Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer solchen Antriebsvorrichtung

Stand der Technik

Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrrads, vorgeschlagen worden, wobei die Antriebsvorrichtung zumindest einen Motor zu einem Antrieb des Fahrzeugs umfasst, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine thermische Belastung zumindest einer Komponente des Fahrzeugs überwacht wird und wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Gegenmaßnahme zur Begrenzung der thermischen Belastung der zumindest einen Komponente durchgeführt wird.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrrads, wobei die Antriebsvorrichtung zumindest einen Motor zu einem Antrieb des Fahrzeugs umfasst, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens eine thermische Belastung zumindest einer Komponente des Fahrzeugs überwacht wird und wobei in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens eine Gegenmaßnahme zur Begrenzung der thermischen Belastung der zumindest einen Komponente durchgeführt wird.

Es wird vorgeschlagen, dass eine Intensität der Gegenmaßnahme und/oder eine Auslösebedingung der Gegenmaßnahme situationsabhängig modelliert wird.

Eine Gegenmaßnahme maximaler Intensität stellt beispielsweise ein vollständiges Abschalten der überwachten Komponente und/oder einer mit der überwachten Komponente wärmetechnisch verbundenen Wärmequelle dar. Insbesondere sind der Motor und/oder eine Energieversorgungseinheit der Antriebsvorrichtung Wärmequellen, die zu einer thermischen Belastung, insbesondere maßgeblich, beitragen. Vorzugsweise werden der Hilfsmotor und/oder die Energieversorgungseinheit als Komponenten des Fahrzeugs überwacht. Alternativ oder zusätzlich können weitere Komponenten des Fahrzeugs überwacht werden. Die überwachten Komponenten können mechanische Komponenten, elektronische Komponenten oder sonstige Komponenten sein, welche insbesondere bei einer thermischen Belastung eine eingeschränkte Funktionalität und/oder ein Risiko eines vorzeitigen Verschleißes aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Antriebsvorrichtung eine Sensoreinheit mit zumindest einem internen Sensorelement, welches einen Belastungsparameter der überwachten Komponente erfasst, insbesondere eine Temperatur. Vorzugsweise umfasst die Antriebsvorrichtung zumindest eine Steuereinheit, welche die Gegenmaßnahme veranlasst. Vorzugsweise schaltet die Steuereinheit bei einem Erreichen eines Grenzwerts der thermischen Belastung den Motor, die Energieversorgungseinheit und/oder eine andere überwachte Komponente aus. Besonders bevorzugt arbeitet die Steuereinheit mit der Vorgabe, die Intensität und/oder die Auslösebedingung der Gegenmaßnahme derart zu modellieren, dass ein Abschalten des Motors, der Energieversorgungseinheit und/oder der anderen überwachten Komponente während einer Fahrt mit dem Fahrzeug vermieden wird.

Die Steuereinheit legt in zumindest einem Betriebsmodus der Steuereinheit die Intensität und/oder die Auslösebedingung insbesondere für eine spezifische Fahrsituation mit dem Fahrzeug individuell fest. Fahrsituationen können sich insbesondere durch eine Fahrroute, durch Umgebungsverhältnisse, insbesondere Wetter, und/oder durch einen Zustand des Fahrzeugs unterscheiden. Insbesondere legt die Steuereinheit die Intensität und/oder die Auslösebedingung der Gegenmaßnahme für zumindest zwei verschiedene Fahrsituationen unterschiedlich fest. Unter „situationsabhängig“ kann vorzugsweise abhängig von einer tatsächlichen Fahrsituation, welche insbesondere mittels der Sensoreinheit erfasst wird, und/oder abhängig von einer erwarteten Fahrsituation, welche von der Steuereinheit insbesondere im Rahmen einer Planung einer Fahrroute ermittelt wird, verstanden werden. Die Steuereinheit verwaltet insbesondere ein verfügbares Kontingent an thermischer Belastung, mit welchem die überwachte Komponente während einer Fahrt mit dem Fahrzeug zusätzlich beaufschlagt werden kann, um eine Funktionalität der Antriebsvorrichtung aufrechtzuerhalten. Die Steuereinheit legt die Intensität und/oder die Auslösebedingung insbesondere in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden, insbesondere dem noch verbleibenden, Kontingent für die thermische Belastung fest Insbesondere erstellt die Steuereinheit vor und/oder zu Beginn einer Fahrt mit dem Fahrzeug einen Plan für die Auslösebedingung und/oder die Intensität der Gegenmaßnahme. Vorzugsweise passt die Steuereinheit während einer Fahrt mit dem Fahrzeug den Plan für die Auslösebedingung und/oder die Intensität der Gegenmaßnahme an. Die Auslösebedingung kann insbesondere ein Schwellwert für eine von der Sensoreinheit erfassten oder von der Steuereinheit ermittelten Größe, das Überschreiten einer Fahrtdauer, das Erreichen einer Position innerhalb einer Fahrroute oder dergleichen sein.

