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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines hinsichtlich des
Kraftstoffverbrauchs und/oder des Schadstoffausstoßes optimalen
Betriebszustandes eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Verfahren
zum Betreiben von Fahrzeugen in optimalen Betriebszuständen
sind hinlänglich bekannt. So ist bekannt, dass optimierte
Steuerparameter, insbesondere in Abhängigkeit von einer
Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Kraftstoffverbrauch, einer Fahrzeugmasse
und einer Straßenneigung bestimmt und der Fahrzeugsteuerung
zugrunde gelegt werden.
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So
ist in der
DE 103
45 319 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs offenbart,
bei dem die Steuerung basierend auf optimalen Fahrzeugsteuerparametern
durchgeführt wird. Zur Bestimmung der optimierten Fahrzeugsteuerparameter
wird eine analytische Fahrzeugbetriebskostenfunktion definiert,
welche unter anderem abhängig ist von der Fahrzeugmasse,
der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Kraftstoffverbrauch. Die optimierten
Fahrzeugsteuerparameter sind dabei diejenigen Fahrzeugsteuerparameter,
die die Fahrzeugbetriebskostenfunktion minimieren, d. h. die Bestimmung
der optimierten Fahrzeugsteuerparameter wird auf eine Minimierung
der Fahrzeugbetriebskostenfunktion zurückgeführt.
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Aus
der
DE 197 49 582
A1 ist ein Verfahren zur Kraftstoffeinsparung bekannt,
bei dem in Abhängigkeit von der Fahrzeugumgebung und dem
Fahrzeugzustand ein verbrauchsoptimiertes Fahrprofil erstellt wird
und ein Satz von Steuersignalen zur Umsetzung des Fahrprofils bestimmt
wird. Die Steuersignale wirken insbesondere auf Aktuatoren zur Kraftstoffzuführung
und Gangeinstellung. Dazu wird ein Geschwindigkeitsbereich ermittelt,
in dem das Fahrzeug über eine längere Zeit gleichmäßig
fahren könnte. Aus dem ermittelten Geschwindigkeitsbereich wird
dann anhand von empirisch ermittelten Kennfeldern eine fahrzeugspezifische
Geschwindigkeit ausgewählt, die den geringsten Kraftstoffverbrauch
bezogen auf die zurückgelegte Strecke zur Folge hat. Für
die ausgewählte Geschwindigkeit wird dann ebenfalls anhand
von Kennfeldern ein optimales Parameterpaar von Drehzahl und Gangstufe
ausgewählt und der Kraftstoffzufuhr und der Gangeinstellung
zugrunde gelegt.
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Bekannt
ist weiterhin, dass eine Verbrauchsoptimierung bei Fahrzeugen mit
herkömmlichem Verbrennungsmotor, aber auch bei Fahrzeugen
mit Hybridantrieb dadurch erzielt wird, das die Antriebssteuerung
in Abhängigkeit von topographischen Parametern, wie beispielsweise
einer Straßenneigung, Umweltparametern, wie beispielsweise
Wind, und Fahrzeugparametern, wie beispielsweise einem erhöhten Fahrtwind
durch einen Anhänger oder eine Dachlast erfolgt.
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So
ist aus der
DE
10 2004 017 115 A1 ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung
bekannt, dessen Aufgabe es ist, einen verbrauchs- und emissionsarmen
Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen. Zur Lösung dieser
Aufgabe wird vorgeschlagen, das Fahrzeug in sich abwechselnden Beschleunigungs-
und Ausrollphasen zu beschleunigen bzw. zu verzögern, so
dass die Geschwindigkeit in einem bestimmten Geschwindigkeitsband
gehalten wird. Dabei werden topographische Parameter, Umweltparameter
und Fahrzeugparameter berücksichtigt, insbesondere Steigungen
und Gefälle, Gegenwind und Rückenwind und ein
erhöhter Fahrwiderstand durch Anhänger oder Dachgepäckträger,
um eine vorausschauende verbrauchs- und emissionsoptimierte Abfolge der
Beschleunigungs- und Ausrollphase zu erzielen. In der Ausrollphase
kann das Fahrzeug im Schubbetrieb, mit abgeschaltetem Motor oder
mit ausgekuppeltem Getriebe betrieben werden.
