DE102010005045A1

DE102010005045A1 - Verfahren zur Auswahl eines geeigneten Fahrgangs

Info

Publication number: DE102010005045A1
Application number: DE102010005045A
Authority: DE
Inventors: Martin 81243 Huber; Peter 80997 Drimml
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: BRPI1100119B1; BRPI1100119A2; CN102128252A; DE102010005045B4; CN102128252B

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren sowie eine Getriebesteuerung zur Auswahl eines auf Grundlage eines optimierten Betriebsparameters geeigneten Fahrgangs in einem Kraftfahrzeug mit Schalt- oder Automatikgetriebe oder zumindest teilweise automatisiertem Getriebe, bei dem die Auswahl zu Beginn eines Durchfahrens eines Streckenabschnitts unter Berücksichtigung eines in Fahrtrichtung voraus liegenden Höhenprofils (1) des Streckenabschnitts getroffen wird. Das beschriebene Verfahren sowie die Steuerung zeichnen sich dadurch aus, dass als optimierter Betriebsparameter eine minimale Anzahl von beim Durchfahren des Streckenabschnitts durchzuführenden Schaltvorgängen gewählt wird, wobei auf der Grundlage wenigstens eines für das Durchfahren des Streckenabschnitts vorausbestimmten Verlaufs (2) einer Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs die Anzahl der für das Durchfahren des Streckenabschnitts benötigten Schaltvorgänge ermittelt wird.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl eines auf Grundlage eines optimierten Betriebsparameters geeigneten Fahrgangs in einem Kraftfahrzeug mit Schalt- oder Automatikgetriebe oder zumindest teilweise automatisiertem Getriebe, bei dem die Auswahl zu Beginn eines Durchfahrens eines Streckenabschnitts unter Berücksichtigung eines in Fahrtrichtung vorausliegenden Höhenprofils des Streckenabschnitts getroffen wird.
Stand der Technik:
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die den Fahrer bei der Führung eines Kraftfahrzeugs unterstützen sollen. Hierbei wird vor allem Wert darauf gelegt, dass die Fahrweise eines Kraftfahrzeugs im Hinblick auf einen wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Betrieb optimiert wird. Zu einem wirtschaftlichen und gleichzeitig ökologischen Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, werden in diesem Zusammenhang sowohl eine kraftstoffsparende als auch eine verschleißarme Fahrweise gezählt.
Aus der DE 10 2004 042 865 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung, Auswertung und Visualisierung von Fahrzuständen eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das beschriebene Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs erfasst und ausgewertet werden und auf der Grundlage von in einer Steuereinheit hinterlegten Parametern, insbesondere Grenzwerten, dem Fahrer eine Handlungsanweisung gegeben wird. Eine derartige Handlungsanweisung kann durch ein optisches, akustischen und/oder haptisch wahrnehmbares Signal erfolgen.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2006 001 818 A1 ein Verfahren zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Nutzfahrzeugs bekannt. Das beschriebene Verfahren beruht darauf, dass die Topographie einer zu durchfahrenden Fahrtstrecke in einem Speicher hinterlegt ist, so dass während der Fahrt ortsaufgelöst Höheninformationen über die dem Fahrzeug in Fahrtrichtung vorausliegende Strecke abgerufen und einer Fahrzeugsteuereinheit zur Verfügung gestellt werden können. Bei der Auswahl spezieller Betriebsparameter wird nunmehr innerhalb der Fahrzeugsteuereinheit die vorausliegende Topographie berücksichtigt und bei der Einstellung der Fahrbetriebskomponenten berücksichtigt. Auf diese Weise ist die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Höhenprofils der voraus liegenden Strecke über eine entsprechende Einstellung der Motorsteuereinheit, wenigstens einer Bremseinrichtung und/oder der Getriebesteuerung beeinflussbar.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2008 023 135 ein Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein optimierter Fahrzeug-Rollbetrieb ermöglicht werden soll, indem Topographiedaten für einen vorgegebenen, vorausliegenden Streckenabschnitt, die aktuelle Geschwindigkeit sowie ein Parameter für die Rolleigenschaft des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens soll es möglich sein, eine verbrauchsoptimierte Fahrweise sicherzustellen, indem in Steigungs- und Gefällstrecken die Neigung des Fahrzeugs zum Rollen maximal ausgenutzt wird. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, rechtzeitig vor Erreichen einer Bergkuppe das Gas des Fahrzeugs zurückzunehmen, um bereits vor dem Ende der Steigungsstrecke das Motorantriebsmoment zu reduzieren, so dass das Fahrzeug über den Scheitelpunkt der Strecke rollt und somit Kraftstoff eingespart werden kann.