Die Gegenmaßnahme ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Zunahme der thermischen Belastung zu verlangsamen, ein Niveau der thermischen Belastung konstant zu halten und/oder die thermische Belastung zu verringern. Die Gegenmaße ist beispielsweise eine Beschränkung einer maximal zulässigen Motorleistung des Motors. Bei einer Beschränkung der maximal zulässigen Motorleistung legt die Steuereinheit insbesondere eine obere Grenze für eine abgegeben Motorleistung des Motors fest, die zwischen einer maximalen Motorleistung, insbesondere einer Nennleistung, des Motors und einer minimalen Motorleistung liegt. Die Gegenmaßnahme ist beispielsweise eine Reduktion einer elektrischen Leistungsaufnahme einer oder mehrerer Zusatzkomponenten der Antriebsvorrichtung. Unter einer „Zusatzkomponente“ soll insbesondere eine Baugruppe verstanden werden, welche nicht zu einem Antrieb des Fahrzeugs beiträgt. Zusatzkomponenten sind beispielsweise eine LED, ein Display, ein Lautsprecher, eine Kommunikationsschnittstelle, ein Positionsbestimmungsgerät oder dergleichen. Die Intensität der Gegenmaßnahme ist insbesondere ein Maß für die Reduktion der maximal zulässigen Motorleistung des Motors und/oder ein Maß für die Reduktion der elektrischen Leistungsaufnahme der Zusatzkomponente. Vorzugsweise erfolgt eine situationsabhängige Variation der Intensität der Gegenmaßnahme durch die Steuereinheit stufenweise, insbesondere in mehr als drei Stufen, oder besonders bevorzugt stufenlos. Die Steuereinheit legt die Intensität der Gegenmaßnahme vorzugsweise in Abhängigkeit einer geplanten Gesamtdauer der Gegenmaßnahme fest. Insbesondere ist die Intensität der Gegenmaßnahme nicht die Gesamtdauer der Gegenmaßnahme. Im Sinne eines Auslastungsgrads, beispielsweise bei einer Steuerung des Motors mittels Pulsweitenmodulation oder dergleichen, ist die Intensität der Gegenmaßnahme durch eine Zeitdauer ausdrückbar, welche aber insbesondere kleiner als die Gesamtdauer der Gegenmaßnahme ist. Die Gegenmaßnahme ist beispielsweise eine situationsabhängige Beschränkung des zur Verfügung stehenden Kontingents der thermischen Belastung.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von der Fahrsituation, insbesondere einer thermischen Belastungssituation, vorteilhaft flexibel ausgestaltet werden. Insbesondere kann auf eine Anwendung einer Gegenmaßnahme, welche von einem Worst- Case-Szenario ausgeht, verzichtet werden. Insbesondere kann eine Funktionalität der Antriebsvorrichtung oder von Teilen der Antriebsvorrichtung vorteilhaft lange aufrechterhalten werden. Insbesondere kann situationsabhängig eine vorteilhaft großes thermische Kontingent situationsabhängig genutzt werden. Insbesondere kann eine aufgrund von Unkenntnis der konkreten Fahrsituation notwendige Sicherheitsreserve des thermischen Kontingents vorteilhaft klein gehalten werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens die Gegenmaßnahme vor einem Erreichen eines Schwellwerts und/oder eines Grenzwerts der thermischen Belastung eingeleitet wird. Die Gegenmaßnahme wird vorzugsweise in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens unabhängig von einem Istwert der thermischen Belastung eingeleitet. Die Gegenmaßnahme wird in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens insbesondere vorbeugend eingeleitet. Besonders bevorzugt wird die Gegenmaßnahme in zumindest einem Verfahrensschritt in Abhängigkeit einer erwarteten thermischen Belastung eingeleitet, insbesondere anhand des von der Steuereinheit erstellten Plans. Die Steuereinheit berechnet die erwartete thermische Belastung beispielsweise in Abhängigkeit eines Leistungsprofils des Motors entlang der Fahrroute, in Abhängigkeit von einem Fahrtwind, von Wetterverhältnissen oder dergleichen. Insbesondere sind in einem Speicher der Recheneinheit Standardwerte für die von der Steuereinheit verarbeiteten Parameter zur Berechnung der erwarteten thermischen Belastung hinterlegt. Vorzugsweise aktualisiert die Steuereinheit die erwartete thermische Belastung, wenn Istwerte der von der Steuereinheit verarbeiteten Parameter zur Berechnung der erwarteten thermischen Belastung vorliegen. Istwerte der von der Steuereinheit verarbeiteten Parameter zur Berechnung der erwarteten thermischen Belastung können beispielsweise von der Sensoreinheit erfasst werden oder von externen Geräten über die Kommunikationsschnittstelle abgefragt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Zeitpunkt des Erreichens des Schwellwerts und/oder des Grenzwerts vorteilhaft lange herausgezögert werden. Insbesondere kann zumindest ein Teil der Funktionalität der Antriebsvorrichtung vorteilhaft lange aufrechterhalten werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit einer Wärmestrombilanz modelliert wird. Insbesondere wird die erwartete thermische Belastung in Abhängigkeit der Wärmestrombilanz erstellt. Insbesondere subtrahiert die Steuereinheit einen Wärmeeingangsstrom von einem Wärmeausgangsstrom, um eine Veränderung der thermischen Belastung zu ermitteln. Insbesondere erstellt die Steuereinheit einen zeitlichen Verlauf der Wärmestrombilanz für die gesamte Fahrroute. Eine zeitliche Auflösung der Fahrroute kann von einem Fachmann unter Berücksichtigung einer durch die Steuereinheit zur Verfügung gestellten Rechenleistung und/oder Speicherkapazität beliebig gewählt werden. Vorzugsweise beträgt die zeitliche Auflösung zumindest mehr als 1 Wert pro 10 Minuten, bevorzugt mehr als 1 Wert pro 5 Minuten, besonders bevorzugt mehr als 1 Wert pro 1 Minute. Die Steuereinheit berechnet den zeitlichen Verlauf des Wärmeeingangsstroms und/oder des Wärmeausgangsstroms insbesondere mittels eines Näherungsmodells in Abhängigkeit von Umgebungsparametern und/oder Routenparametern. Der Wärmeeingangsstrom wird beispielsweise abhängig von einer Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug, von einer Steigung der Fahrroute, von einem Fahrergewicht, von einem Straßenverhältnis der Fahrroute, von Verbrauchstabellen oder dergleichen ermittelt. Der Wärmeausgangsstrom wird beispielsweise in Abhängigkeit von einer Stärke eines Fahrtwinds, von einer Lufttemperatur, oder dergleichen ermittelt. Vorzugsweise erstellt die Steuereinheit die Wärmestrombilanz für die gesamte Fahrroute, insbesondere im Voraus. Besonders bevorzugt ermittelt die Steuereinheit in Abhängigkeit von der Wärmestrombilanz einen De- rating-Schwellwert und/oder einen Derating-Grenzwert der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Energieversorgungseinheit, des Motors und/oder der