalb des Stellwegs unterschiedlich sein. Beispielsweise ist die erste Fahrpedalstellung 50 % einer maximalen Fahrpedalstellung und die zweite Fahrpedalstellung ist 100 % der maximalen Fahrpedalstellung. So kann die zweite Performancekurve die Performancekurve zum zugehörigen virtuellen Gang sein, wohingegen die erste Performancekurve im Vergleich zur zweiten Performancekurve verringert sein kann. So kann das Abtriebsmoment durch die zweite Performancekurve auf niedrigere Abtriebsmomente limitiert sein als im Vergleich zur ersten Performancekurve.
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Es kann ein Verfahren gezeigt sein, wobei der Fahrer des Fahrzeugs durch die Fahrpedalstellung die Leistungskurve des Elektromotors beeinflussen kann und damit eine Auslastung des Elektromotors beeinflussen kann. Dies kann bei niedrigen Energiespeicherständen von Vorteil sein, um eine Leistungsaufnahme des Elektromotors von einem Energiespeicher zu begrenzen.
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Ein zweiter Aspekt betrifft ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Verfahren zum Limitieren der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts auszuführen. Das Steuergerät kann einen Mikroprozessor, Schnittstellen und eine Speichereinheit aufweisen.
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Ein dritter Aspekt betrifft ein Fahrzeug mit einem Steuergerät nach dem zweiten Aspekt. Das Fahrzeug kann ein Fahrpedal, einen Elektromotor, einen Energiespeicher, ein Getriebe und Räder aufweisen, wobei die Räder über das Getriebe mit dem Elektromotor wirkverbunden sein können und der Elektromotor mit Energie aus dem Energiespeicher betrieben werden kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Verfahren zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit auszuführen.
- 3a, 4a, 5a zeigen jeweils eine Abtriebsdrehzahl eines Elektromotors als Funktion der Zeit, wenn das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.
- 3b, 4b ,5b zeigen jeweils ein Abtriebsmoment des Elektromotors als Funktion der Zeit, wenn das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.
- 3c, 4c zeigen jeweils einen Stellweg eines Fahrpedals als Funktion der Zeit, wenn das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.
- 5c zeigt den Stellweg des Fahrpedals und einen virtuellen Gang als Funktion der Zeit, wenn das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch Schritte eines Verfahrens zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs 2 gemäß einer Ausführungsform. 2 zeigt schematisch ein solches Fahrzeug 2. Das Fahrzeug 2 weist einen Elektromotor 4 und ein Steuergerät 6 auf, wobei das Steuergerät 6 eingerichtet ist, das Verfahren zum Limitieren einer Fahrgeschwindigkeit auszuführen.
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Der Elektromotor 4 ist über ein Motorsteuergerät 8 mittels einer Datenübertragungsschnittstelle 16 mit dem Steuergerät 6 verbunden. Das Motorsteuergerät 8 ist eingerichtet, die von dem Steuergerät 6 empfangenen Befehle umzusetzen und den Elektromotor 4 anzusteuern. Ferner ist das Motorsteuergerät 8 eingerichtet, dem Steuergerät 6 Statussignale über die Datenübertragungsschnittstelle 16 zu senden. Statussignale umfassen Signale zu einer momentanen Abtriebsdrehzahl d des Elektromotors 4. Die Datenübertragungsschnittstelle 16 ist eine CAN-Schnittstelle.
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Das Fahrzeug 2 weist ein Fahrpedal 10, ein Bremspedal 12 und einen Schalthebel 14 auf. Ein Fahrer des Fahrzeugs 2 kann das Fahrpedal 10, das Bremspedal 12 und den Schalthebel 14 zum Steuern und Fahren des Fahrzeugs 2 verwenden. Das Steuergerät 6 ist mit dem Fahrpedal 10, dem Bremspedal 12 und dem Schalthebel 14 verbunden und ferner ist das Steuergerät 6 eingerichtet, Signale von diesen zu empfangen. Das Steuergerät 6 ist eingerichtet, in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen und den Statussignalen des Motorsteuergeräts 8 das Verfahren auszuführen.