Neben einer Optimierung des Kraftstoffverbrauchs während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs kommt aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten vor allem dem verschleißarmen Betrieb eines Kraftfahrzeugs eine erhebliche Bedeutung zu. So führt beispielsweise ein übermäßig häufiges und unnötiges Schalten in Steigungen sowohl bei Handschaltungen als auch bei Getriebeautomatiken einerseits zu Geschwindigkeits- und Zeitverlusten und andererseits zu einem erhöhten Getriebe- und Kupplungsverschleiß. Es ist daher vorteilhaft, bereits vor Beginn einer Steigung den geeigneten Gang zu wählen und am Ende einer Steigung, sofern dies möglich ist, auf ein Rückschalten zu verzichten. Auf diese Weise kann sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch der Verschleiß an Kupplung und Getriebe minimiert werden.
In diesem Zusammenhang stellt allerdings das Abschätzen des richtigen Zeitpunktes für die Schaltung und die Wahl des geeigneten Fahrgangs sowohl für eine Getriebeautomatik als auch für einen erfahrenen Fahrer mit Streckenkenntnis nach wie vor oftmals ein Problem dar, da hierbei sowohl der Grad und der Verlauf einer Steigung, die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs als auch die jeweilige Fahrzeugbeladung berücksichtigt werden müssen.
Ausgehend von dem Stand der Technik und dem geschilderten Problem, liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mit dem auf bevorzugte Weise die Anzahl der beim Durchfahren eines Streckenabschnitts, insbesondere in bergigem Gelände, benötigten Schaltvorgänge weitgehend minimiert wird. Vor allem soll auf verhältnismäßig einfache Weise eine Vorausbestimmung der für das Durchfahren des vorausliegenden Streckenabschnitts benötigten Fahrgänge und somit die Auswahl des zu Beginn einer Steigung bevorzugt zu wählenden Fahrgangs ermöglicht werden. Hierbei soll auch berücksichtigt werden, dass ein Schaltvorgang, sofern dies möglich ist, vorzugsweise in einem Streckenabschnitt mit geringerer Steigung durchgeführt werden soll, da der Energieverlaust aufgrund der Zugkraftunterbrechung während eines Schaltvorgangs in einer steileren Steigung höher ist.
Auf diese Weise soll sicher gestellt werden, dass in einem Steigungs- oder Gefälleabschnitt nur eine minimale Anzahl von Schaltvorgängen durchgeführt werden muss. Das anzugebende Verfahren soll es weiterhin ermöglichen, dass während des Durchfahrens einer Steigung und/oder eines Gefälles vorgebbare Grenzwerte für eine Minimal- bzw. Maximalgeschwindigkeit und die jeweils korrespondierenden Grenzwerte der Motordrehzahl nicht unter- oder überschritten werden.
Die zuvor geschilderte Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einem Fahrerinformationssystem, das das erfindungsgemäße Verfahren nutzt sowie einer Getriebesteuereinheit, die geeignet ist, das Verfahren nach Anspruch 1 zu verwirklichen, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Auswahl eines auf Grundlage eines optimierten Betriebsparameters geeigneten Fahrgangs in einem Kraftfahrzeug mit Schalt- oder Automatikgetriebe oder zumindest teilweise automatisiertem Getriebe, bei dem die Auswahl zu Beginn eines Durchfahrens eines Streckenabschnitts unter Berücksichtigung eines in Fahrrichtung vorausliegenden Höhenprofils des Streckenabschnitts getroffen wird, derart weitergebildet worden, dass als optimierter Betriebsparameter eine minimale Anzahl von beim Durchfahren des Streckenabschnitts durchzuführenden Schaltvorgängen gewählt wird, wobei auf der Grundlage wenigsten eines für das Durchfahren des Streckenabschnitts vorausbestimmten Verlaufs einer Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs die Anzahl der für das Durchfahren des Streckenabschnitts benötigten Schaltvorgänge ermittelt wird.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird somit auf bevorzugte Weise unter Berücksichtigung von in einer Steuereinheit hinterlegten Topographiedaten und des aktuell eingelegten Fahrgangs der Verlauf einer Betriebszustandsgröße des Fahrzeugs für das Durchfahren eines voraus liegenden Streckenabschnitts vorausberechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind hierbei in einer Steuereinheit ein minimaler und/oder ein maximaler Grenzwert für die zur Vorausberechnung vorgesehene Betriebszustandsgröße hinterlegt. In diesem Fall wird der Verlauf der Betriebszustandsgröße für einen Streckenabschnitt jeweils mit dem unteren und/oder oberen Grenzwert verglichen.