Zusatzkomponente. Optional werden erstellte Wärmestrombilanzen, getroffene Gegenmaßnahmen, erfasste Umgebungsparameter und/oder Routenparameter verschiedener Fahrten mit dem Fahrzeug gesammelt und insbesondere gemeinsam ausgewertet, insbesondere von der Steuereinheit oder von einer externen Rechenanlage, um eine Genauigkeit der Wärmestrombilanz und/oder eine Effektivität und/oder Effizienz der getroffenen Gegenmaßnahmen zu verbessern. Eine Auswertung der gesammelten Daten kann beispielsweise mittels statistischer Auswertung und/oder einem maschinellen Lernprozess durchgeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Gegenmaßnahme vorteilhaft präzise modelliert werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von zumindest einem Umgebungsparameter modelliert wird. Der Umgebungsparameter kann insbesondere erfasst werden oder von einem externen Gerät über die Kommunikationsschnittstelle abgefragt werden. Beispielsweise erfasst zumindest ein Temperatursensor der Sensoreinheit eine Lufttemperatur als Umgebungsparameter. Beispielsweise erfasst zumindest ein Umgebungslichtsensor der Sensoreinheit eine Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug als Umgebungsparameter. Beispielsweise fragt die Steuereinheit Wetterdaten für den Zeitpunkt der Abfrage von einem internetbasierten Wetterdienst über die Kommunikationsschnittstelle als Umgebungsparameter ab. Beispielsweise erfasst zumindest ein Geschwindigkeitssensor eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, um eine Stärke des Fahrtwinds zu ermitteln. Beispielsweise fragt die Steuereinheit über die Kommunikationsschnittstelle ein Verhalten externer vernetzter Geräte in einer Umgebung des Fahrzeugs ab, insbesondere mittels globaler Navigationssatellitensystem (GNSS)-Daten und/oder Mobilfunkdaten, wie Zelle, Anzahl der Teilnehmer oder dergleichen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können, insbesondere sich kurzfristig ändern könnende, externe Kühl- und/oder Heizeffekte bei einer Modellierung der Gegenmaßnahme vorteilhaft berücksichtigt werden.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von zumindest einem Routenparameter modelliert wird. Vorzugsweise fragt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt ein Höhenprofil und/oder Straßenverhältnisse einer geplanten Fahrroute von einer lokalen oder einer netzwerkbasierten Datenbank als Routenparameter ab. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit das erwartete Leistungsprofil der Motoreinheit und/oder einen erwarteten Fahrwind anhand des Höhenprofils und/oder der Straßenverhältnisse. Insbesondere unterteilt die Steuereinheit die Fahrroute in Hochleistungsphasen, insbesondere bei einer Steigung und/oder unbefestigten Wegen innerhalb der Fahrroute, und Niedrigleistungsphasen, insbesondere bei einem Gefälle, Ebene und/oder befestigten Wegen innerhalb der Fahrroute, um das erwartete Leistungsprofil der Motoreinheit zu ermitteln. In einer Hochleistungsphase werden insbesondere mehr als 25 %, bevorzugt mehr als 35 %, insbesondere mehr als 45 %, der maximalen Motorleistung des Motors angefragt. In einer Niedrigleistungsphase werden insbesondere weniger als 40 %, bevorzugt weniger als 33 %, besonders bevorzug weniger als 25 %, der maximalen Motorleistung des Motors angefragt. Vorzugsweise modelliert die Steuereinheit für unterschiedliche Hochleistungsphasen unterschiedliche Gegenmaßnahmen. Insbesondere arbeitet die Steuereinheit mit der Vorgabe das in der entsprechenden Hochleistungsphase zur Verfügung stehende Kontingent an thermischer Belastung auszunutzen, um die Intensität und/oder Zeitdauer der Gegenmaßnahme möglichst gering zu halten. Alternativ modelliert die Steuereinheit eine Gegenmaßnahme, welche in allen Hochleistungsphasen gleichermaßen angewendet wird. Beispielsweise fragt die Steuereinheit Wetterdaten für den Zeitpunkt der Fahrt von einem internetbasierten Wetterdienst über die Kommunikationsschnittstelle als Routenparameter ab. Beispielsweise fragt die Steuereinheit von einer lokalen oder einer netzwerkbasierten Datenbank ab, ob die Fahrroute durch bewaldetes Gebiet, durch bebautes Gebiet, durch offenes Gebiet oder dergleichen führt, um eine erwartete Sonneneinstrahlung und/oder lokale Temperatur entlang der Fahrroute zu berechnen. Vorzugsweise fragt die Steuereinheit als Routenparameter von einem Bediener der Antriebsvorrichtung ab, zu welcher Tageszeit die Fahrt mit dem Fahrzeug geplant ist, um eine erwartete Sonneneinstrahlung und/oder lokale Temperatur entlang der Fahrroute zu berechnen. Insbesondere fragt die Steuereinheit von einer lokalen oder einer netzwerkbasierten Datenbank eine Sonnenaufgangszeit und/oder eine Sonnenuntergangszeit als Routenparameter ab, um eine erwartete Sonneneinstrahlung und/oder lokale Temperatur entlang der Fahrroute zu berechnen. Insbesondere fragt die Steuereinheit von einem Bediener als Routenparameter ab, in welchem Betriebsmodus die Steuereinheit während der Fahrt operieren soll. Der Betriebsmodus legt beispielsweise fest und/oder gewichtet, in welcher Fahrsituation die Gegenmaßnahme eingeleitet wird. Beispielsweise legt der Betriebsmodus fest, in welcher Fahrsituation, welche Motorleistung zur Verfügung stehen soll und/oder in welcher Fahrsituation auf eine Motorleistung verzichtet werden kann, um das zur Verfügung stehende thermische Kontingent zu vergrößern. Beispielsweise wird in einem Betriebsmodus die maximal zulässige Motorleistung in einer Hochleistungsphase bei einer relativ hohen Lufttemperatur weniger stark reduziert als bei einer relativ niedrigen Lufttemperatur, insbesondere um einem Schwitzen des Bedieners vorzubeugen. Vorzugsweise kann der Betriebsmodus während der Fahrt geändert werden. Vorzugsweise ist zumindest einen Standardbetriebsmodus, insbesondere eine Vielzahl an vordefinierten Betriebsmodi, in einem Speicher der Steuereinheit hinterlegt. Vorzugsweise stellt der Bordcomputer eine Eingabemöglichkeit bereit, um bedienerspezifische Betriebsmodi zu definieren. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine voraussichtliche Leistungsanforderung an die Antriebsvorrichtung und insbesondere eine thermische Belastung im Voraus vorteilhaft präzise modelliert werden. Insbesondere kann eine kurzzeitige Überschreitung eines maximal zulässigen Werts der thermischen Belastung in einer Hochleistungsphase erlaubt werden, um eine Funktionalität der Antriebsvorrichtung aufrechtzuerhalten, wenn ein Streckenabschnitt mit einer hinreichend großen Kühlleistung auf diese Hochleistungsphase folgt.

Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens als Gegenmaßnahme eine maximal zulässige Motorleistung des Motors beschränkt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein thermisches Belastungskontingent der Antriebsvorrichtung über eine vorteilhaft lange Zeitspanne verteilt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die maximal zulässige Motorleistung des Motors während einer Hochleistungsphase des Motors beschränkt wird. Die Steuereinheit erkennt den Beginn der Hochleistungsphase beispielsweise anhand des zuvor ermittelten Höhenprofils und/oder Leistungsprofils in Verbindung mit einer Positionsermittlung des Fahrzeugs innerhalb der Fahrroute. Die Positionsermittlung kann beispielsweise eine satellitengestützte und/oder sendemastgestützte Positionsermittlung des Fahrzeugs mittels des Positionsermittlungsgeräts sein. Alternativ oder zusätzlich erkennt die Steuereinheit den Beginn der Hochleistungsphase anhand einer Ermittlung des zurückgelegten Wegs durch die Steuereinheit Die Gegenmaßnahme kann automatisch bei einem Erkennen der Hochleistungsphase durch die Steuereinheit eingeleitet werden oder durch eine Erhöhung der angefragten Motorleistung des Motors ausgelöst werden. Vorzugsweise hat die Steuereinheit eine Dauer der Hochleistungsphase anhand des Routenparameters und/oder des Umgebungsparameters im Voraus berechnet Insbesondere ermittelt die Steuerphase die maximal zulässige Motorleistung so, dass bei einem Betrieb des Motors auf der maximal zulässigen Motorleistung über die gesamte Dauer der Hochleistungsphase ein für die Hochleistungsphase eingeplantes Kontingent der thermischen Belastung eingehalten wird. Insbesondere ist die Beschränkung der maximal zulässigen Motorleistung umso größer, je geringer das verbleibende Kontingent für die thermische Belastung ist. Insbesondere ist die Beschränkung der maximal zulässigen Motorleistung umso geringer, je größer das verbleibende Kontingent für die thermische Belastung ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung steht für die gesamte Hochleistungsphase zumindest ein Teil der Motorleistung des Motors zur Verfügung. Insbesondere kann ein Risiko eines vollständigen Ausfalls des Motors aufgrund eines Erreichens eines Schwellwerts oder eines Grenzwerts der thermischen Belastung während der Hochleistungsphase vorteilhaft gering gehalten werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die maximal zulässige Motorleistung des Motors außerhalb einer Hochleistungsphase des Motors beschränkt wird. Vorzugsweise wird die maximal zulässige Motorleistung des Motors in der Niedrigleistungsphase beschränkt. Insbesondere beschränkt die Steuereinheit die maximal zulässige Motorleistung derart, dass die thermische Belastung außerhalb der Hochleistungsphase nicht zunimmt oder, insbesondere aufgrund einer Kühlleistung des Fahrtwinds, abnimmt. Vorzugsweise stellt die Steuereinheit die maximal zulässige Motorleistung des Motors während der Hochleistungsphase auf den größtmöglichen Wert, der einen für die Dauer der Hochleistungsphase kontinuierlichen Betrieb des Motors erlaubt, ohne das Kontingent für die thermische Belastung aufzubrauchen. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit die maximal zulässige Motorleistung außerhalb und/oder innerhalb der Hochleistungsphase mittels der Wärmestrombilanz. Sofern die erwartete thermische Belastung für die Hochleistungsphase entsprechend gering ist, stellt die Steuereinheit die maximal zulässige Motorleistung in der Hochleistungsphase auf die maximale Motorleistung des Motors. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine thermische Belastung der Antriebsvorrichtung außerhalb der Hochleistungsphase vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere steht während der Hochleistungsphase ein vorteilhaft hohes Kontingent für die thermische Belastung zur Verfügung. Insbesondere kann das Kontingent für die thermische Belastung durch vorteilhaft geringe Komforteinbußen außerhalb der Hochleistungsphase eingespart werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens als Gegenmaßnahme eine elektrische Versorgungsspannung zu einer Versorgung einer Zusatzkomponente der Antriebsvorrichtung beschränkt wird. Die elektrische Versorgungsspannung wird insbesondere von der Energieversorgungseinheit bereitgestellt. Vorzugsweise umfasst die Energieversorgungseinheit zumindest einen Spannungsregler zu einer, insbesondere stufenlosen, Regelung der Versorgungsspannung. Vorzugsweise versetzt die Steuereinheit die Zusatzkomponente in einen Energiesparmodus, in welchem die Zusatzkomponente beispielsweise LEDs und/oder ein Display dimmt, eine Rechenleistung beschränkt wird, eine Datenübertragungsrate mit externen Geräten beschränkt und/oder eingestellt wird oder dergleichen. Vorzugsweise fragt die Steuereinheit für eine Reduktion der aufgenommenen elektrischen Leistung durch die Zusatzkomponente, einen Istwert einer notwendigen Mindestspannung der Zusatzkomponente, insbesondere in dem Energiesparmodus, von der Zusatzkomponente ab. Insbesondere stellt die Steuereinheit den Leistungsregler als Gegenmaßnahme so ein, dass die von der Versorgungseinheit bereitgestellte Versorgungsspannung der Mindestspannung angenähert wird, insbesondere der Mindestspannung entspricht. Beispielsweise wird die Reduktion der Leistungsaufnahme der Zusatzkomponenten ausgelöst, wenn die Steuereinheit ein Überschreiten eines Dera- ting-Schwellwerts der Energieversorgungseinheit ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit von einer von der Sensoreinheit erfassten Temperatur der Energieversorgungseinheit. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können vorteilhaft geringe Schaltreglerverluste der Zusatzkomponenten erreicht werden. Insbesondere kann die Leistungsaufnahme der Zusatzkomponenten auch unter Aufrechterhaltung zumindest eines Teils ihrer Funktionalität aufrechterhalten werden. Insbesondere kann ein vorteilhaft großes Kontingent der thermischen Belastung für die Funktionalität des Motors reserviert werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens zur Modellierung der Gegenmaßnahme eine Beschränkung einer Leistungsaufnahme einer Zusatzkomponente der Antriebsvorrichtung gegenüber einer Beschränkung einer maximal zulässigen Motorleistung des Motors priorisiert wird. Vorzugsweise wird bei einem nicht ausreichend verbleibenden Kontingent der thermischen Belastung für die Motoreinheit die Leistungsaufnahme der Zusatzkomponente beschränkt oder die Zusatzkomponente abgeschaltet, um das Kontingent für den Motor nutzen zu können. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft großes thermisches Belastungskontingent für die Funktionalität des Motors reserviert werden.

