Titel

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Öls, mit dem ein Getriebe eines Fahrzeugs geschmiert und gekühlt wird

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Öls, mit dem ein Getriebe eines Fahrzeugs geschmiert und gekühlt wird.

Getriebe, insbesondere Getriebe von Fahrzeugen, werden mit Öl geschmiert und gekühlt. Wünschenswert ist es, eine Temperatur des Öls in einem Bereich einzustellen, in welchem die Temperatur niedrig genug ist, um eine ausreichende Qualität des Öls und eine ausreichende Kühlwirkung zu erreichen und in welchem die Temperatur hoch genug ist, um eine Viskosität des Öls und damit einhergehende Verluste im Getriebe gering zu halten. Dazu sind Kenntnisse über die Temperatur des Öls erforderlich.

Eine Möglichkeit, die Temperatur des Öls zu bestimmen, besteht darin, einen Temperatursensor in einem Ölkreislauf, in welchem das Öl zirkuliert, einzusetzen. Die Temperatur wird in diesem Fall mit dem Temperatursensor direkt gemessen.

Offenbarung der Erfindung

Bei der Vorrichtung und dem Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen entfällt der Temperatursensor im Ölkreislauf.

Das Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Öls, mit dem ein Getriebe eines Fahrzeugs geschmiert und gekühlt wird, sieht vor, dass ein physikalisches Modell dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Öls abhängig von Eingangsgrößen zu bestimmen, die eine Temperatur eines Rotors eines Antriebs des Fahrzeugs, insbesondere einer Elektromaschine, eine Drehzahl des Rotors, ein Drehmoment des Rotors, eine Temperatur eines Stators des Antriebs, eine Temperatur eines Kühlmittels, mit dem das Fahrzeug und/oder der Stator des Antriebs gekühlt wird, einen Volumenstrom des Kühlmittels und eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs charakterisieren, wobei die Eingangsgrößen erfasst und die Temperatur des Öls mit dem physikalischen Modell abhängig von den Eingangsgrößen bestimmt wird. Diese Lösung bringt Ersparnisse gegenüber einer Lösung mit Temperatursensor. Die Ersparnisse sind gegenüber der Lösung mit Temperatursensor reduzierte Kosten und ein gegenüber der Lösung mit Temperatursensor reduzierter benötigter Bauraum insbesondere im Getriebe. Daraus resultiert zudem eine größere Flexibilität für ein Design des Getriebes und des Fahrzeugs. Besonders geeignet ist dieses Vorgehen für eine Antriebsachse, bei welcher der Antrieb, eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Antriebs und das Getriebe zusammen in einer Einheit konstruiert sind.

Vorzugsweise wird mit dem physikalischen Modell eine Temperatur des Kühlmittels an einem Auslass eines Kühlsystems für den Antrieb abhängig von einer Temperatur des Stators, der Temperatur des Kühlmittels und dem Volumenstrom des Kühlmittels bestimmt, wobei die Temperatur des Öls abhängig von der Temperatur des Kühlmittels am Auslass und abhängig von der Temperatur des Rotors und abhängig von der Drehzahl des Rotors und abhängig vom Drehmoment des Rotors bestimmt wird. Eine Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels am Auslass von diesen Eingangsgrößen ist mittels Kennfeldern für ein statisches und ein dynamisches Temperaturinkrement an einem Prüfstand besonders einfach bestimmbar. Dadurch wird das physikalische Modell einfach parametriert.

Vorzugsweise wird mit dem physikalischen Modell eine Umgebungstemperatur in einem Einbauraum des Getriebes abhängig von der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Temperatur des Öls abhängig von der Umgebungstemperatur im Einbauraum des Getriebes bestimmt wird. Eine Abhängigkeit der Umgebungstemperatur im Einbauraum von der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs ist mit Wärmequellen, Massepunkten und zwischen je zwei Massepunkten angeordneten thermischen Widerständen von vorgegebenen Bauteilen des Fahrzeugs gut modellierbar.

Vorzugsweise umfasst das physikalische Modell einen thermischen Widerstand und zwei Massepunkte welche durch den thermischen Widerstand verbunden sind, wobei der thermische Widerstand eine Wärmemenge charakterisiert, die zwischen den zwei Massepunkten ausgetauscht wird, wobei die Umgebungstemperatur im Einbauraum abhängig von einer Wärmemenge bestimmt wird, die vom thermischen Widerstand übertragen wird. Der thermische Widerstand modelliert Wärmebewegungen zwischen den Massepunkten. Der thermische Widerstand kann konstant oder variabel sein. Dadurch wird die Temperatur des Öls mit dem physikalischen Modell genauer bestimmbar.