Eine geeignete Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der untere und/oder obere Grenzwert der Betriebszustandsgröße derart gewählt werden, dass das Kraftfahrzeug in diesem Bereich mit einem annähernd maximalen Motordrehmoment der im Fahrzeug befindlichen Antriebseinheit betreibbar ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs derart ausgelegt ist, dass das maximale Motordrehmoment über einen großen Bereich der jeweils gewählten Betriebszustandsgröße erhalten bleibt, so dass der untere und der obere Grenzwert der Betriebszustandsgröße vergleichsweise weit auseinander liegen.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Betriebszustandsgröße wenigstens eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder eine Drehzahl einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs gewählt wird. In diesem Fall ist es somit denkbar, dass ausgehend von einem eingelegten oder ausgewählten Fahrgang sowie der vorausliegenden Topographie eines Streckenabschnitts eine Vorausberechnung des Verlaufs der Geschwindigkeit und/oder der Motordrehzahl durchgeführt wird, wobei die Geschwindigkeit und/oder die Drehzahl vorzugsweise mit hinterlegten Grenzwerten verglichen werden. Für den voraus liegenden Streckenabschnitt, vorzugsweise für eine Steigung, wird somit zunächst ausgehend von dem eingelegten Fahrgang eine Vorausberechnung des zu erwartenden Geschwindigkeits- und/oder Drehzahlverlaufs bei Durchfahren der Steigung erstellt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass für jede Antriebseinheit, insbesondere für jeden Verbrennungsmotor in Abhängigkeit der jeweils wählbaren bzw. schaltbaren Fahrgänge ein Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich angegeben werden kann, innerhalb dem ein annähernd maximales Motordrehmoment erreicht wird. In diesem Zusammenhang wird deutlich, dass eine schaltarme Fahrweise auf bevorzugte Weise realisiert werden kann, sobald die Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Verbrennungsmotor, verwendet wird, der über einen weiten Drehzahlbereich ein maximales Motordrehmoment bereitstellt. Dieses technische Merkmal zeichnet etwa Verbrennungsmotoren der Anmelderin aus.
In einer speziellen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, sobald der unter Zugrundelegung eines Fahrgangs vorausbestimmte Verlauf der Betriebszustandsgröße den unteren Grenzwert unterschreitet oder den oberen Grenzwert überschreitet, der weitere Verlauf der Betriebszustandsgröße unter Zugrundelegung eines von dem bis dahin der Vorausbestimmung zugrunde gelegten Fahrgangs verschiedenen Fahrgangs fortgesetzt. Wird eine Grenzwertüberschreitung festgestellt, erfolgt somit eine weitere Vorausberechnung unter Berücksichtigung eines vom ausgewählten oder eingelegten Gang verschiedenen Fahrgang. Vorzugsweise wird bei Unterschreitung des Grenzwertes ein kleiner Fahrgang und bei Überschreitung des Grenzwertes ein größerer Fahrgang der Vorausbestimmung des weiteren Verlaufs der Betriebszustandsgröße zugrunde gelegt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass für den Wechsel eines Fahrgangs ein Zeitraum, in dem die Zugkraft unterbrochen ist, bei der Auswahl eines geeigneten Fahrgangs bzw. einer Gangfolge berücksichtigt wird. In einem Zeitraum mit Zugkraftunterbrechung rollt das Fahrzeug und der entsprechende Streckenabschnitt wird in der Vorausberechnung und der Überprüfung der Einhaltung wenigstens eines Grenzwerts berücksichtigt. Mit einer derartigen Maßnahme wird sichergestellt, dass begonnene Schaltvorgänge auch in stärkeren Steigungen zuverlässig durchgeführt werden können. Dies führt unter anderem dazu, dass bei der Auswahl geeigneter Schaltvorgänge und/oder Gangfolgen, die Schaltvorgänge bevorzugt in Streckenabschnitten oder Teilstrecken mit geringerer Steigung vorgesehen werden.
Bei einer ganz besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die minimal benötigte Anzahl von Schaltvorgängen für das Durchfahren einer voraus liegenden Steigung ermittelt, indem ausgehend von dem unmittelbar vor der Steigung eingelegten Fahrgang der zu erwartende Geschwindigkeits- und/oder Motordrehzahlverlauf bis zum Scheitelpunkt der Steigung bestimmt und auf Über- bzw. Unterschreitungen der hinterlegten Grenzwerte überprüft wird. Wird mit der Vorausbestimmung keine Grenzwertüberschreitung oder Grenzwertunterschreitung ermittelt, so kann die vorausliegende Steigung ohne weiteren Schaltvorgang durchfahren werden. Sofern als Grenzwert bspw. eine fahrgangspezifische Fahrzeuggeschwindigkeit hinterlegt ist bedeutet dies, dass kein Schaltvorgang vorgenommen werden muss, da die Steigung ohne Unterschreiten der vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit durchfahren werden kann.