Darüber hinaus wird eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad, mit zumindest einem Motor zu einem Antrieb des Fahrzeugs und mit zumindest einer Steuereinheit zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Landfahrzeug, alternativ ein Wasserfahrzeug oder eine Luftfahrzeug. Das Fahrzeug kann ein Einrad, ein Zweirad, insbesondere ein Fahrrad oder ein Motorrad, ein Dreirad, ein vierrädriges Fahrzeug, insbesondere ein Automobil, ein Quad, ein Kleinbus, oder ein mehrachsiges Fahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen, ein Bus oder dergleichen sein. Die Steuereinheit umfasst zumindest eine Steuerelektronik. Insbesondere umfasst die Steuerelektronik eine Prozessoreinheit und den Speicher sowie ein in dem Speicher gespeichertes Betriebsprogramm. Alternativ ist die Steuerelektronik durch eine analoge Logikschaltung realisiert. Die Steuereinheit ist insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Der Motor ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet, insbesondere als elektrischer Hilfsmotor. Alternativ ist der Motor als elektrischer Hauptantrieb des Fahrzeugs oder als Verbrennungsmotor ausgebildet. Die Energieversorgungseinheit umfasst insbesondere zumindest einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere zumindest einen Akkumulator, vorzugsweise ein Akkupack, zu einer Versorgung des Motors und/oder der Zusatzkomponente mit elektrischer Energie. Abhängig von der Ausgestaltung des Motors weist die Energieversorgungseinheit vorzugsweise einen Brennstofftank auf. Die Antriebsvorrichtung umfasst als Zusatzkomponenten vorzugsweise einen Bordcomputer, eine Bedieneinheit, ein Navigationsgerät, insbesondere das bereits erwähnte Positionsermittlungsgerät, die Kommunikationsschnittstelle oder dergleichen. Die Antriebsvorrichtung umfasst insbesondere die Sensoreinheit Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Temperatursensor, der zu einer Überwachung einer Temperatur der Energieversorgungseinheit vorgesehen ist. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Temperatursensor, der zu einer Überwachung einer Temperatur des Motors vorgesehen ist. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Temperatursensor, der zu einer Überwachung einer Temperatur des Leistungsreglers vorgesehen ist. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Umgebungstemperatursensor, zu einer Erfassung einer Lufttemperatur. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Umgebungslichtsensor, der zu einer Erfassung von Umgebungslicht vorgesehen ist. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise einen Geschwindigkeitssensor, der zu einer Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden, welche über eine vorteilhaft lange Zeitspanne zumindest Teile ihrer Funktionalität aufrechterhalten kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 2 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein schematisches Höhendiagramm einer beispielhaften Route mit dem Fahrzeug,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer zu erwartenden Kühlleistung aufgrund von Fahrtwind auf der beispielhaften Route,

Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer abgegebenen Motorleistung eines Motors der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf der beispielhaften Route,

Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer thermischen Belastung des Fahrzeugs auf der beispielhaften Route und

Fig.7 ein schematisches Diagramm einer zugelassenen Motorleistung des Motors auf der beispielhaften Route.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 14, insbesondere ein Fahrrad. Das Fahrzeug 14 umfasst insbesondere eine Hauptantriebseinheit 32 zu einem Antrieb des Fahrzeugs 14. Die Hauptantriebseinheit 32 ist insbesondere in zumindest einem Betriebszustand des Fahrzeugs 14 dazu vorgesehen, das Fahrzeug 14 allein anzutreiben. Die Hauptantriebseinheit 32 umfasst beispielsweise Pedale zu einem Antrieb des Fahrzeugs 14 mittels Muskelkraft. Das Fahrzeug 14 umfasst eine Antriebsvorrichtung 12. Die Antriebsvorrichtung 12 für das Fahrzeug 14 umfasst zumindest einen Motor 16 zu einem Antrieb des Fahrzeugs 14. Der Hilfsmotor 16 ist insbesondere zu einer Unterstützung der Hauptantriebseinheit 32 vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung 12 umfasst zumindest eine Steuereinheit 26. Die Steuereinheit 26 ist zu einer Durchführung eines Verfahrens 10 vorgesehen, welches in Figur 2 näher erläutert wird. Die Steuereinheit 26 ist insbesondere zu einem Steuern oder Regeln des Motors 16 vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung 12 umfasst optional zumindest eine Zusatzkomponente 24, insbesondere eine elektronische Zusatzkomponente. Die Zusatzkomponente 24 ist insbesondere unterschiedlich von dem Hilfsmotor 16 ausgebildet Die Zusatzkomponente 24 ist beispielsweise ein Bordcomputer, ein Navigationsgerät, eine Schnittstelle für ein Smartphone, für ein Tablet oder für ein anderes externes Gerät oder dergleichen. Die Antriebsvorrichtung 12 umfasst vorzugsweise eine Energieversorgungseinheit 28. Die Energieversorgungseinheit 28 umfasst insbesondere zumindest einen Akkumulator, insbesondere ein Akkupack, oder einen sonstigen elektrischen Energiespeicher. Die Energieversorgungseinheit 28 ist insbesondere zu einer Versorgung des Motors 16 und/oder der Zusatzkomponente 24 mit elektrischer Energie vorgesehen. Der Antriebsvorrichtung 12, insbesondere der Hilfsmotor 16 und/oder die Energieversorgungseinheit 28, ist vorzugsweise an einem Rahmen 30 des Fahrzeugs 14 befestigt. Die Energieversorgungseinheit 28 ist hier beispielhaft in den Rahmen 30 integriert dargestellt. Alternativ kann die Energieversorgungseinheit 28 an einer Außenseite des Rahmens 30 oder an einem Gepäckträger des Fahrzeugs 14 angeordnet sein. Die Zusatzkomponente 24 ist vorzugsweise an einem Lenker des Fahrzeugs 14 befestigt. Die Steuereinheit 26 bildet zusammen mit dem Hilfsmotor 16 vorzugsweise eine Montageeinheit und ist insbesondere zusammen mit dem Hilfsmotor 16 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Alternativ ist die Steuereinheit 26 beabstandet von einem Gehäuse des Motors 16 angeordnet, bevorzugt innerhalb des Rahmens 30 des Fahrzeugs 14. Alternativ ist die Steuereinheit 26 in die, insbesondere als Bordcomputer ausgebildete, Zusatzkomponente 24 integriert. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit 26 zumindest eine Sensoreinheit. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest ein internes Sensorelement zu einer Erfassung eines Betriebsparameters des Fahrzeugs 14, insbesondere einer Temperatur einer Komponente des Fahrzeugs 14. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise zumindest ein Umgebungssensorelement zu einer Erfassung eines Umgebungsparameters.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 10. Das Verfahren 10 ist zum Betrieb der Antriebsvorrichtung 12 des Fahrzeugs 14 vorgesehen. Das Verfahren 10 umfasst vorzugsweise zumindest einen Erfassungsschritt 40. Insbesondere umfasst das Verfahren 10 zumindest einen Steuerschritt 38. Das Verfahren 10 umfasst bevorzugt einen Belastungsmodellschritt 36. In dem Erfassungsschritt 40 des Verfahrens 10 wird eine thermische Belastung 18 (siehe Fig. 6) zumindest einer Komponente des Fahrzeugs 14 überwacht. In dem Steuerschritt 38 des Verfahrens 10 wird eine Gegenmaßnahme zur Begrenzung der thermischen Belastung 18 der zumindest einen Komponente durchgeführt. In dem Belastungsmodellschritt 36 wird eine Intensität der Gegenmaßnahme und/oder eine Auslösebedingung der Gegenmaßnahme situationsabhängig modelliert.