Vorzugsweise wird der thermische Widerstand abhängig von einer Betriebsgröße des Fahrzeugs bestimmt, insbesondere abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem Gang, in dem das Getriebe betrieben wird. Dadurch sind Änderungen der thermischen Eigenschaften, die aufgrund veränderter Luftanströmung eines Gehäuses des Getriebes oder aufgrund eines bestimmten Ganges zu erwarten sind, berücksichtigt.

Vorzugsweise wird abhängig von der berechneten Temperatur des Öls ein Schutzmechanismus zum Komponentenschutz ausgelöst, wenn die berechnete Temperatur des Öls außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt oder anderenfalls nicht ausgelöst. Dieser Komponentenschutz bietet ohne den Temperatursensor einen Schutz vor extremen Betriebsbedingungen und verlängert eine Lebensdauer von Komponenten des Getriebes.

Vorzugsweise wird ein Drehmoment des Antriebs, insbesondere der Elektromaschine, zumindest vorrübergehend reduziert, wenn die berechnete Temperatur eine vorgegebene erste Schwelle übersteigt. Dadurch werden Komponenten vor einer zu hohen Temperatur geschützt.

Vorzugsweise wird eine Erhöhung des Drehmoments des Antriebs, insbesondere der Elektromaschine, zumindest vorrübergehend erlaubt, wenn die berechnete Temperatur des Öls eine vorgegebene zweite Schwelle unterschreitet. Dadurch werden die Verluste reduziert, wenn die Öltemperatur bereits niedrig genug ist. Vorzugsweise wird die berechnete Temperatur des Öls in einem Speicher gespeichert. Der Speicher ist ein Datenlogger zur Erfassung der berechneten Temperatur.

Die Vorrichtung umfasst einen Prozessor, einen Speicher und eine Schnittstelle, wobei der Speicher ein physikalisches Modell umfasst, wobei die Schnittstelle ausgebildet ist, eine Temperatur eines Rotors eines Antriebs des Fahrzeugs, insbesondere einer Elektromaschine, zu empfangen, eine Drehzahl des Rotors zu empfangen, ein Drehmoment des Rotors zu empfangen, eine Temperatur eines Stators des Antriebs zu empfangen, eine Temperatur eines Kühlmittels, mit dem das Fahrzeug und/oder der Stator des Antriebs gekühlt wird, zu empfangen, einen Volumenstrom des Kühlmittels zu empfangen eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs zu empfangen und wobei die Schnittstelle ausgebildet ist, die Temperatur des Öls auszugeben, wobei der Prozessor ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines physikalischen Modells,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines ersten Moduls des physikalischen Modells,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines zweiten Moduls des physikalischen Modells,

Fig. 5 Schritte in einem Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Öls.

Figur 1 stellt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 100 dar. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Antrieb 102. Im Beispiel ist der Antrieb 102 eine Elektromaschine. Der Antrieb 102 umfasst einen Rotor 104 und einen Stator 106. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Getriebe 108. Das Getriebe 108 wird vom Antrieb 102 über den Roter 104 angetrieben. Das Fahrzeug 100 sieht für das Getriebe 108 einen Einbauraum 110 vor. Das Getriebe 108 wird mit Öl gekühlt und geschmiert. Das Fahrzeug umfasst eine Vorrichtung 112 zur Bestimmung einer Temperatur des Öls.

Die Vorrichtung 112 umfasst einen Prozessor 114, einen Speicher 116 und eine Schnittstelle 118.

Der Speicher 116 umfasst ein physikalisches Modell 120. Das physikalische Modell 120 ist dazu konfiguriert, eine Temperatur des Öls abhängig von Eingangsgrößen zu bestimmen, die eine Temperatur des Rotors 104, eine Drehzahl des Rotors 104, ein Drehmoment des Rotors 104, eine Temperatur des Stators 106, eine Temperatur eines Kühlmittels, mit dem das Fahrzeug 100 und/oder der Stator 106 gekühlt wird, einen Volumenstrom des Kühlmittels und eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100 charakterisieren. Das Kühlmittel zirkuliert im Beispiel in einem Kühlsystem für den Antrieb 102. Das Öl zirkuliert im Beispiel in einem Ölkreislauf. Weder im noch am Ölkreislauf ist ein Temperatursensor vorgesehen.