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Bei
einem Fahrzeug mit Hybridantrieb kann eine Umschaltung zwischen
den Antrieben vorgenommen werden. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor
in der Ausrollphase abgeschaltet werden und der Elektromotor im
Rekuperationsbetrieb zur Bremsunterstützung eingesetzt
werden und in der Beschleunigungsphase kann der Elektromotor zur
Beschleunigung des Fahrzeugs verwendet werden, sofern hierzu ausreichend
Energie vorhanden ist.
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Bekannt
ist auch, dass bei einem Hybridantrieb die Umschaltung zwischen
dem verbrennungsmotorischen und elektromotorischen Antrieb in Abhängigkeit
des Batterieladezustands der für den elektromotorischen
Antrieb benötigten Batterie erfolgt und dass zur Verbrauchsoptimierung
Höheninformationen der Fahrstrecke berücksichtigt
werden.
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So
ist in der
DE 101
28 758 A1 ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridfahrzeugs
mit einem Verbrennungsantrieb und einem elektromotorischen Antrieb
offenbart, bei dem der Anteil des elektromotorischen Antriebs in
Abhängigkeit von Fahrstreckendaten und des Batterieladezustands
gesteuert wird. Eine verbrauchsgünstige Steuerung wird
dadurch erreicht, dass Höheninformationen der Fahrstrecke
bei der Steuerung des elektromotorischen Antriebs berücksichtigt
werden.
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Bekannt
ist weiterhin, dass zur Verbrauchsreduzierung eine Schaltempfehlung
für einen Gangwechsel an den Fahrer eines Fahrzeugs ausgegeben wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Bestimmung eines optimalen Betriebszustandes anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zur Bestimmung eines hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und/oder
des Schadstoffausstoßes optimalen Betriebszustandes eines
Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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In
einem Verfahren zur Bestimmung eines hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs
und/oder des Schadstoffausstoßes optimalen Betriebszustandes eines
Fahrzeugs anhand von erfassten Parametern wird erfindungsgemäß als
Parameter zumindest eine Motortemperatur erfasst und zur Bestimmung
des optimalen Betriebszustandes berücksichtigt.
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Durch
die Verwendung der Motortemperatur kann beispielsweise bei einem
Kaltstart des Fahrzeugs ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs derart betrieben
werden, dass möglichst schnell eine optimale Motortemperatur
erreicht wird, bei welcher der Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß minimal
sind. Dies ist beispielsweise erreichbar durch hohe Drehzahlen und/oder
durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors in einem hohen Lastpunkt.
Bei einem Hybridfahrzeug kann dazu beispielsweise der Elektromotor
abgeschaltet werden, so dass die gesamte Leistung des Hybridfahrzeugs
vom Verbrennungsmotor zu erbringen ist, oder der Elektromotor wird
in den Generatorbetrieb geschaltet, so dass der Verbrennungsmotor
eine zusätzliche Leistung zum Betrieb des Generators erbringen
muss, wodurch der Lastpunkt des Verbrennungsmotors gezielt erhöht wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 anhand
eines Blockschaltbildes eine Verwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einem Hybridfahrzeug.
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1 zeigt
anhand eines Blockschaltbildes eine Verwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor VM
und einem Elektromotor EM. Parameter, welche erfasst und zu einer
Bestimmung eines optimalen Betriebszustandes berücksichtigt
werden, sind eine Motortemperatur T und beispielsweise weitere Parameter,
d. h. neben weiteren Fahrzeugparametern zum Beispiel auch topographische
und/oder Umweltparameter. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
werden neben der Motortemperatur T ein Beladungszustand B, eine
Neigung N des Fahrzeugs in Längsrichtung, welche einer
Straßenneigung entspricht, und ein Batterieladezustand
BLZ erfasst und zur Bestimmung des optimalen Betriebszustandes berücksichtigt.
