BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen eines in der nahen Zukunft von einer elektrischen Maschine darstellbaren Drehmoments. Das Konzept der Drehmomentenvorhersage als solches ist aus dem Stand der Technik bekannt, vergleiche z. B. die DE 103 37 002 A1 , dergemäß für eine elektrische Maschine deren zukünftige maximale und minimale Momente, Leistungen sowie Wirkungsgrade und Verluste vorausberechnet werden können.

Wenn man davon ausgeht, dass der elektrischen Maschine eine sie ansteu- ernde Einheit zugeordnet ist, liegt es nahe, die Berechnungen für die Vorhersage oder andere Arten einer Zuordnung durch diese ansteuernde Einheit durchführen zu lassen. Es gibt aber auch andere Konzepte, z. B. offenbart die DE 10 2008 046 405 A1 die Verwendung gesonderter Schätzmodule. Das vorhergesagte Drehmoment wird häufig von einer anderen Einheit als der die elektrische Maschine ansteuernden Antriebseinheit verwendet bzw. ausgewertet. Insbesondere gibt es häufig eine zentrale Steuereinrichtung, die festlegt, welches Drehmoment tatsächlich von der elektrischen Maschine aufgebracht werden soll, und die entsprechende Steuerbefehle an die An- triebseinheit sendet. Die Antriebseinheit setzt diese Befehle dann in konkrete Steuersignale für die elektrische Maschine um. Soll das Drehmoment festgelegt werden, ist es hilfreich, wenn eine Information zur Verfügung steht, welches Drehmoment überhaupt zukünftig voraussichtlich aufbringbar ist. Elektrische Maschinen können dauerhaft ein bestimmtes Moment aufbringen, können aber für eine bestimmte Zeit auch in Überlast betrieben werden und dann ein etwas höheres Moment („Peak-Moment") aufbringen. Es ist hilfreich, wenn eine quantitative Vorhersage zur Verfügung steht, welches Drehmoment, ggf. bezogen auf das maximale Moment, aufbringbar ist; dann

BESTÄTIGUNGSKOPIE kann nämlich z. B. die Verwendung einer Batterie sorgfältig geplant werden, welche nach und nach entladen wird.

Auch die Temperatur von Bauteilen, nämlich der elektrischen Maschine selbst und der diese ansteuernden Einheit in Form einer Leistungselektronik auf einem Siliziumbaustein, kann bestimmen, welches Drehmoment aufbringbar ist, denn ein bestimmtes Drehmoment geht mit einer bestimmten Stromstärke, mit der bestromt wird, einher, und die Stromstärke bestimmt die entstehende Verlustwärme. Es soll sichergestellt sein, dass die Bauteile sich nicht übermäßig erhitzen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Verfahren zum Vorhersagen eines zukünftig von einer elektrischen Maschine aufbringbaren Drehmomentes bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst: Somit berechnet eine die elektrische Maschine ansteuernde Einheit (Antriebseinheit) zumindest eine Größe und übermittelt den berechneten Wert an eine zentrale Steuereinrichtung. Die zentrale Steuereinrich- tung ermittelt dann anhand der übermittelten Werte eine Vorhersage für das zumindest zu einem zukünftigen Zeitpunkt (insbesondere zu einer vorbestimmten Zeit nach dem jetzigen Zeitpunkt) von der elektrischen Maschine aufbringbare Drehmoment. Durch das erfinderische Konzept wird die Berechnung des zukünftig aufbringbaren Drehmoments in zwei Stufen aufgeteilt, von denen die erste Stufe in der Antriebseinheit durchgeführt wird und die andere Stufe in der zentralen Steuereinrichtung. Auf diese Weise können Ressourcen besonders effizient genutzt werden: In der die elektrische Maschine ansteuernden Einheit stehen eine Vielzahl von Werten zur Verfügung, auf deren Grundlage mit der Berechnung begonnen werden kann. Die eigentliche Vorhersage kann jedoch aufgrund nur weniger Werte erfolgen. Diese wenigen Werte können also von der ansteuernden Einheit an die zentrale Steuereinrichtung übermittelt werden, sodass nur in geringem Umfang ein Datenaustausch notwendig wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die die elektrische Maschine ansteuernde Einheit ein Frequenzumrichter, auch als Pulswechselrichter bezeichnet und häufig in Form einer sog. Leistungselektronik bereitgestellt, und die zumindest eine Größe umfasst bevorzugt die seit einem vorbestimmten vorherigen Zeitpunkt (eine vorbestimmte Zeit vor der aktuellen Zeit) der elektrischen Maschine zugeführte Ladung, oder es wird auch eine maximale Stromstärke berechnet, die der elektrischen Maschine zuführbar ist. Die Ladung ist das Integral über den Phasenstrom (genauer: seine Stromstärke). Der maximale Phasenstrom lässt sich durch Integrieren einer von der Temperatur abhängigen Funktion ermitteln. Solche Integrale werden am besten durch die Antriebseinheit berechnet, wo die Eingangsdaten zur Verfügung stehen. Werden jedoch nur eine oder beide Größen„Ladung" und „maximaler Phasenstrom" von der Antriebseinheit an die zentrale Steuereinrichtung übermittelt, wird ein Kommunikationsbus oder ein sonstiges Kommunikationssystem nur wenig belastet. Insbesondere gilt dies, wenn ein CAN-Bus verwendet wird („Communication Area Network"-Bus), sodass das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt Einsatz findet, wenn ein solcher CAN-Bus zur Verfügung steht, was bei zahlreichen Kraftfahrzeugen der Fall ist. Auch bei anderen Arten von Bussystemen kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.

