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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 31 38 371 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung einer Antriebsmotor-Getriebe-Einheit eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche ein Steuergerät umfasst, das von einem Leistungskennlinien des Antriebsmotors enthaltenden Motoren-Kennlinienspeicher, von einem ein Getriebekennfeld enthaltenden Getriebekennlinienspeicher und von einem Motordrehzahl-Messgerät beeinflussbar ist. Zur Erzielung eines optimalen Kraftstoffverbrauches unter Berücksichtigung einer zeitlichen Restriktion wird das Steuergerät ebenfalls durch eine an sich bekannte Kraftstoffverbrauchs-Messeinrichtung beeinflusst, wobei das Steuergerät eine die kraftstoffverbrauchsoptimale Fahrweise determinierende Kenngröße – den Grenzverbrauch γ – bestimmt, und dieser momentane Grenzverbrauch γ und ein individuell bestimmter Grenzverbrauch γ einer Auswerteinrichtung zugeführt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere effizienteres Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug anzugeben, welches eine verbrauchsoptimierte Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstrangs ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Beim Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug wird einem Steuergerät, welches mit im Fahrzeug angeordneten Fahrerassistenzsystemen gekoppelt ist, ein vom Fahrzeugführer vorgebbarer Grenzverbrauch für eine vorgebbare Fahrtstrecke zugeführt und eine Einhaltung dieses Grenzverbrauchs wird mittels der entsprechenden automatischen Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstrangs und einer daraus resultierenden Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs ermöglicht oder der Fahrzeugführer wird durch geeignete Ausgabemittel über die Abweichung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit von der verbrauchsoptimierten Fahrzeuggeschwindigkeit informiert. Dadurch ist eine besonders verbrauchsoptimierte Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstrangs ermöglicht. Daraus resultieren ein verringerter Energieverbrauch und ein verringerter Schadstoffausstoß des Fahrzeugs.
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Das Fahrzeug ist insbesondere als Kraftfahrzeug ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch in anderen Arten von Fahrzeugen wie beispielsweise Schienen- oder Wasserfahrzeuge oder Flugzeuge anwendbar.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet, so dass eine Reichweite eines solchen Kraftfahrzeugs bei vorgegebener Kapazität der elektrischen Energiespeicher optimiert werden kann. Ein Fahrzeug kann mit einem den streckenabhängigen Fahrwiderständen angepassten Energieverbrauch unter Berücksichtigung einer zeitlichen Restriktion derart betrieben werden, dass auf allen Streckenabschnitten eine gleiche Zeitersparnis erzielt wird. Das Fahrzeug kann dadurch beim Durchfahren einer bestimmten Fahrtstrecke verbrauchsoptimal betrieben werden, das heißt, dass das Fahrzeug eine bestimmte Fahrtstrecke mit gegebenen Fahrwiderständen in einer vorgegebenen Zeit mit dem kleinstmöglichen Kraftstoffverbrauch zurücklegen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung am Beispiel eines Kraftfahrzeugs näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Eine solche Vorrichtung 1 ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten, herkömmlichen Kraftfahrzeug angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb, beispielsweise einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, anordenbar, um eine Reichweite eines solchen Kraftfahrzeugs bei gegebener Batteriekapazität zu optimieren.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein Steuergerät 2, welches mit im Kraftfahrzeug angeordneten Fahrerassistenzsystemen 3 gekoppelt ist. Diese herkömmlichen Fahrerassistenzsysteme 3 sind beispielweise als Satellitenortungssystem, Navigationssystem, Geschwindigkeitsregler und/oder Umfeldsensorik ausgebildet. Weiterhin ist das Steuergerät 2 mit einer Fahrzeugsensorik 4 gekoppelt. Diese herkömmliche Fahrzeugsensorik 4 umfasst die Sensoren eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, beispielweise einen Beschleunigungssensor, einen Motordrehzahlsensor, einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Neigungssensor. Ein solcher Antriebsstrang umfasst insbesondere einen elektrischen und/oder verbrennungsmotorischen Fahrzeugantrieb, eine Energierückgewinnungsvorrichtung, ein Fahrzeuggetriebe und eine Bremsanlage sowie die zugeordneten Sensoren.