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Das Verfahren weist einen Schritt eines Erfassens S1 einer Benutzereingabe bezüglich einer maximalen Fahrgeschwindigkeit auf. Dabei erfolgt die Benutzereingabe durch Betätigen des Schalthebels 14 durch den Fahrer des Fahrzeugs 2. Wird der Schalthebel 14 in die zweite Position betätigt, wird als maximale Fahrgeschwindigkeit zehn Kilometer pro Stunde erfasst. Das Erfassen S1 erfolgt mit einer ersten Auflösung, wobei die Anzahl der möglichen Positionen des Schalthebels 14 die erste Auflösung vorgeben. Das Erfassen S1 erfolgt über einen Sensor an dem Schalthebel 14, welcher eine Stellung des Schalthebels 14 erfassen kann und ein Signal an das Steuergerät 6 senden kann.
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Das Steuergerät 6 ist ferner eingerichtet, einen Schritt eines Zuordnens S2 der Benutzereingabe zu einem virtuellen Gang I auszuführen. Es sind 125 virtuelle Gänge I in dem Verfahren vorgesehen. Jeder virtuelle Gang I entspricht einer maximalen Fahrgeschwindigkeit. Durch die 125 virtuellen Gänge I wird die Benutzereingabe von der ersten Auflösung einem virtuellen Gang I gemäß einer zweiten Auflösung zugeordnet. So wird die zweite Schalthebelposition dem virtuellen Gang 50 zugeordnet.
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Das Steuergerät 6 ist ferner eingerichtet, einen Schritt eines Bestimmens S3 einer maximale Abtriebsdrehzahl des Elektromotors 4 auszuführen. Der Schritt des Bestimmens S3 erfolgt in Abhängigkeit von dem virtuellen Gang I, welcher in Schritt S2 bestimmt worden ist. Für den virtuellen Gang 50 wird als maximale Abtriebsdrehzahl 10000 bestimmt. Ferner ist das Steuergerät 6 eingerichtet, einen Schritt eines Abbildens S4 eines Abtriebsdrehzahlbereichs bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl auf einen Stellweg D des Fahrpedals 10 auszuführen. Der Abtriebsdrehzahlbereich wird durch das Steuergerät 6 in Abhängigkeit von der maximalen Abtriebsdrehzahl 10000 zu dem Bereich von Drehzahlen zwischen 0 und 10000 bestimmt. Der Stellweg D ist der Bereich, in dem das Fahrpedal 10 bewegbar ist. Durch Abbilden S4 des Abtriebsdrehzahlbereichs ist der gesamte Stellweg D des Fahrpedals 10 nutzbar, um Abtriebsdrehzahlen zwischen 0 und 10000 zu erreichen.
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Das Steuergerät 6 ist eingerichtet, einen Schritt eines Bestimmens S5 einer Zieldrehzahl a des Elektromotors 4 in Abhängigkeit von einer momentanen Fahrpedalstellung h des Fahrpedals 10 auszuführen. Der Schritt des Bestimmens S5 ist dabei abhängig vom Schritt des Abbildens S4. Der Stellweg D des Fahrpedals 10 ist auf den Abtriebsdrehzahlbereich 0 - 10000 bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl 10000 abgebildet.
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3a zeigt die momentane Abtriebsdrehzahl d des Elektromotors 4 als Funktion der Zeit A. Auf der Hochwertachse ist die Abtriebsdrehzahl B, auf der Seitwärtsachse die Zeit A aufgetragen. Die Zieldrehzahl a ist auf der Hochwertachse B aufgetragen und kennzeichnet die Abtriebsdrehzahl, oder Fahrgeschwindigkeit, welche der Fahrpedalstellung h und der Benutzereingabe zur maximalen Fahrgeschwindigkeit vom Fahrer entspricht. Die momentane Abtriebsdrehzahl d ist als Funktion der Zeit A in 3a aufgetragen.