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Der
Beladungszustand B ist beispielsweise durch eine manuelle Eingabe
eines Fahrers mittels einer Eingabeeinheit erfassbar, an welcher
zum Beispiel zwischen einem leeren, einem mittleren oder einem vollen
Beladungszustand B ausgewählt werden kann. In einer weiteren
Ausführungsform kann der Beladungszustand B auch automatisch
ermittelt werden, beispielsweise mittels einer Vorrichtung zur Bestimmung
einer Masse eines Fahrzeuges. Mittels dieser Vorrichtung erfolgt
eine Ermittlung eines mittleren Wertes der Masse des Fahrzeuges
mit hoher Genauigkeit durch eine Bestimmung eines Fahrwiderstandes
des Fahrzeugs bei einer geöffneten Kupplung in einem Antriebsstrang
sowie wiederholter Bestimmung eines Momentes des Verbrennungsmotors
VM und gleichzeitiger wiederholter Messung einer Beschleunigung
des Fahrzeugs bei geschlossener Kupplung sowie Berücksichtigung
einer Übersetzung eines Getriebes. Derartige Vorrichtungen
sind bereits Stand der Technik.
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Die
Neigung N des Fahrzeugs in Längsrichtung und somit die
Straßenneigung einer gerade befahrenen Straße
ist beispielsweise mittels Neigungssensoren im Fahrzeug erfassbar,
welche in Fahrzeugen, die mit einer elektronischen Stabilitätskontrolle ausgerüstet
sind, bereits integriert sind. Eine derartige Methode ist wesentlich
kostengünstiger zu realisieren als beispielsweise eine
Ermittlung einer Straßenneigung mittels eines Navigationssystems
und entsprechender dreidimensionaler Kartendaten.
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Des
Weiteren wird ein Fahrerwunsch berücksichtigt, indem über
eine Fahrpedalauslenkung F eine Momentenanforderung des Fahrers
an den Antriebsstrang des Fahrzeugs erfasst wird. Mittels einer Steuerungseinheit
SE, in welcher Kennfelder und/oder Tabellen optimaler Betriebszustände
in Abhängigkeit von Momentenanforderungen des Fahrers und
den erfassten Parametern Motortemperatur T, Beladungszustand B,
Neigung N des Fahrzeugs in Längsrichtung und Batterieladezustand
BLZ hinterlegt sind, wird ein optimaler Betriebszustand des Verbrennungsmotors
VM ermittelt und sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch der Elektromotor
EM entsprechend angesteuert. Beispielsweise werden bei dem Verbrennungsmotor
VM eine Drosselklappenstellung und eine Kraftstoffmenge entsprechend vorgegeben.
Der Elektromotor EM wird entsprechend des ermittelten optimalen
Betriebszustandes entweder in einem Motorbetrieb oder in einem Generatorbetrieb
mit einer vorgegebenen Leistung betrieben oder abgeschaltet und
aus dem Antriebsstrang ausgekuppelt.