In dem Belastungsmodellschritt 36 wird die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit einer Wärmestrombilanz modelliert. In dem Belastungsmodellschritt 36 wird die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von zumindest einem Umgebungsparameter modelliert Der zumindest eine Umgebungsparameter wird vorzugsweise in dem Erfassungsschritt 40 erfasst. In dem Belastungsmodellschritt 36 wird die Gegenmaßnahme in Abhängigkeit von zumindest einem Routenparameter modelliert. Das Verfahren 10 umfasst zumindest einen Routenplanungsschritt 34. Der Routenparameter wird insbesondere in dem Routenplanungsschritt 34 von einem Bediener und/oder einer externen Quelle, insbesondere einer lokalen oder netzwerkbasierten Datenbank, abgefragt. Insbesondere legt der Bediener oder ein Navigationsprogramm in dem Routenplanungsschritt 34 eine Fahrroute fest. Insbesondere fragt die Steuereinheit 26 den zumindest einen Routenparameter bezogen auf die geplante Fahrroute ab. In dem Belastungsmodellschritt 36 modelliert die Steuereinheit 26 insbesondere die erwartete thermische Belastung 18 entlang der Fahrroute. Insbesondere plant die Steuereinheit 26 die Gegenmaßnahme so, dass das Kontingent für die thermische Belastung 18 entlang der Fahrroute nicht vollständig aufgebraucht wird. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 26 einen erwarteten zeitlichen Verlauf eines Wärmestroms in Abhängigkeit von der geplanten Fahrroute, einer Position des Fahrzeugs 14 zum Zeitpunkt des Belastungsmodellschritt 36, dem Routenparameter, insbesondere dem Vorhandensein von Steigungen, von Gefällen, einer schattenwerfenden Umgebung entlang der Fahrroute, einer lokalen Wettervorhersage, einer durch die Sensoreinheit erfassten Wetterbedingung zum Zeitpunkt des Belastungsmodellschritts 36, einer Tageszeit, einer Sonnenaufgangszeit, einer Sonnenuntergangszeit oder dergleichen. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit 26 in dem Belastungsmodellschritt 36, insbesondere während einer Fahrt auf der geplanten Fahrroute, ein verbleibendes Kontingent an thermischer Belastung 18 zum Zeitpunkt des Belastungsmodellschritts 36. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 26 in dem Belastungsmodellschritt 36 einen zeitlichen Verlauf eines Wärmeeingangsstroms. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 26 den Wärmeeingangsstrom in Abhängigkeit von zum Beispiel einer Steigung der Fahrroute, einem Fahrergewicht, einer Sonneneinstrahlung, einem Straßenverhältnis, einem weiteren Routenparameter, einer Verbrauchstabelle oder dergleichen. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinheit 26 in dem Belastungsmodellschritt 36 einen zeitlichen Verlauf eines Wärmeausgangsstroms. Beispielsweise ermittelt die Steuereinheit 26 den Wärmeausgangsstrom in Abhängigkeit von einer, insbesondere mit der Sensoreinheit erfassten, Fahrgeschwindigkeit, einer, insbesondere mit der Sensoreinheit erfassten, Lufttemperatur und/oder weiteren Routenparametern. Insbesondere ermittelt die Steuereinheit 26 einen Verlauf des verbleibenden Kontingents für die thermische Belastung 18 in Abhängigkeit einer Differenz des Wärmeeingangsstroms und des Wärmeausgangsstroms. Insbesondere modelliert die Steuereinheit 26 die Gegenmaßnahme derart, dass die Intensität der Gegenmaßnahme in einer erwarteten Hochleistungsphase 22 entlang der Fahrroute möglichst gering ist und gleichzeitig ein Grenzwert 20 der thermischen Belastung 18 entlang der Fahrroute nicht überschritte wird (vgl. Fig. 6). In dem Belastungsmodellschritt 36 wird zur Modellierung der Gegenmaßnahme eine Beschränkung einer Leistungsaufnahme der Zusatzkomponente 24 der Antriebsvorrichtung 12 gegenüber einer Beschränkung einer maximal zulässigen Motorleistung 56 des Motors 16 priorisiert.

In dem Steuerschritt 38 wird die Gegenmaßnahme vor einem Erreichen eines Schwellwerts und/oder des Grenzwerts 20 der thermischen Belastung 18 eingeleitet (vgl. Fig. 6). In dem Steuerschritt 38 ermittelt die Steuereinheit 26 insbesondere eine notwendige Intensität der Gegenmaßnahme zum Zeitpunkt des Steuerschritts 38. In dem Steuerschritt 38 wird als Gegenmaßnahme die maximal zulässige Motorleistung 56 des Motors 16 beschränkt. Vorzugsweise weist das Verfahren 10 zumindest einen ersten Betriebsmodus 52 auf (vgl. Figuren 5 bis 7). In dem Steuerschritt 38, insbesondere des ersten Betriebsmodus 52, wird die maximal zulässige Motorleistung 56 des Motors 16 während der Hochleistungsphase 22 des Motors 16 beschränkt. Vorzugsweise weist das Verfahren 10 zumindest einen weiteren Betriebsmodus 54 auf (vgl. Figuren 5 bis 7). In dem Steuerschritt 38, insbesondere des weiteren Betriebsmodus 54, wird die maximal zulässige Motorleistung 56 des Motors 16 außerhalb der Hochleistungsphase 22 des Motors 16 beschränkt. Vorzugsweise fragt die Steuereinheit 26 von dem Bediener ab, welchen der Betriebsmodi 52, 54 die Steuereinheit 26 ausführen soll. In dem Steuerschritt 38, insbesondere des ersten Betriebsmodus 52 und/oder des weiteren Betriebsmodus 54, wird als Gegenmaßnahme eine elektrische Versorgungsspannung zu einer Versorgung der Zusatzkomponente 24 der Antriebsvorrichtung 12 beschränkt.