Werden hingegen während der Vorausberechnung des Verlaufs der Betriebszustandsgröße Grenzwerte verletzt, sollte spätestens an dieser Stelle des Streckenabschnitts ein anderer Gang gewählt werden. Diese zu erwartende Grenzwertüberschreitung wird dahingehend berücksichtigt, dass ab dieser Stelle die Vorausberechnung mit einem anderen Fahrgang fortgesetzt wird. Bei der Auswahl eines Gangs und/oder einer Gangfolge zwischen einzelnen Streckenabschnitten wird vorzugsweise zusätzlich eine Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorgangs berücksichtigt. Die Vorausberechnung wird so lange und unter Zugrundelegung so vieler Fahrgänge durchgeführt, bis für den voraus liegenden Streckenabschnitt ein Scheitelpunkt, bei dem es sich um einen zumindest zwischenzeitlichen Hoch- oder Tiefpunkt handeln kann, ohne Grenzwertunter- oder Grenzwertüberschreitung erreicht wird. In einer geeigneten Weiterbildung ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit möglich, auf iterativem Weg die für das Durchfahren der verschiedenen Abschnitte innerhalb eines vorausliegenden Höhenprofils geeigneten Fahrgänge festzulegen. Die wesentlichen Optimierungskriterien für die Festlegung des zu Beginn der Steigung geeigneten Fahrgangs sowie der für das Durchfahren der Steigung zu wählenden Gangfolge sind somit einerseits die Minimierung der Anzahl von Schaltvorgängen und andererseits die Einhaltung der hinterlegten Grenzwerte einer Betriebszustandsgröße, insbesondere einer Mindestgeschwindigkeit und/oder einer Mindestmotordrehzahl.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur wenigstens ein Punkt des voraus liegenden Streckenabschnitts bestimmt und der weiteren Berechnung zugrunde gelegt wird, bei dem ein Gangwechsel vorgenommen wird, sondern vielmehr sogenannte Überlappungsbereiche ermittelt werden. Diese Überlappungsbereiche des Streckenabschnitts haben vor allem gemein, dass sie Bereiche darstellen, für deren Durchfahren grundsätzlich wenigstens zwei unterschiedliche Fahrgänge geeignet sind. Werden bei der iterativen Ermittlung einer minimalen Anzahl von für das Durchfahren eines Streckenabschnitts benötigten Schaltvorgängen die zuvor beschriebenen Überlappungsbereiche zugrunde gelegt, kann es vorkommen, dass die ermittelten Überlappungsbereiche so groß werden, dass sie zumindest teilweise überlappen. In einem derartigen Fall kann eine Schaltung mit einem Gangsprung über mehrere Gänge sinnvoller sein, als die Schaltung einzelner Gänge nacheinander.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Information über das Höhenprofil für den in Fahrrichtung vorausliegenden Streckenabschnitt aus einem Fahrzeugsteuergerät und/oder einem Navigationssystem ausgelesen wird. Die entsprechenden Informationen über einen Höhenprofil können somit wahlweise vor Fahrtantritt in einem Fahrzeugsteuergerät hinterlegt werden oder stets aktualisiert aus einem Navigationssystem ausgelesen werden. Unerheblich für die Erfindung hierbei ist, ob die Höheninformation, bspw. manuell mit Hilfe eines Datenträgers in ein Fahrzeugsteuergerät übertragen wird oder ob die Höhendaten ortsaufgelöst, vorzugsweise automatisch aktualisiert durch ein Navigationssystem oder ein anderes, externes System, von dem Informationen und/oder Daten an wenigstens eine Fahrzeugkomponente übermittelt werden, bereitgestellt werden.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Grenzwert für eine vorausbestimmte, bei Durchfahren des Streckenabschnitt zu erwartende Betriebszustandsgröße im Wege einer Datentransformation in wenigstens einen des Höhenprofil charakterisierenden Datensatz integriert wird. Diese spezielle Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Grenzwerte, die im Geschwindigkeitsverlauf und im Verlauf der Motordrehzahl individuell für jeden Fahrgang vorliegen, durch eine einfache Transformation in den Höhenverlauf überführt werden können. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, mit geringem rechentechnischem Aufwand durch Übereinanderlegen und Verschieben von Grenzwertbereichen eine Vielzahl von grundsätzlich geeigneten Schaltmöglichkeiten in einem längeren Streckenabschnitt aufzufinden und auf der Grundlage der Vielzahl von Schaltmöglichkeiten die minimal benötigte Anzahl von Schaltvorgängen, also Getriebeschaltungen, zu ermitteln.