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Das Steuergerät 2 ist mit einer Speichereinheit 5 gekoppelt, in welcher fahrzeugspezifische Kenndaten und Parameter des Kraftfahrzeugs hinterlegt sind. Solche fahrzeugspezifischen Kenndaten und Parameter sind beispielweise eine Fahrzeuggesamtmasse, ein Wirkungsgradkennfeld des Fahrzeugsantriebs oder des gesamten Antriebsstrangs, Fahrwiderstandskennlinien, ein Getriebekennfeld, ein Rollwiderstandskennfeld und/oder ein Luftwiderstandsbeiwert.
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Das Steuergerät 2 ist mit herkömmlichen Eingabemitteln 6 und Ausgabemitteln 7 gekoppelt. Dabei sind die Eingabemittel 6 beispielweise als herkömmliche Fahrzeugtasten ausgebildet. Die Ausgabemittel 7 sind als herkömmlicher Bildschirm oder als Teil eines Kombiinstrumentes ausgebildet. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Eingabemittel 6 und Ausgabemittel 7 als ein berührungssensitiver Bildschirm ausgebildet sein und somit eine integrierte Baueinheit ausbilden.
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Im Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein vom Fahrzeugführer vorgebbarer Grenzverbrauch γ für eine vorgebbare Fahrtstrecke dem Steuergerät 2 mittels der Eingabemittel 6 zugeführt. Dabei kann der Grenzverbrauch γ als Zielgröße einer Fahrt alternativ zu den Zielgrößen Fahrzeit, Reichweite oder Verbrauch und/oder Betriebskosten individuell frei gewählt werden. Dabei gilt als Verbrauch der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine oder der elektrische Energiebedarf einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs für die vorgegebene Fahrtstrecke in Abhängigkeit der Fahrzeit. Die Kosten sind der monetär bewertete Kraftstoffverbrauch oder Energiebedarf. Die Kosten können alle durch den Fahrzeugeinsatz bedingten Kosten, insbesondere die durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflussbaren Kosten, umfassen. Anhand des Kraftstoffverbrauchs oder des Energiebedarfs können mittels des Verfahrens andere Zielgrößen, beispielsweise eine CO2-Emission des Kraftfahrzeugs, ermittelt werden.
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Ein Zusammenhang zwischen Fahrzeit, Reichweite und Verbrauch und/oder Kosten sowie dem Grenzverbrauch γ wird durch einen in das Steuergerät 2 implementierten Optimierungsalgorithmus ermittelt. Dabei werden fahrzeugspezifische Kenndaten und Parameter und/oder Streckendaten der Fahrtstrecke im Optimierungsalgorithmus als Rechengrundlage genutzt.
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Ein Fahrzeugstatus wird mittels eines herkömmlichen Schätzverfahrens, beispielsweise des so genannten extended-Kalman-Verfahrens, in Echtzeit aus Sensorsignalen der Fahrzeugsensorik 4 bestimmt. Somit sind beispielweise eine vom Antriebsstrang aufgenommene Leistung, eine effektiv vom Antriebsstrang abgegebene Leistung und die aktuell auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Fahrwiderstände ermittelbar.
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Die Planung einer Fahrt erfolgt durch die Vorgabe eines Grenzverbrauchs γ durch den Fahrzeugführer, aus dem mittels des Optimierungsalgorithmus im Steuergerät 2 die diesem Grenzverbrauch γ zugeordneten Zielgrößen bestimmt werden.
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Alternativ zum Grenzverbrauch γ kann auch eine Grenzemission, eine Fahrzeit oder eine Durchschnittsgeschwindigkeit vorgegeben werden.
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Bei der Planung können auch Eigenschaften der zu fahrenden Strecke, die digitalen Straßenkarten mit statischer und dynamischer/prospektiver Attributierung entnommen werden können, berücksichtigt werden. Derartige Eigenschaften sind beispielsweise Steigungen, Kurvenradien, der erwartete Gegenwind, Fahrbahnnässe und oder Verkehrsdichte.