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Auf
diese Weise kann zum Beispiel ein Rekuperationsbetrieb des Hybridfahrzeugs
optimiert werden, d. h. eine Energierückgewinnung verbessert und
gleichzeitig ein Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verringert
werden. Beispielsweise kann bei einem ermittelten Gefälle,
welches das Fahrzeug befährt, und insbesondere, wenn dieses
Fahrzeug schwer beladen ist, eine Kraftstoffzufuhr vollständig abgeschaltet
werden. Auf diese Weise wird kein Kraftstoff verbraucht und kein
Schadstoff ausgestoßen. Durch eine vollständige Öffnung
der Drosselklappe wird ein Schleppmoment des Verbrennungsmotors
VM maximal reduziert. Dieses Schleppmoment, welches vom Fahrer bei
einer Gefällefahrt durchaus erwünscht ist, wird
stattdessen durch den Elektromotor EM erzeugt, welcher im Generatorbetrieb
mit einer entsprechend erhöhten Generatorleistung betrieben
wird. Diese ist derart steigerbar, dass eine zusätzliche
konventionelle Bremsung des Fahrzeugs durch den Fahrer nicht erforderlich
ist. Dadurch werden konventionelle Bremsen des Fahrzeugs geschont
und eine maximal mögliche Rekuperation des Hybridfahrzeugs
erreicht. Insbesondere wenn ein Reibwert eines Fahrbahnbelages sehr niedrig
ist und somit auch eine Rollreibung des Fahrzeugs sehr niedrig ist,
kann auf diese Weise sehr viel kinetische und potentielle Energie
des Fahrzeugs durch den Generatorbetrieb in elektrische Energie umgewandelt
und in einer Batterie gespeichert werden. Diese zurück
gewonnene Energie ist dann wieder zum Antrieb des Fahrzeugs nutzbar,
wodurch der Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß weiter
reduzierbar ist.
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Eine
weitere Möglichkeit der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
und Schadstoffausstoßes ist beispielsweise bei einem Kaltstart
des Fahrzeugs realisierbar, welcher anhand des erfassten und von der
Steuerungseinheit SE bei der Bestimmung des optimalen Betriebszustandes
berücksichtigten Parameters Motortemperatur T feststellbar
ist. Ein Verbrennungsmotor VM, welcher nicht mit einer optimalen
Motortemperatur T betrieben wird, hat einen sehr hohen Kraftstoffverbrauch
und Schadstoffausstoß. Mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind durch die Steuerungseinheit SE bei einer niedrigen Motortemperatur
T der Verbrennungsmotor VM und der Elektromotor EM derart ansteuerbar,
dass möglichst schnell eine optimale Motortemperatur T
des Verbrennungsmotors VM erreicht wird, bei welcher der Kraftstoffverbrauch
und der Schadstoffausstoß minimal sind, beispielsweise
durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors VM in einem hohen Lastpunkt. Dies
ist bei dem Hybridfahrzeug zum Beispiel durch eine Abschaltung des
Elektromotors EM erreichbar, so dass eine gesamte Leistung des Hybridfahrzeugs vom
Verbrennungsmotor VM zu erbringen ist, oder der Elektromotor EM
wird in den Generatorbetrieb geschaltet, so dass der Verbrennungsmotor
VM eine zusätzliche Leistung zum Betrieb des Generators
erbringen muss, wodurch der Lastpunkt des Verbrennungsmotors VM
gezielt erhöht wird.
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Zusätzlich
oder stattdessen kann ein derart ermittelter optimaler Betriebszustand
auch auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden, beispielsweise
in Form einer farblich abgestuften Anzeige, einer Drehzahlvorgabe
und/oder einer Schaltempfehlung an den Fahrer, so dass dieser manuell
entsprechende Einstellungen tätigt, um den optimalen Betriebszustand
zu erreichen, zum Beispiel durch Einlegen eines anderen Gangs oder
durch Veränderung einer Fahrpedalauslenkung F. Dies ist
beispielsweise bei einem ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor VM
betriebenen Fahrzeug eine sehr kostengünstige und trotzdem
sehr effektive Möglichkeit, das Fahrzeug in einem jeweils
optimalen Betriebszustand zu betreiben.
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- B
- Beladungszustand
- BLZ
- Batterieladezustand
- EM
- Elektromotor
- F
- Fahrpedalauslenkung
- N
- Neigung
- SE
- Steuerungseinheit
- T
- Motortemperatur
- VM
- Verbrennungsmotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10345319
A1 [0003]
- - DE 19749582 A1 [0004]
- - DE 102004017115 A1 [0006]
- - DE 10128758 A1 [0009]