Auf diese Weise ist es möglich, einer entsprechenden Steuereinheit des Fahrzeugs, insbesondere einer Getriebesteuereinheit eine einheitliche Information, nämlich ein Signal, das eine Höheninformation repräsentiert, weiterzuleiten. Die Getriebesteuereinheit führt in diesem Fall die Wahl des geeigneten Fahrgangs auf der Grundlage der Höheninformation aus. Sollte die Vorausberechnung ergeben, dass die Wahl eines vom ausgewählten bzw. eingelegten Fahrgang verschiedenen Fahrgangs sinnvoll ist, so wird diese Information an die Getriebesteuereinheit weitergegeben, in dem der Steuereinheit eine Information über eine Höhe zur Verfügung gestellt wird, durch die eine entsprechende Schaltung bewirkt wird. Die innerhalb der Getriebesteuereinheit der Gangauswahl zugrunde gelegte Höheninformation, wird durch die bevorzugt ausgeführte Datentransformation quasi manipuliert.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Vorausbestimmung des Verlaufs der Betriebszustandsgröße, bei der es sich insbesondere um eine Geschwindigkeit und/oder eine Drehzahl handelt, zumindest ein Verlustwiderstand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Bei der Ermittlung des Verlustwiderstands werden vorzugsweise ein Beladungszustand, ein Gesamtgewicht, eine Achslast, ein Rollreibungswiderstand und/oder ein Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Umso detaillierter der Verlustwiderstand festgelegt wird, also je mehr den Verlustwiderstand beeinflussende Fahrzeugparameter berücksichtigt werden, desto detaillierter lässt sich der Verlauf der über den folgenden Streckenabschnitt vorausberechneten Betriebszustandsgröße des Fahrzeugs bestimmen.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert. Es zeigen:
1: Höhen- und Geschwindigkeitsverlauf über einen vorausliegenden Streckenabschnitt ohne zwischenzeitlichen Schaltvorgang;
2: Höhen- und Geschwindigkeitsverlauf über einen vorausliegenden Streckenabschnitt mit Schaltvorgang.
Das in Bezug auf 1 erläuterte Verfahren beruht darauf, dass für das Durchfahren eines voraus liegenden Streckenabschnitts unter Berücksichtigung des Höhenprofils eine Abfolge von Schaltvorgängen ermittelt wird, wobei sichergestellt werden soll, dass einerseits eine vorgebbare Minimalgeschwindigkeit nicht unterschritten wird, so dass die Motordrehzahluntergrenze eingehalten wird, und dass andererseits möglichst wenig Schaltungen in dem betrachteten Streckenabschnitt vorgenommen werden. 1 zeigt hierzu ein Diagramm, bei dem in 1A der Höhenverlauf 1 eines voraus liegenden Streckenabschnitts und in 1B der Geschwindigkeitsverlauf 2 über diesen Streckenabschnitt dargestellt ist. In 1A repräsentiert die Abszisse 4 den zurückzulegenden Weg, während über die Ordinate 5 der Höhenverlauf aufgetragen ist. Ergänzend ist in 1B der Geschwindigkeitsverlauf 2 auf der Ordinate über den zurückgelegten Weg auf der Abszisse aufgetragen.
Die Topographie des vorausliegenden Streckenabschnitts ist in einer Fahrzeugsteuereinheit hinterlegt und wird gemeinsam mit den Informationen eines Navigationssystems über die augenblickliche Position des Fahrzeugs ausgelesen. Auf diese Weise stehen der Fahrzeugsteuereinheit ortsaufgelöst Höhendaten für den voraus liegenden Streckenabschnitt zur Verfügung. Bei dem in 1 skizzierten Fall erkennt das System, dass im vorausliegenden Streckenabschnitt eine Steigung zu durchfahren ist.