Die Schnittstelle 118 ist ausgebildet die Eingangsgrößen zu empfangen. Beispielsweise werden die Eingangsgrößen über ein Controller Area Netzwerk des Fahrzeugs 100 empfangen. Die Schnittstelle 118 ist ausgebildet, die Temperatur des Öls auszugeben.

Der Prozessor 114 ist ausgebildet ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur des Öls auszuführen, das im Folgenden beschrieben wird.

Der Antrieb 102 und das Getriebe 108 sind im Beispiel mit einer Leistungselektronik 122 in einer Einheit 124 im Einbauraum 110 integriert.

In Figur 2 ist eine schematische Ansicht des physikalischen Modells 120 dargestellt.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein erstes Modul 202 das zur Bestimmung einer ersten Ausgangsgröße 204 ausgebildet ist, die Temperatur des Kühlmittels am Auslass des Kühlsystems für den Antrieb 102 charakterisiert. Das erste Modul 202 ist ausgebildet, die erste Ausgangsgröße 204 abhängig von einer ersten Eingangsgröße 206, die die Temperatur des Rotors charakterisiert, einer zweiten Eingangsgröße 208, die die Temperatur des Kühlmittels charakterisiert und einer dritten Eingangsgröße 210, die einen Volumenstrom des Kühlmittels charakterisiert, zu bestimmen.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein zweites Modul 212 das zur Bestimmung einer zweiten Ausgangsgröße 214 ausgebildet ist, die die Umgebungstemperatur des Getriebes 108 charakterisiert. Das zweite Modul 212 ist ausgebildet, die zweite Ausgangsgröße 214 abhängig von einer vierten Eingangsgröße 216 zu bestimmen, die die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100 charakterisiert.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein drittes Modul 218 das zur Bestimmung einer dritten Ausgangsgröße 220 ausgebildet ist, die die Temperatur des Öls charakterisiert. Das dritte Modul 218 ist ausgebildet, die dritte Ausgangsgröße 220 abhängig von der ersten Ausgangsgröße 204 und der zweiten Ausgangsgröße 214 zu bestimmen. Im Beispiel wird die dritte Ausgangsgröße 220, d.h. die ohne Temperatursensor im Getriebe 108 oder einem Ölkreislauf für das Öl berechnete Temperatur des Öls, vom physikalischen Modell 120 ausgegeben.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein viertes Modul 222 zum Ein- oder Ausschalten des dritten Moduls 218 mit einem Schaltsignal 224, das abhängig von einem Zustand 226 des Fahrzeugs das dritte Modul 218 einschaltet oder ausschaltet. Im Beispiel wird das dritte Modul 218 eingeschaltet, wenn das Fahrzeug 100 betrieben wird und ausgeschaltet, wenn das Fahrzeug 100 nicht betrieben wird oder wenn ein Fehler in einer der Eingangsgrößen für das physikalische Modell 120 erkannt wird.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein fünftes Modul 228 zum Auslösen eines Schutzmechanismus abhängig von der dritten Ausgangsgröße 220. Das fünfte Modul 228 ist im Beispiel ausgebildet, einen vierte Ausgangsgröße 230 auszugeben, die einen Schutzmechanismus auslöst oder nicht.

Das fünfte Modul 228 ist ausgebildet, abhängig von dritten Ausgangsgröße 220, die vierte Ausgangsgröße 230 zu bestimmen. Im Beispiel wird eine Drehmomentbegrenzung für das Drehmoment des Antriebs 102 abhängig von der berechneten Temperatur des Öls bestimmt. Dieser Schutzmechanismus zum Komponentenschutz wird im Beispiel ausgelöst, wenn die berechnete Temperatur des Öls außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt oder anderenfalls nicht ausgelöst. Das Drehmoment des Antriebs 102 wird im Beispiel zumindest vorrübergehend reduziert, wenn die berechnete Temperatur des Öls eine vorgegebene erste Schwelle übersteigt. Eine Erhöhung des Drehmoments des Antriebs 102 wird im Beispiel zumindest vorrübergehend erlaubt, wenn die berechnete Temperatur des Öls eine vorgegebene zweite Schwelle unterschreitet.