Besonders effizient ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn m Größen übermittelt werden und wenn für n > m Zeitpunkte Vorhersagen gemacht werden, wobei m und n ganze Zahlen sind. Dann ist das Verfahren nämlich besonders effizient, was den Kommunikationsbedarf angeht: es werden weniger Größen übermittelt als am Ende zur Verfügung stehen, sodass ein Vorteil gegenüber der Situation gewonnen ist, dass die die elektrische Maschine ansteuernde Einheit selbst die Vorhersage macht. Umgekehrt ist es vorteilhaft, wenn die zentrale Steuereinrichtung über alle nötigen Ausgangsdaten verfügt und dann für eine beliebige Anzahl von zukünftigen Zeitpunkten Berechnungen anstellen kann. Bei der vorliegenden Erfindung ist davon ausgegangen, dass die Art und Weise, wie Drehmomentenvorhersagen berechnet und sonst ermittelt werden, an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Einschränkungen sind dadurch gegeben, dass die den Strom für die elektri- sehe Maschine bereitstellende Batterie nur eine endliche Ladung beinhaltet, daraus resultiert die sog. Zwischenkreisspannung. Eine weitere Eingangsgröße ist eine Drehzahl, um das Drehmomentpotenzial einer elektrischen Maschine zu ermitteln. Genauso kann auch das Strompotenzial eines Frequenzumrichters ermittelt werden, wobei dies in Abhängigkeit von einer Spannung, der Temperatur und des vergangenen Phasenstromes erfolgt. Die Abhängigkeit über die Temperatur ist gegebenenfalls vernachlässigbar. Es können komplexe Kennfelder eingesetzt werden. Die Kennfelder können vorliegend als Eingangsgrößen die Zwischenkreisspannung und die maxima- le Stromstärke haben.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur schematisch Einheiten in einem Kraftfahrzeug und den Signalfluss zwischen selbigen veranschaulicht.

Eine elektrische Maschine E wird unter der Steuerung einer Leistungselektronik LE, welche einen Frequenzumrichter bereitstellt, mit einem Strom der Stromstärke I(t), der zeitabhängig bezüglich der Zeit / ist, beschickt. Der Strom wird aus einer in der Figur nicht gezeigten Batterie bereitgestellt.

Durch das Beschicken mit dem Strom der Stromstärke I(t) setzt die Leistungselektronik LE eine Vorgabe um, die sie von einem zentralen Steuerge- rät SG bezüglich des Drehmoments M-Soll erhalten hat, welches von der elektrischen Maschine aufzubringen ist. Die Vorgaben erhält die Leistungselektronik über einen CAN-Bus („Control Area Network"-Bus).

Aufgabe des zentralen Steuergeräts SG ist es, Kapazitäten möglichst effizient zu nutzen, M-Soll wird daher möglichst optimiert. Hierzu ist es hilfreich, wenn eine Information zur Verfügung steht, welches Drehmoment M von der elektrischen Maschine EM zukünftig aufbringbar ist.

Damit dies ermittelbar ist, berechnet die Leistungselektronik IE ständig das Integral über die Stromstärke in den jeweils zurückliegenden 30 Sekunden, jl(t')dt' . Dieses Integral ist ein Maß für den in den letzten 30 Sekunden ί-30ί

dargestellten Phasenstrom, sodass daraus abschätzbar ist, welcher max. Phasenstrom in der nahen Zukunft zur Verfügung steht. Die Temperatur der Leistungselektronik LE oder der elektrischen Maschine EM wird zeitabhängig ermittelt zu T(t). Der zeitliche Verlauf dieser Temperatur, beispielsweise ebenfalls in den letzten 30 Sekunden bestimmt, mit wel- eher maximalen Stromstärke I-max(t) die elektrische Maschine betrieben werden kann. Die Leistungselektronik LE berechnet auch diese Größe

I-max(t). Der Phasenstrom der letzten 30 Sekunden L(t) sowie 1-Max(t) werden dann über den CAN-Bus von der Leistungselektronik LE an das zentrale Steuergerät SG übermittelt. Dieses ermittelt dann die zukünftig zur Verfügung stehenden Drehmomente, z. B. für den Zeitpunkt zwei Sekunden später, vier Sekunden später, sechs Sekunden später etc. Das Ermitteln erfolgt unter Ver- wendung von Formeln oder Kennfeldern. Das zentrale Steuergerät SG hat zwei Datenwerte von der Leistungselektronik LE erhalten und daraus mindestens drei Datenwerte ermittelt. Daher wird der CAN-Bus weniger belastet, als er dies wäre, wenn die Leistungselektronik LE die Zahlenwerte M{t + 2s) etc. ermitteln würde.

Das zentrale Steuergerät SG verwendet die berechneten Größen M(t + 2s) etc. einerseits zur Ermittlung von M-Soll, andererseits können diese Größen Ausgangsgrößen sein und z. B. Grundlage dafür sein, dass ein Fahrzeugführer darüber informiert wird, dass zukünftig kein ausreichendes Drehmoment von der elektrischen Maschine mehr bereitstellbar ist, wenn M(t + 2s) etc. kleiner als ein Grenzwert ist.

Andere Möglichkeiten der Verarbeitung der gewonnenen Information durch die zentrale Steuereinrichtung SG sind möglich.

Es ist eine dem vorliegenden Verfahren zugrundeliegende Idee, dass eine Drehmomentenvorhersage auf Grundlage von nur wenigen, vorliegend zwei, Ausgangsgrößen möglich ist, auch für unterschiedliche Zeitpunkte in der Zukunft.