1B zeigt den Geschwindigkeitsverlauf 2, wie er für eine in Fahrtrichtung voraus liegende Steigung bestimmt worden ist. Im Rahmen dieser Vorausbestimmung ist zunächst der aktuell eingelegte Fahrgang sowie anhand der bekannten Position des Fahrzeugs auf der Grundlage des hinterlegten Höhenprofils 1 das Profil der Steigung ermittelt worden. Ausgehend von dem Ansatz, dass das Fahrzeug während der Fahrt mit zumindest annähernd maximalem Motordrehmoment betrieben werden soll, sind für jeden Fahrgang in einer Fahrzeugsteuereinheit Grenzwerte für Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und Drehzahlwerte des Motors hinterlegt. Bei den hinterlegten Grenzwerten handelt es sich um Minimal- und Maximalgrenzwerte, die derart gewählt sind, dass bei deren Einhaltung das Fahrzeug mit einem annähernd maximalen Motordrehmoment betrieben wird. So lange das Fahrzeug also in einem Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich betrieben wird, der zwischen den jeweiligen minimal- und Maximalgrenzwerten liegt, wird der Motor bzw. das Fahrzeug mit einem annähernd maximalen Motorantriebsmoment betrieben.
Um mit hoher Genauigkeit für jeden Fahrgang maximale und minimale Geschwindigkeiten und Drehzahlen, also jeweils einen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich bestimmen zu können, in dem der Motor mit annähernd maximalem Drehmoment betrieben wird, werden zusätzlich durch direkt mit dem Motor in Wirkverbindung stehende Nebenverbraucher, wie bspw. Öl- und Wasserpumpe, verursachte interne Motorverluste, bei der Festlegung der fahrgangspezifischen Grenzwerte berücksichtigt. Besonders einfach ist eine derartige Vorausbestimmung geeigneter Drehzahlbereiche, wenn das maximale Antriebsmoment eines Verbrennungsmotors über einen weiten Drehzahlbereich zumindest annähernd konstant ist.
Ausgehend von den, wie zuvor beschrieben, in der Fahrzeugsteuereinheit hinterlegten oder zumindest durch diese abrufbaren Informationen wird für die voraus liegende Steigung der Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverlauf 2 vorausbestimmt, so dass der Motor mit einem annähernd maximalen Antriebsdrehmoment betrieben wird. Der in den 1A und 1B dargestellte Kasten 3 repräsentiert die obere und untere Geschwindigkeitsgrenze in Bezug auf den gewählten Fahrgang, die direkt von der Drehzahl des Motors abhängen.
Wie der 1B zu entnehmen ist, wird mit Hilfe der Vorausbestimmung ermittelt, wie sich der Verlauf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs während des Durchfahrens der Steigung entwickeln wird. In dem in 1B dargestellten Fall sinkt die Geschwindigkeit ab, fällt allerdings nicht unter den in der Fahrzeugsteuereinheit hinterlegten Grenzwert für eine Minimalgeschwindigkeit. Das Fahrzeug kann somit die Steigung mit dem aktuell eingelegten Fahrgang durchfahren, ohne dass ein Schaltvorgang notwendig ist. Wie die Vorausbestimmung ebenfalls zeigt, nimmt die Geschwindigkeit bei Erreichen des Scheitelpunkts der Steigung wieder zu. Folgt der Fahrer der Handlungsempfehlung für das Durchfahren der Steigung und verzichtet auf einen Schaltvorgang, wird ein unnötiges Schalten zuverlässig vermieden.
In 2A ist ebenfalls der Höhenverlauf 1 einer in Fahrtrichtung dem Fahrzeug voraus liegenden Steigung abgebildet. Hierbei repräsentiert die Abszisse 4 den zurückzulegenden Weg, während über die Ordinate 5 der Höhenverlauf 1 aufgetragen ist. Ergänzend ist in 2B wiederum der Geschwindigkeitsverlauf 2 (Ordinate) über den zurückgelegten Weg (Abszisse) aufgetragen. Die Kästen 3 repräsentieren die fahrgangspezifischen Grenzwerte für Geschwindigkeiten, die nicht unter- oder überschritten werden sollen. Wird im Verlauf der Vorausberechnung des zu erwartenden Geschwindigkeitsverlaufs ein Grenzwert unter- oder -überschritten, so wird die Vorausberechnung des Geschwindigkeitsverlaufs unter Zugrundelegung eines anderen Fahrgangs fortgesetzt.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Vorausberechnung für das Durchfahren einer Steigung durchgeführt. Mit Hilfe der Vorausberechnung wird für den dargestellten Fall ermittelt, dass die vorausberechnete Geschwindigkeit beim Durchfahren der Steigung mit dem eingelegten Fahrgang unter die in einer Fahrzeugsteuereinheit hinterlegte Minimalgeschwindigkeit fallen wird. Von dem Punkt, für den die Vorausberechnung ergibt, dass die Minimalgeschwindigkeit unterschritten werden wird bzw. würde, wird die Vorausberechnung unter Zugrundelegung eines kleineren Fahrgangs fortgeführt. Dieser weiteren Vorausberechnung werden erneut die für den entsprechenden Fahrgang hinterlegten Geschwindigkeitsgrenzwerte zugrunde gelegt. Die Grenzwerte sind dem mittleren, in 2B dargestellten Kasten zu entnehmen.