Figuren 3 bis 7 zeigen Diagramme zur Veranschaulichung des Verfahrens 10 anhand einer beispielhaften Fahrroute mit dem Fahrzeug 14. Figur 3 zeigt einen Höhenverlauf 42 der Route gegen Zeit 44 aufgetragen. Insbesondere weist der Höhenverlauf 42 eine Steigung zu einer maximalen Höhe und ein Gefälle ausgehend von der maximalen Höhe auf. Figur 4 zeigt eine zu erwartende Kühlleistung 46 gegen die Zeit 44 aufgetragen. Die Kühlleistung 46 auf der Fahrroute ist insbesondere abhängig von einem Fahrtwind. Insbesondere während das Fahrzeug 14 die Steigung emporfährt, weist die Kühlleistung 46 ein Minimum auf. Insbesondere während das Fahrzeug 14 das Gefälle der Fahrroute hinabfährt, weist die Kühlleistung 46 ein Maximum auf.

Figur 5 zeigt eine auf der Fahrroute abgegebene Motorleistung 48 des Motors 16 gegen die Zeit 44. Figur 6 zeigt die auf der Fahrroute entstehende thermische Belastung 18 des Fahrzeugs 14 gegen die Zeit 44. Figur 7 zeigt die maximal zulässige Motorleistung 56 auf der Fahrroute gegen die Zeit 44. Figuren 5 bis 7 zeigen einen bisherigen Verlauf der jeweiligen Größe, wie er aus dem Stand der Technik 50 bekannt ist, einen ersten Verlauf, wie er sich im ersten Betriebsmodus 52 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 10 ergibt, und einen weiteren Verlauf, wie er sich im weiteren Betriebsmodus 54 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 10 ergibt. Die Hochleistungsphase 22 ist hier beispielhaft identisch mit einem Streckenabschnitt der Fahrroute, auf welchem sich die Steigung befindet.

In dem bisherigen Verlauf steigt die abgegebene Motorleistung 48 in der Hochleistungsphase 22 zu Beginn der Steigung auf eine maximale Motorleistung des Motors 16. Im bisherigen Verlauf wird die maximal zulässige Motorleistung 56 in der Hochleistungsphase 22 nicht beschränkt. In dem bisherigen Verlauf wird die abgegebene Motorleistung 48 solange aufrechterhalten, bis die thermische Belastung 18 den Grenzwert 20 erreicht. Im bisherigen Verlauf wird bei Erreichen des Grenzwerts 20 der thermischen Belastung 18 der Motor 16 vollständig abgeschaltet, insbesondere unabhängig davon, ob die Hochleistungsphase 22 bereits abgeschlossen wurde, insbesondere die maximale Höhe erreicht wurde. Im bisherigen Verlauf kann der Motor 16 erst wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Kühlleistung 46 zunimmt.

Im ersten Betriebsmodus 52 des Verfahrens 10 wird insbesondere die zulässige Motorleistung 56 während der Hochleistungsphase 22 beschränkt. Insbesondere wird im ersten Betriebsmodus 52 des Verfahrens 10 in der Hochleistungsphase 22 ein noch zur Verfügung stehendes Kontingent für die thermische Belastung 18 bis zum Grenzwert 20 über die gesamte Hochleistungsphase 22 verteilt. Insbesondere wird im ersten Betriebsmodus 52 des Verfahrens 10 die maximal zulässige Motorleistung 56 in der Hochleistungsphase 22 in Abhängigkeit von dem noch zur Verfügung stehenden Kontingent für die thermische Belastung 18 ermittelt. Insbesondere wird im ersten Betriebsmodus 52 des Verfahrens 10 über die gesamte Hochleistungsphase 22 hinweg dieselbe abgegebene Motorleistung 48 zur Verfügung gestellt.

Im zweiten Betriebsmodus 54 des Verfahrens 10 wird insbesondere die maximal zulässige Motorleistung 56 vor der Hochleistungsphase 22 beschränkt. Insbesondere wird in dem zweiten Betriebsmodus 54 des Verfahrens 10 das noch zur Verfügung stehende Kontingent für die thermische Belastung 18 bis zum Grenzwert 20 für die Hochleistungsphase 22 reserviert. Besonders bevorzugt wird in dem zweiten Betriebsmodus 54 des Verfahrens 10 vor der Hochleistungsphase 22 die maximal zulässige Motorleistung 56 so gewählt, dass die thermische Belastung 18 konstant ist oder fällt. Insbesondere steht im zweiten Betriebsmodus 54 des Verfahrens 10 über die gesamte Hochleistungsphase 22 hinweg dieselbe abgegebene Motorleistung 48, insbesondere die maximale Motorleistung, zur Verfügung.