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Soll eine vorbestimmte Fahrstrecke unter Beachtung einer zeitlichen Restriktion zurückgelegt werden, so ist eine als Grenzverbrauch γ definierte Sollwertvorgabe erforderlich, die dem Steuergerät 2 zugeführt wird. Dieser Grenzverbrauch γ, der abhängig ist vom Fahrtzweck und aufgrund von Erfahrungen oder Wertvorstellungen individuell gewählt werden kann, gibt an, um welchen Betrag sich der Zielgrößenwert Kraftstoffverbrauch gegenüber dem kleinstmöglichen Kraftstoffverbrauch erhöht. Ökonomisch interpretiert drückt der Grenzverbrauch γ eine Wertschätzung aus, die ein Fahrzeugführer einem aus einer verkürzten Fahrtzeit resultierenden Zeitgewinn beimisst. Dabei wird durch den der jeweiligen Fahrstreckenbeschaffenheit und die dadurch gegebenen Fahrwiderstände angepassten Kraftstoffverbrauch eine gleich große Zeitersparnis erzielt. Diesem Grenzverbrauch γ entsprechend wird während der gesamten Fahrstrecke ein Geschwindigkeitsregler und/oder der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs derart beeinflusst, dass ein momentaner Grenzverbrauch γ zu jedem Zeitpunkt der Fahrt gleich dem Grenzverbrauch γ der Sollwertvorgabe ist.
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Zur Ermittlung einer energiebedarfsoptimierten und/oder kostenoptimierten Fahrweise entlang der Fahrtstrecke wird der aktuelle Grenzverbrauch γ anhand der gespeicherten fahrzeugspezifischen Kenndaten und Parameter und den entlang der Fahrtstrecke auftretenden Fahrwiderständen bestimmt und dem vom Fahrzeugführer vorgegebenen Sollwert gegenübergestellt.
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Mittels der Fahrerassistenzsysteme 3 werden stationäre, dynamische und/oder prospektive Änderungen Verkehrsbedingungen und/oder Umgebungsparameter der Fahrtstrecke ermittelt und dem Optimierungsalgorithmus zugeführt. Unter prospektiven Verkehrsbedingungen und/oder Umgebungsparameter sind
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Zur Einhaltung der energiebedarfsoptimierten und/oder kostenoptimierten Fahrweise kann der Fahrzeugführer durch geeignete Ausgabemittel 7, beispielweise eine Anzeige im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs, über die Abweichung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit von der verbrauchsoptimierten Fahrzeuggeschwindigkeit informiert werden. Somit kann der Fahrzeugführer die verbrauchsoptimierte Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die aus dem vorgegebenen Grenzverbrauch γ ermittelte verbrauchsoptimierte Geschwindigkeit als Sollwert an den Geschwindigkeitsregler des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden.
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Bei einer solchen Anzeige der Abweichung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit von der verbrauchsoptimierten Fahrzeuggeschwindigkeit oder bei der automatischen verbrauchsoptimierten Geschwindigkeitsregelung des Kraftfahrzeugs werden die Signale anderer im Kraftfahrzeug implementierter und aktiver Fahrerassistenzsysteme derart priorisiert, dass eine Fahrzeugsicherheit und eine Einhaltung verkehrlicher und verkehrsgesetzlicher Regelungen und Vorgaben vorrangig angezeigt oder eingehalten werden. Beispielweise wird bei Befahren eines Streckenabschnitts mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung diese Geschwindigkeitsbegrenzung als größtmögliche aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit angezeigt oder eingestellt, auch wenn eine verbrauchsoptimierte Fahrzeuggeschwindigkeit höher läge.
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Mit anderen Worten wird anhand der ermittelten Restriktionen auf der Fahrtstrecke eine höchste zulässige Geschwindigkeit ermittelt und mit einer anhand des Grenzverbrauchs γ ermittelten Geschwindigkeit verglichen.
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Beispielweise können mittels der Ausgabemittel 7 eine ermittelte höchste zulässige Geschwindigkeit und die verbrauchsoptimierte Geschwindigkeit angezeigt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann eine automatische Beeinflussung des Geschwindigkeitsreglers und somit des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs erfolgen, so dass die ermittelte höchste zulässige Geschwindigkeit eingehalten wird.
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Besonders vorteilhafterweise wird im Betrieb des Verfahrens ein Zusammenhang zwischen dem Grenzverbrauch γ und der anhand des Grenzverbrauchs γ ermittelten Fahrzeit, des ermittelten Energiebedarfs und/oder der ermittelten Betriebskosten optisch im Kraftfahrzeug dargestellt.