Wie der 2B weiterhin zu entnehmen ist, ergibt die Vorausberechnung mit dem kleineren Fahrgang, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit ein weiteres Mal auch unter die in der Fahrzeugsteuereinheit für den kleineren Fahrgang hinterlegte Minimalgeschwindigkeit fällt. Aus diesem Grund wird ab der Stelle der Steigung, für die eine Grenzwertunterschreitung festgestellt wird, die Vorausberechnung mit den für einen noch kleineren Fahrgang hinterlegten Werten durchgeführt. Sofern sich der Fahrer an die Schaltempfehlungen hält bzw. bei einem Fahrzeug mit automatisiertem oder teilautomatisierten Getriebe die Schaltvorgänge derart vorgenommen werden, wird zuverlässig sicher gestellt, dass die dem Fahrzeug voraus liegende Steigung einerseits mit einer minimalen Anzahl von Schaltvorgängen und andererseits mit einem annähernd maximalen Motordrehoment durchfahren wird.
Zwischen den vorausberechneten Abschnitten existieren Überlappungsbereiche 6, in denen wahlweise einer von zwei Gängen eingelegt sein kann, um mit einem maximalen Motordrehmoment und minimaler Anzahl von Schaltvorgängen die voraus liegende Steigung zu durchfahren. In dem vorliegenden Fall erscheinen in den Überlappungsbereichen 6 jeweils nur zwei Gänge als geeignet, um die vorgenannten Optimierungskriterien zu erfüllen. In Abhängigkeit des Höhenprofils 1 sowie der Fahrzeugbelastung, bspw. der Beladung, ist es allerdings ebenfalls denkbar, dass die Überlappungsbereiche 6 so groß werden, dass ein Schaltvorgang mit einem Gangsprung über mehrere Gänge sinnvoller ist, als die Schaltung einzelner Gänge nacheinander.
Als weitere Randbedingung für das beschriebene Optimierungsverfahren kann vorgesehen sein, dass einerseits die Grenzwerte für die Motordrehzahlgrenzen sicher eingehalten werden, dass andererseits aber die Grenzwerte für eine Minimalgeschwindigkeit nur für bestimmte Fahrgänge, insbesondere nur für große Gänge, gültig sind.
Die beschriebene iterative Absuche der Steigungsstrecke beginnt, wie zuvor gezeigt, mit der Annahme, dass keine Schaltung vorgenommen werden muss. Bei jedem Iterationsschritt für eine weitere Schaltung wird überprüft, ob in den Überlappungsbereichen 6 zwischen zwei Schaltvorgängen auch die Auswahl weiterer Fahrgänge in geeigneter Weise möglich ist. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass tatsächlich nur die minimal erforderliche Anzahl von Schaltvorgängen für eine Steigungsstrecke bestimmt wird. Ergänzend ist es denkbar, die Grenzwerte für die Drehzahlwerte des Motors bzw. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs derart zu wählen, dass die Anforderungen an das abgegebene Motordrehmoment in vorgebbaren Bereichen variiert werden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Fahrzeug kurz vor Erreichen einer Bergkuppe nicht mit dem maximalen Drehmoment betreiben wird, sondern die Anforderungen an das abgebbare Drehmoment verringert werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der beim Durchfahren einer Steigung benötigten Schaltvorgänge nochmals verringert werden, indem die unnötigerweise kurz vor Erreichen einer Steigung durchgeführten Schaltvorgänge vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Weiterbildungen stellen somit zuverlässig sicher, dass bereits vor dem Durchfahren einer voraus liegenden Steigung die minimale Anzahl von vorzunehmenden Schaltvorgängen und die Gangfolge bestimmt wird, ohne dass hierdurch Einbußen für den Fahrkomfort entstehen.