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Das Steuergerät 6 ist eingerichtet, einen Schritt eines Bestimmens S8 eines Zieldrehzahlbereichs b in Abhängigkeit von dem virtuellen Gang I auszuführen. Das Bestimmen erfolgt über eine Tabelle. Der Zieldrehzahlbereich b liegt zwischen 7500 und 12500. Ferner ist das Steuergerät 6 eingerichtet, einen Schritt eines Erfassens S6 der momentanen Abtriebsdrehzahl d auszuführen. Dabei erfolgt das Erfassen S6 über das Statussignal von dem Motorsteuergerät 8 und in periodischen Abständen von 100 ms.
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Das Steuergerät 6 ist ferner eingerichtet, einen Schritt eines Steuerns S7 eines Abtriebsmoments g des Elektromotors 4 in Abhängigkeit von der momentanen Abtriebsdrehzahl d und der Zieldrehzahl a auszuführen. 3b zeigt das Abtriebsmoment g als Funktion der Zeit A. Auf der Hochwertachse ist das Abtriebsmoment C aufgetragen. 3b zeigt ferner eine Performancekurve e des Elektromotors 4. Die Performancekurve e gibt die Leistungskurve des Elektromotors 4 wieder. Das Steuern S7 des Abtriebsmoments g erfolgt in Abhängigkeit der Performancekurve e. So wird das Abtriebsmoment g durch die Performancekurve e limitiert. In 3b erfolgt ein Limitieren des Abtriebsmoments g durch die Performancekurve e ab einem Zeitpunkt p. Ab einem Zeitpunkt m erfolgt ein Limitieren des Abtriebsmoments g in Abhängigkeit von dem Zieldrehzahlbereich b. So wird in Schritt S6 als momentane Abtriebsdrehzahl d zum Zeitpunkt m 7500 erfasst. Ab dieser Abtriebsdrehzahl d erfolgt ein regressives Limitieren des Abtriebsmoments g in Abhängigkeit von dem Zieldrehzahlbereich b und in Abhängigkeit von der momentanen Abtriebsdrehzahl d. Das Limitieren des Abtriebsmoments g erfolgt bis 0, wenn die Abtriebsdrehzahl d die Zieldrehzahl a erreicht hat.
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3c zeigt die momentane Fahrpedalstellung h als Funktion der Zeit A. Auf der Hochwertachse ist der Stellweg D aufgezeigt. In der gezeigten Ausführungsform ist die momentane Fahrpedalstellung h entweder 0 oder weist den Wert einer maximalen Fahrpedalstellung n auf.
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4a, 4b und 4c zeigen eine ähnliche Ausführungsform wie 3a, 3b und 3c, mit dem Unterschied, dass die Fahrpedalstellung h in einer submaximalen Fahrpedalstellung o ist. In der Ausführungsform ist der virtuelle Gang I zwischen den Ausführungsformen der 3a, 3b und 3c und der 4a, 4b und 4c nicht geändert worden, sondern lediglich die Fahrpedalstellung h wurde in der Ausführungsform der 4a, 4b und 4c auf 75 % der maximalen Fahrpedalstellung n verändert. Die Performancekurve e, welche in 4b als gestrichelte Linie dargestellt ist, zeigt die Performancekurve bei einer ersten Fahrpedalstellung mit maximaler Fahrpedalstellung n. Eine Performancekurve f zeigt die Performancekurve bei einer zweiten Fahrpedalstellung mit submaximaler Fahrpedalstellung o. Durch die geänderte Fahrpedalstellung h ändert sich auch das Zieldrehmoment a, gezeigt in 4a, mit Vergleich zum Zieldrehmoment aus 3a.