Das physikalische Modell 120 umfasst ein sechstes Modul 232 zum Speichern der dritten Ausgangsgröße 220. Beispielsweise wird die Temperatur des Öls im Speicher 106 gespeichert. Im Beispiel wird zudem die zweite Eingangsgröße 208 oder die Temperatur des Kühlmittels, die durch die zweite Eingangsgröße 208 definiert ist, im Speicher 106 gespeichert. Das sechste Modul 232 ist im Beispiel dazu ausgebildet, ein zweidimensionales Histogramm für die dritte Ausgangsgröße 220 und die zweite Eingangsgröße 208 auszugeben.

In Figur 3 ist eine schematische Ansicht des ersten Moduls 202 des physikalischen Modells 102 dargestellt.

Im ersten Modul 202 wird eine erste Eingangsgröße für ein erstes Kennfeld 302 und ein zweites Kennfeld 304 abhängig von einer Differenz der ersten Eingangsgröße 206, die die Temperatur des Rotors charakterisiert und der zweiten Eingangsgröße 208, die die Temperatur des Kühlmittels charakterisiert bestimmt.

Eine zweite Eingangsgröße für das erste Kennfeld 302 und das zweite Kennfeld 304 ist die dritte Eingangsgröße 210, die den Volumenstrom des Kühlmittels charakterisiert.

Das erste Kennfeld 302 bildet die Eingangsgrößen auf eine Sollerhöhung 306 der Temperatur des Kühlmittels bei stationären Bedingungen ab. Das zweite Kennfeld 304 bildet die Eingangsgrößen auf eine Zeitkonstante 308 ab.

Eine Differenz zwischen der Sollerhöhung 306 und einer Isterhöhung 310 wird mit einem Integrierer 312 integriert und durch die Zeitkonstante 308 geteilt, um einen neuen Wert für die Isterhöhung 310 zu bestimmen.

Die erste Ausgangsgröße 204, die Temperatur des Kühlmittels charakterisiert, wird abhängig von einer Summe der Isterhöhung 310 und der zweiten Eingangsgröße 208, die die Temperatur des Kühlmittels charakterisiert, bestimmt.

In Figur 4 ist eine schematische Ansicht des zweiten Moduls 212 des physikalischen Modells 102 dargestellt.

Das zweite Modul 212 umfasst einen ersten Massenpunkt 402 für eine Temperatur des Getriebes 108 und einen zweiten Massenpunkt 404 für die Temperatur des Öls.

Das zweite Modul 212 umfasst einen dritten Massenpunkt 406 für eine Temperatur einer Dichtung des Getriebes 108 und einen vierten Massenpunkt 408 für die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100.

Das zweite Modul 212 umfasst im Beispiel einen fünften Massenpunkt 410 und einen sechsten Massenpunkt 412 für Temperaturen an weiteren Massen des Fahrzeugs 100.

Der erste Massenpunkt 402 und der dritte Massenpunkt 406 sind im Beispiel Wärmequellen. Die Massenpunkte sind im Beispiel durch folgende thermische Widerstände verbunden, die mit Rth X,Y gekennzeichnet sind, wobei X einen Massenpunkt und Y einen anderen Massenpunkt eines Paares von Massenpunkten die durch diesen Widerstand verbunden sind, s einen statischen und v einen variablen thermischen Widerstand kennzeichnet. Für variable Widerstände ist zudem ein Parameter angegeben, der eine Betriebsgröße des Fahrzeugs kennzeichnet, die den Widerstand beeinflusst: Rth 406, 402, s

Rth 402, 404, v, Drehzahl des Antriebs

Rth 402, 410, v, Drehzahl des Antriebs

Rth 402, 412, v, Drehzahl des Antriebs

Rth 404, 410, v, Drehzahl des Antriebs

Rth 404, 412, v, Drehzahl des Antriebs

Rth 408, 410,

Rth 408, 412, s

Rth 410, 412, s

Das zweite Modul 212 umfasst zudem einen statischen Widerstand zwischen dem dritten Massepunkt 406 und einem ersten Eingang des zweiten Moduls 212 für die erste Eingangsgröße 206, die die Temperatur des Rotors charakterisiert.

Das zweite Modul 212 umfasst zudem einen variablen Widerstand zwischen dem vierten Massepunkt 408 und einem zweiten Eingang des zweiten Moduls 212 für die zweite Eingangsgröße 208, die die Temperatur des Kühlmittels charakterisiert.

Das zweite Modul 212 umfasst zudem einen statischen Widerstand zwischen dem vierten Massepunkt 408 und einem dritten Eingang des zweiten Moduls 212 für die vierte Eingangsgröße 216, die die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100 charakterisiert.