Bezugszeichenliste

1: Höhenverlauf
2: Geschwindigkeitsverlauf
3: Grenzwerte vorgebbaren Betriebsparameter, insbesondere Minimalgeschwindigkeit oder Minimalmotordrehzahl
4: Abszisse
5: Ordinate
6: Überlappungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004042865 A1 [0003]
DE 102006001818 A1 [0004]
DE 102008023135 [0005]

Claims

Verfahren zur Auswahl eines auf Grundlage eines optimierten Betriebsparameters geeigneten Fahrgangs in einem Kraftfahrzeug mit Schalt- oder Automatikgetriebe oder zumindest teilweise automatisiertem Getriebe, bei dem die Auswahl zu Beginn eines Durchfahrens eines Streckenabschnitts unter Berücksichtigung eines in Fahrtrichtung voraus liegenden Höhenprofils (1) des Streckenabschnitts getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als optimierter Betriebsparameter eine minimale Anzahl von beim Durchfahren des Streckenabschnitts durchzuführenden Schaltvorgängen gewählt wird, wobei auf der Grundlage wenigstens eines für das Durchfahren des Streckenabschnitts vorausbestimmten Verlaufs (2) einer Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs die Anzahl der für das Durchfahren des Streckenabschnitts benötigten Schaltvorgänge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs ausgehend von dem zu Beginn des Durchfahrens des Streckenabschnitts eingelegten Fahrgang vorausbestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gangfolge für den zu durchfahrenden Streckenabschnitt bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Fahrzeugsteuereinheit für wenigstens einen auswählbaren Fahrgang des Kraftfahrzeugs ein unterer und/oder ein oberer Grenzwert der zumindest einen Betriebszustandsgröße hinterlegt ist, der zur Bestimmung der Anzahl von Schaltvorgängen mit dem vorausbestimmten Verlauf (2) der Betriebszustandsgröße verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder obere Grenzwert der zumindest einen Betriebszustandsgröße derart gewählt wird, dass sobald das Fahrzeug mit einer Betriebszustandsgröße oberhalb des unteren und/oder unterhalb des oberen Grenzwerts betrieben wird, zumindest ein annähernd maximales Drehmoment einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs erzielt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustandsgröße wenigstens eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder eine Drehzahl einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustandsgröße eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unter Zugrundelegung wenigstens einer Eigenschaft und/oder wenigstens eines streckenabhängigen Geschwindigkeitsgrenzwerts des voraus liegenden Streckenabschnitts gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der streckenabhängige Geschwindigkeitsgrenzwert aus einem Speicher eines Fahrzeugsteuergeräts, aus einem Navigationssystem und/oder aus einer Empfangseinheit für Funksignale ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit unter Berücksichtigung zumindest eines Krümmungsradius des voraus liegenden Streckenabschnitts ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sobald unter Zugrundelegung des eingelegten oder ausgewählten Fahrgangs der Verlauf der Betriebszustandsgröße den unteren Grenzwert unterschreitet oder den oberen Grenzwert überschreitet, der weitere Verlauf der Betriebszustandsgröße unter Zugrundelegung eines von dem bis dahin ausgewählten oder eingelegten Fahrgang verschiedenen Fahrgang vorausbestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Unterschreitung des Grenzwerts ein kleinerer Fahrgang und bei Überschreitung des Grenzwerts ein größerer Fahrgang der Vorausbestimmung des weiteren Verlaufs (2) der Betriebszustandsgröße zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Verlaufs der Betriebszustandsgröße und/oder bei der Vorausbestimmung des Fahrgangs eine zumindest zwischenzeitliche Zugkraftunterbrechung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Information über das Höhenprofil für den in Fahrtrichtung voraus liegenden Streckenabschnitt aus einem Fahrzeugsteuergerät und/oder einem Navigationssystem ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für eine vorausbestimmte, bei Durchfahren des Streckenabschnitts zu erwartende Betriebszustandsgröße im Wege einer Datentransformation in wenigstens einen das Höhenprofil charakterisierenden Datensatz integriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausbestimmung des Verlaufs einer Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs ein Verlustwiderstand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Verlustwiderstands ein Beladungszustand, ein Gesamtgewicht, eine Achslast, ein Rollreibungswiderstand und/oder ein Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausbestimmung des Verlaufs einer Betriebszustandsgröße des Kraftfahrzeugs ein durch Komponenten der Antriebseinheit verursachter Verlustwiderstand der Antriebseinheit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Festlegung der Minimal- und/oder Maximalgrenzwerte zugrunde gelegte Motordrehmoment in Abhängigkeit des Höhenprofils variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass einem Fahrzeugführer mittels einer Fahrerinformationseinheit wenigstens ein ausgewählter Gang mitgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass einem Fahrzeugführer ausgehend von wenigstens einem ausgewählten Gang mittels einer Fahrerinformationseinheit eine Handlungsempfehlung für eine manuelle Gangauswahl mitgeteilt wird.
Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs, in der auf Grundlage eines optimierten Betriebsparameters zu Beginn eines Durchfahrens eines Streckenabschnitts unter Berücksichtigung eines in Fahrtrichtung voraus liegenden Höhenprofils des Streckenabschnitts eine Gangauswahl getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung eines Getriebes und/oder der Schaltvorgänge das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 umgesetzt wird.