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In den 5a, 5b und 5c sind Abtriebsdrehzahl d und Abtriebsmoment g bei einem Schaltvorgang gezeigt. In 5c ist auf der Hochwertachse D1 sowohl der Stellweg des Fahrpedals 10 als auch der virtuelle Gang I aufgezeigt. Zu einem Zeitpunkt k erfolgt ein Schaltvorgang durch den Fahrer, wobei der Schalthebel 14 von der zweiten Position in die erste Position betätigt wird. Der virtuelle Gang I als Funktion der Zeit A wird zum Zeitpunkt k verringert, gezeigt in 5c. Die Fahrpedalstellung h ändert sich gleichzeitig als Funktion der Zeit nicht und bleibt konstant. Mit anderen Worten ändert der Fahrer über das Betätigen des Schalthebels 14 die maximale Fahrgeschwindigkeit von zehn Kilometer pro Stunde auf fünf Kilometer pro Stunde, bleibt jedoch mit seinem Fuß konstant auf dem Fahrpedal 10 in der maximalen Fahrpedalstellung n. Somit ändert sich, bestimmt in Schritt S5, die Zieldrehzahl a auf eine Zieldrehzahl i nach dem Schaltvorgang von 5000, gezeigt in 5a. Das Fahrzeug 2 soll also abgebremst werden. Der Schritt des Steuerns S7 erfolgt sodann in Abhängigkeit von einem zusätzlichen Schubmoment q, gezeigt in 5b. Durch das zusätzliche, hier negative Schubmoment q, wird die momentane Abtriebsdrehzahl d verringert und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 2 gebremst.
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Der Schritt des Steuerns S7 erfolgt in Abhängigkeit von einem Fahrwiderstand, wie einem Luftwiderstand des Fahrzeugs 2. Hierbei ist das Steuergerät 6 eingerichtet, den Elektromotor 4 mit einem zusätzlichem Schubwiderstandsmoment j anzusteuern. 5b zeigt das Abtriebsmoment g als Funktion der Zeit A einmal ohne und einmal mit zusätzlichem Schubwiderstandsmoment j. Durch das zusätzliche Schubwiderstandsmoment j kann die Fahrgeschwindigkeit bei Erreichen der Zieldrehzahl a gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeug
- 4
- Elektromotor
- 6
- Steuergerät
- 8
- Motorsteuergerät
- 10
- Fahrpedal
- 12
- Bremspedal
- 14
- Schalthebel
- 16
- Datenübertragungsschnittstelle
- S1
- (Schritt) Erfassen einer Benutzereingabe bezüglich einer maximalen Fahrgeschwindigkeit
- S2
- (Schritt) Zuordnen der Benutzereingabe zu einem virtuellen Gang
- S3
- (Schritt) Bestimmen einer maximalen Abtriebsdrehzahl des Elektromotors
- S4
- (Schritt) Abbilden eines Abtriebsdrehzahlbereichs bis zur maximalen Abtriebsdrehzahl auf einen Stellweg des Fahrpedals
- S5
- (Schritt) Bestimmen einer Zieldrehzahl des Elektromotors
- S6
- (Schritt) Erfassen einer momentanen Abtriebsdrehzahl des Elektromotors
- S7
- (Schritt) Steuern einer Abtriebsmoments des Elektromotors
- S8
- (Schritt) Bestimmen eines Zieldrehzahlbereichs des Elektromotors
- A
- (Achse) Zeit
- B
- (Achse) Abtriebsdrehzahl
- C
- (Achse) Abtriebsmoment
- D
- (Achse) Stellweg des Fahrpedals
- D1
- (Achse) Stellweg des Fahrpedals und virtueller Gang
- a
- (Wert) Zieldrehzahl
- b
- (Wert) Zieldrehzahlbereich
- d
- (Wert) (momentane) Abtriebsdrehzahl
- e
- (Wert) Performancekurve (bei erster Fahrpedalstellung)
- f
- (Wert) Performancekurve (bei zweiter Fahrpedalstellung)
- g
- (Wert) Abtriebsmoment des Elektromotors
- h
- (Wert) (momentane) Fahrpedalstellung
- i
- (Wert) Zieldrehzahl nach Schaltvorgang
- j
- (Wert) zusätzliches Schubwiderstandsmoment
- k
- (Wert) Zeitpunkt des Schaltvorgangs
- I
- (Wert) virtueller Gang
- m
- (Wert) Zeitpunkt des Limitierens des Abtriebsmoments innerhalb des Zieldrehzahlbereichs
- n
- (Wert) maximale Fahrpedalstellung
- o
- (Wert) submaximale Fahrpedalstellung
- p
- (Wert) Zeitpunkt des Limitierens des Abtriebsmoments durch die Performancekurve
- q
- (Wert) zusätzliches Schubmoment bei Schaltvorgang