Die statischen Widerstände zwischen dem vierten Massenpunkt 408 und dem fünften Massenpunkt 410 oder zwischen dem vierten Massenpunkt 408 und dem sechsten Massenpunkt 412, sowie der statische Widerstand, der den vierten Massenpunkt 408 mit dem dritten Eingang des zweiten Moduls 212 verbindet, können abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit ausgebildet sein.

In Figur 5 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur des Öls, mit dem das Getriebe 108 des Fahrzeugs 100 geschmiert und gekühlt wird schematisch dargestellt. Das Verfahren beginnt beispielsweise wenn das Fahrzeug 100 eingeschaltet wird.

In einem Schritt 500 werden die Eingangsgrößen erfasst. lm Beispiel werden als Eingangsgrößen die Temperatur des Rotors, die Drehzahl des Rotors 104, das Drehmoment des Rotors 104, die Temperatur des Stators 106, die Temperatur des Kühlmittels, der Volumenstrom und die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs erfasst.

Anschließend wird ein Schritt 502 ausgeführt.

Im Schritt 502 wird mit dem physikalischen Modell 120 eine Temperatur des Kühlmittels am Auslass des Kühlsystems für den Antrieb 102 bestimmt.

Im Beispiel wird die Temperatur des Kühlmittels am Auslass des Kühlsystems abhängig von der Temperatur des Stators 106, der Temperatur des Kühlmittels und dem Volumenstrom des Kühlmittels bestimmt.

Anschließend wird ein Schritt 504 ausgeführt.

Im Schritt 504 wird mit dem physikalischen Modell 120 eine Umgebungstemperatur im Einbauraum 110 des Getriebes 108 bestimmt.

Im Beispiel wird die Umgebungstemperatur im Einbauraum 110 abhängig von der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100 bestimmt wird, wobei die Temperatur des Öls abhängig von der Umgebungstemperatur im Einbauraum 110 des Getriebes 108 bestimmt.

Die Umgebungstemperatur im Einbauraum 110 wird im Beispiel abhängig von einer Wärmemenge bestimmt wird, die von wenigsten einem thermischen Widerstand den das physikalische Modell 120 umfasst, übertragen wird.

Der thermische Widerstand wird beispielsweise abhängig von einer Betriebsgröße des Fahrzeugs 100 bestimmt.

Die Betriebsgröße ist beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder ein Gang, in dem das Getriebe 108 betrieben wird.

Anschließend wird ein Schritt 506 ausgeführt. Im Schritt 506 wird die Temperatur des Öls mit dem physikalischen Modell 120 bestimmt.

Es kann vorgesehen sein, dass die berechnete Temperatur des Öls und/oder die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 100, mit der die berechnete Temperatur des Öls bestimmt wurde, im Speicher 116 gespeichert wird.

Im Beispiel wird die Temperatur des Öls abhängig von der Temperatur des Kühlmittels am Auslass und abhängig von der Temperatur des Rotor 104 und abhängig von der Drehzahl des Rotors 104 und abhängig vom Drehmoment des Rotors 104 bestimmt.

Anschließend wird ein Schritt 508 ausgeführt.

Im Schritt 508 wird abhängig von der berechneten Temperatur des Öls ein Schutzmechanismus zum Komponentenschutz ausgelöst, wenn die berechnete Temperatur des Öls außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt oder anderenfalls nicht ausgelöst. Im Beispiel wird der Komponentenschutz ausgelöst, wenn die berechnete Temperatur des Öls eine vorgegebene erste Schwelle übersteigt. In diesem Fall wird ein Schritt 510 ausgeführt. Im Beispiel wird ein Schritt 512 ausgeführt, wenn die berechnete Temperatur des Öls eine vorgegebene zweite Schwelle unterschreitet. Anderenfalls wird der Schritt 500 ausgeführt.

Im Schritt 510 wird das Drehmoment des Antriebs 102 zumindest vorrübergehend reduziert.

Anschließend wird der Schritt 500 ausgeführt.

Im Schritt 512 wird eine Erhöhung des Drehmoments des Antriebs 102 zumindest vorrübergehend erlaubt.

Anschließend wird der Schritt 500 ausgeführt. Das Verfahren endet beispielsweise wenn das Fahrzeug 100 ausgeschaltet wird, oder ein Fehler in wenigstens einer der Eingangsgrößen festgestellt wird.