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In einer nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform wird der Optimierungsalgorithmus als Programmablauf auf einer mobilen, aus dem Kraftfahrzeug entnehmbaren und autark betreibbaren Mikrorechenmaschine ausgeführt, wobei die Mikrorechenmaschine mittels einer herkömmlichen Schnittstelle mit dem Kraftfahrzeug gekoppelt wird. Eine solche Schnittstelle kann beispielweise als Steckverbindung im Kraftfahrzeug oder als drahtlose Funkverbindung ausgebildet sein. Mit einer solchen autark betreibbaren Mikrorechenmaschine als Steuergerät 2 kann eine Fahrtstrecke auch außerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielweise im Büro oder in einer Wohnung, geplant werden.
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Der Optimierungsalgorithmus umfasst vorzugsweise folgende Teilberechnungen:
- – eine Berechnung der verbrauchsoptimierten und/oder kostenoptimierten Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs auf den einzelnen Teilstrecken einer in Form einer digitalen Karte vorgegebenen Fahrtstrecke aus dem Wirkungsgradkennfeld des Antriebes, den Fahrwiderstandskennlinien des Kraftfahrzeugs im Steuergerät 2, wenn eine Zielgröße der Fahrt, vorzugsweise der Grenzverbrauch γ, vorgegeben ist.
- – eine Berechnung der aktuellen verbrauchsoptimierten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aus der aktuellen effektiven Leistung, der Motordrehzahl, den momentanen einwirkenden Fahrwiderständen und dem in einer Speichereinheit 5 abgelegten Wirkungsgradkennfeld und dem Getriebekennfeld.
- – eine Berechnung der effektiven Leistung des Kraftfahrzeugs aus den Daten einer Satellitennavigationsvorrichtung, wie beispielweise dem Global Positioning System, dem Beschleunigungssensor und der Fahrzeuggesamtmasse.
- – eine Berechnung der effektiven Leistung des verbrennungsmotorischen Antriebes aus dem momentanen Kraftstoffverbrauch, der Motordrehzahl und dem Motorwirkungsgradkennfeld.
- – eine Berechnung der effektiven Leistung eines elektromotorischen Antriebes aus der Leistungsaufnahme des Elektroantriebes, der Motordrehzahl und dem Motorwirkungsgradkennfeld.
- – eine Berechnung des momentanen Beschleunigungswiderstandes und des Steigungswiderstandes aus der Fahrzeuggesamtmasse, der momentanen Beschleunigung aus einem Beschleunigungssensor und der momentanen Steigung aus einem Neigungsmesser.
- – eine Berechnung des momentanen Beschleunigungswiderstandes und des Steigungswiderstandes aus der Fahrzeuggesamtmasse, der momentanen Beschleunigung und der aktuell befahrenen Steigung aus den Daten einer Satellitennavigationsvorrichtung.
- – eine Berechnung des Rollwiderstandes aus der Fahrzeuggesamtmasse, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem in der Speichereinheit 5 abgelegten Rollwiderstandskennfeld.
- – eine Berechnung des Luftwiderstandes des Kraftfahrzeugs aus der Luftdichte, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem in der Speichereinheit 5 abgelegten Luftwiderstandsbeiwert des Kraftfahrzeuges.
- – eine Berechnung des Luftwiderstandes aus der Luftdichte, einem durch einen Sensor ermittelten Staudruck oder einer Luftströmung und dem in der Speichereinheit 5 abgelegten Luftwiderstandsbeiwert des Kraftfahrzeuges.
- – Erfassung der stationären und dynamischen verkehrlichen Umfeld- und Rahmenbedingungen durch Fahrerassistenzsysteme, wie Geschwindigkeitsbegrenzungen, Verkehrsdichte. Priorisierung der Restriktionen und Ermittlung der höchsten zulässigen Geschwindigkeit im Vergleich zur verbrauchsoptimalen Geschwindigkeit.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform können im Steuergerät 2 und/oder in der Speichereinheit 5 die tatsächlich entlang der Fahrtstrecke aufgetretenen Fahrzeugparameter abgespeichert und mit den ermittelten optimierten Parametern anhand des Optimierungsalgorithmus verglichen werden, so dass diesbezügliche Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können Daten vom Steuergerät 2 mittels einer telemetrischen Übermittlung an eine autorisierte Stelle zur Fahrerbewertung, beispielweise in das Büro eines Fuhrparkleiters, übertragen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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